PDF《大 气环流 的奇偶对称 性》

第卷第期气象科学年月,大气环流的奇偶对称性 理论依据和气候特征 ① 管 匕勇 徐 建军 王 盘兴 南京气象学院 提要文中使用奇偶对称分析方法 , 利用观测资料对全球环流的奇偶对称分量的分布做 了分析 , 指 出奇偶分布的气候特征及其时间演变能反 映南北半球海陆差异带来的影响 , 揭示 大气对辐 射加热响应的时间尺度 、 环 流的波动结构及全球环流季节性调整等一些特征 关被词 大气环流 , 对称性 , 理论依据 , 气候特征

一、引言从全球 范 围考察平均 环流的状态 时,若从现 象学 的角度看 , 南、北半球平均 环流 〔 '

, 最基本的特 点应 当是 它 们相 对于赤道 平面的对称和反 对称性 以下简称奇偶对称性 .

这一性质 在各 高度 上 的平均 环流中均 得到清楚 的反 映 并且存 在 明显的季节变化 . 后者实际上 是环流在 时间域上 的奇 偶对 称性 的反 映.从动力 学 角度 看,大气 环流的奇 偶对 称性源 于控制大气环流主要 因子 〔 , 的奇偶对称性 . 地球自转 以柯 氏参数 甲表征可以认为 是一种奇对 称作用 地球 绕太 阳公转及 地轴相 对于黄道 面 的倾斜使地 气系统 吸收 太 阳辐射 能随纬度 出现 明显 的季节差 异,在两 分点附近 它 们呈 偶对 称分布 , 而 在二 至点附近 , 则 存在 明显 的奇对 称分量 地 球表面 的不均 匀性 呈现 出明显的奇对称性 , 以海 陆差 异 为例 , 南 北半球 陆地 面积之比,并且在 地理分 布上 呈现 出明显 的赚分布 〔们.可以认为 , 平均环 流 的奇偶对称性是 上述 因素的综合作 用 的结果 . 在以往的工作 中,针对 平均 环 流奇偶对 称性 的研究 已有 一些 , 这之中有正压过滤模式 中的 对称和 反对称运 动〔,,

正压大气对 称和 反对称运 动的数值试 验〔幻,大气对 称和反 对称运 动 的物 理性 质及 其 间的能量 转换 〔 , , , 及热带平 流层中存 在的波和一重 力混 合波 的分析〔, , . 所有 这些 都从理论和 数值方法 出发 研究了 环流的奇 偶对 称性 质,其结 果对 环流变化机 制 的深入 认识具 有重 要意 义.但是 用观 测资料 对全球对 流层 中奇偶对 称性 的气候特征 的分 析研究尚不 多见 . 那 么奇偶对称性 的气候特征 如何呢 象 事件这 样的热 带海 洋温度局部异 ① , 年月日收到 本工作 得到 长期 天气琐 报理 论和方法 研究 课题的资助 . 期管兆勇等 大气 环流的奇 偶对称性 理论依据和气候 特征 常事件是 否可引起 奇偶分 量 的显著异 常呢 本文阐述平 均 环流奇 偶对 称性 的气 候特 征.关于奇偶分 量 的异 常之诊 断方 法和 主要 结果 将 另文介 绍.

二、理论依据 对于任一 标量 函数入,甲,,

,其关于甲的变化有 下 列分 解又,尹,,

一.又,甲,,

.又,甲,,

关于 , 一. , 为偶对 称分量 , . 为奇 对称分量 , 满足 , '

, , , , 一告〔、,,

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二几,一,,

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〕,.以,,

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一音〔'

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一 ,一,,

,〕这里 甲 表示 赤道所在纬度 . 从此,容易地 把、写入大 气 动力 学方 程组 , 并 可进一 步讨论它 们的意 义'

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.这些公式 可参 见文献 〔 二, . 根据上 列 考虑 , 我们在本文 中首先探讨奇偶 对 称分 量 之相互 作用 及各项 演化 的结 果―表征环 流特征的基 本要 素的奇偶分量 的时间演变和分布特征 .