尺度相互作用与中高纬度地区大气低频模态的动力学

北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation，简称NAO)和太平洋-北美遥相关型(Pacific North American Teleconnection pattern,简称PNA)是中高纬度地区两个最重要的低频大气模态。他们对区域以及全球气候有重要的调控作用，因此一直是国际大气科学研究的重要的科学问题。现有的研究表明NAO和PNA都是风暴路径上的天气尺度波强迫产生的，然而为什么太平洋上产生的是PNA的波列结构，而大西洋上产生的是NAO的局地偶极结构？这是没解决的重要的科学问题。申请者认为两大洋上除了行星波和天气尺度波有差别外，最重要的差别是基本流和斜压性等背景条件有明显的不同。本项拟推广作者所提出的基本流-行星波-天气尺度波相互作用理论模型来揭示两大洋上产生两类不同低频模态的机理，为进一步搞清楚NAO主要在大西洋上产生，而PNA在太平洋上产生的原因提供理论基础．

本项目研究了行星尺度波和天气尺度波之间的尺度相互作用在低频流（NAO，阻塞和PNA，重点在NAO)变化中的作用，特别是揭示了大西洋天气尺度波所组织的风暴路径(storm track)的变化在NAO变化中的作用.主要取得了如下四个方面的成果：.（1）揭示了冬季平均的NAO指数自从1991年以来有明显的下降趋势。这样的变化可能与1991年以来NAO负位相(NAO-)事件增多有关。我们的研究进一步揭示NAO负位相(NAO-)事件的增多可能与NAO正位相（NAO+)事件频繁地转换成负位相事件有关。当大西洋风暴路径(storm track)增强时，NAO正位相期间欧洲大陆的阻塞会加强西退，这会导致NAO正位相(NAO+)事件转换成负位相事件。.（2）进一步研究了NAO事件的转相与冬季平均NAO指数变化的关系，指出NAO- to NAO+转相频率在1978-1990期间是NAO+ to NAO-转相频率的两倍，而在1991-2010期间NAO+ to NAO-的转相频率是NAO- to NAO+转相频率的两倍。这 NAO位相的变化关系与大西洋的平均西风和风暴路径的强度有关。同时我们还讨论这些NAO转相事件发生的机理。.（3）根据NAO的观测结果，我们推广了Luo 等人(2007)所提出的非线性多尺度相互作用模式，并利用此模式我们找出了NAO事件发生转相和不发生转相的条件。.（4）利用我们提出的非线性多尺度相互作用模式，研究了阻塞环流中两个气旋或反气旋相互吸收和合并产生的条件和机理，指出大尺度阻塞环流的反馈是阻塞区域涡旋合并的关键因子。没有阻塞流的反馈，我们不能观测到任何的涡旋合并现象。