北半球环状模及其指数异常事件形成的动力学机理和诊断方法研究

本项目旨在研究北极涛动(AO)或北半球环状模(NAM)及其指数异常事件产生的动力学过程或机理。具体包括:研究冬季北半球气候场附近似纬向对称的正规模及与其它非纬向对称的正规模间非线性相互作用，搞清楚这种近似纬向对称正规模及其动力学行为在AO/NAM的时空结构形成中的作用，从而对现有的波动-纬向流相互作用理论在解释和理解AO/NAM空间结构形成原因中的不足之处进行改进。同时,研究分别位于AO/NAM的三个活动中心（也是波流相互作用中心）处的三个区域变率型即NAO、PNA及平流层极涡之间的耦合机制及耦合动力学模态与AO/NAM的关系，深化对AO/NAM动力学过程及与其它北半球冬季气候变率型关系的理解。 基于上述研究,通过对多个AO指数异常事件的动力学过程的个例分析,深入理解准定常行星波和天气尺度波在其中所扮演的角色，以期建立一种可供实际业务使用的有关AO指数异常事件成因的一般诊断分析方法。

北极涛动或北半球环状模是影响冬季北半球季节内变率的最主要的一个气候模态。长期以来有关其时间空间结构形成原因和气候影响一直是大气科学界持续关注的问题。我们的前期工作将这一模态的空间结构的形成原因归结为北半球中高纬度行星尺度动力学过程的线性正规模这一物理模态。在沿袭前面研究思路的基础上，本项目在实际执行过程中也注意向更加深入和广泛的方向发展。并主要主要突出了以下方面的特色内容1）强调了上述问题的低维随机动力学性质及相应的描述方法，这种情况下与AO/NAM有关的线性正规模表现为北半球冬季区域遥相关型或波-流相互作用活动中心间相互作用的线性动力耦合模态。 同时也回答了AO/NAM与北半球冬季各区域遥相关型间的关系这一问题。2）将线性理论扩展到非线性理论，进行了低维随机动力学非线性性质的研究，从而将AO/NAO的持续性异常事件与大气环流的多阶段（regime)特征联系起来。并且通过分析证明包括类似于AO+、AO- 、AO+ 和AO-等regime的存在取决于行星尺度确定性动力学的非线性性质。而对应于AO/NAM的线性正规模反映了上述regime 间的混合模态并反映了AO/NAM的主要空间分布特征。3）在AO 指数异常事件的气候影响方面,通过对合成的正负事件期间极地冷空气活动轨迹的拉格朗日追踪成功确定了AO/NAM事件影响冬季北半球气温的方式和途径。4）将AO/NAM的成因和性质这一科学问题放在北半球冬季季节内变率的成因这一背景下进行研究。尽管北半球冬季季节内变率与regime AO+、AO-等之间的转换有关，但通常所认为的北半球冬季季节内变率的形成机制即中高纬大地形与行星尺度环流间的非线性相互作用动力学似乎并不能直接产生regime AO+、AO-， 从而加深了对于AO/NAM及北半球冬季季节内变率成因的理解并与在研的另外一个基金面上项目进行了较好的衔接。综上，通过本项目的研究使得我们对于AO/NAM的成因、性质和气候影响有了深入广泛的理解，上述研究的科学意义不仅在于认识冬季北半球季节内变率形成原因这一基础性前沿性科学问题，也是为了解决冬季延伸期预报问题奠定理论基础。在项目的执行过程中通过吸收青年科学工作者参加，也为培养新生科研力量作出了贡献。