北半球平流层大气环流的季节转型特征及其与对流层的关系研究

【摘要】：平流层环流是整个大气环流的重要组成部分,具有明显的季节变化。平流层大气环流的季节转换早于对流层,前者的异常变化可能对后者的发展有重要指示意义。为此开展此方面的研究具有重要的科学意义和应用价值。 本论文根据北半球平流层大气在冬、夏季节不同的环流特征,定义了平流层大气环流季节转型的算法,确定了近六十年以来平流层环流的季节转型日期,在此基础上研究了北半球平流层大气环流季节转型的基本气候特征及其与对流层内南海夏季风、副热带高压的年际相关关系。主要结论如下： 1)北半球平流层冬、夏季环流具有明显不同的特征,冬半年极区被强大的极涡所控制,存在绕极西风,夏半年极区则为绕极反气旋环流,强西风转为弱东风。平流层—对流层内环流的月际变化在冬季达到最大,夏季达到最小,月际变化值随层次的增高而加大。 2)利用平流层高度梯度反转和风场反转的特征,提出了北半球平流层大气由冬季环流转为夏季环流的时间定义方法,平流层环流转型时间具有上下层不同步性。冬季环流转为夏季环流最早出现在高层,逐渐向下传播,向下传播的速度随着层次的降低而逐渐减慢。在平流层各层上,虽然不同区域环流转型时间不一致,但近六十年都经历着自偏晚转为偏早,又逐渐转为偏晚的年代际特征,同时也都存在着准2年、准3-6年、准9-12年以及准21-24年的周期特征。 3)平流层大气环流的季节转型与对流层内南海夏季风以及西太平洋副热带高压特征指数的关系显示平流层环流的季节转型平均时间早于对流层内南海夏季风的平均爆发时间,同时它与南海夏季风爆发、西太平洋副热带高压特征指数的21年滑动相关都在90年代发生了转折。在转折前,相关关系为显著正相关,而在转折后,为负相关。进一步分析得知,在转折前的时段内(1958-1990年),平流层环流转型时间对西太平洋副热带高压预测的参考意义较强,同时与北半球6月500hPa高度距平场以负相关为主。 本论文致力于研究北半球平流层大气环流的季节转型特征及其与对流层内南海夏季风、西太平洋副热带高压的关系,所完成工作揭示了平流层环流的季节转型作为南海夏季风、西太平洋副热带高压预测的前兆信号是随时间变化的事实,为进一步全面利用平流层异常信号预测对流层特征奠定了基础。