北半球冬季中高纬大气环流低频变率成因的低维随机学动力学研究

This proposal, by suggesting a throughout investigation on the governing low-order stochastic dynamics of the boreal winter extratropical low-frequency variability, is aimed at deepening our understanding of the mechanism and nature of this low-frequency variability. As a result, we can reveal particularly the interaction between planetary and synoptic disturbance and the dynamical roles of the planetary-scale topography in the formation of its complex spatio-temporal structure. These include the roles played by the planetary and synoptic disturbance in the origins of its time scale and weather regimes, the manner in which the topographic instability induced by the planetary-scale topography behaves and how the Northern Hemisphere teleconnevtion patterns such as the AO/NAM, the NAO and the PNA are related to such kind of topographic instability. Research on these issues may lay both theoretical and methodological foundation for the extended range-forecast.

本项目旨在通过对控制冬季中高纬大气环流低频变率的低维随机动力学过程的系统全面的研究，深化对这种低频变率的成因和特性的理解与认识。在此基础上，深刻揭示行星尺度和天气尺度扰动间相互作用以及与之相关的北半球大地形的动力学不稳定在其形成机理和复杂的时空结构成因中的作用。包括行星尺度扰动和天气尺度扰动在其时间尺度和阶段（regime）形成中的作用、大地形引起地形不稳定的具体方式以及北半球及区域范围遥相关型（如AO/NAM、NAO，PNA等）与它们的关系等。为冬季中高纬短期气候的诊断分析和预测奠定理论和方法方面的基础。

本项目旨在通过对控制冬季中高纬大气环流低频变率（LVF）的低维随机动力学过程的系统全面的研究，深化对这种低频变率的成因和特性的理解与认识。在此基础上，深刻揭示行星尺度和天气尺度扰动间相互作用以及与之相关的北半球大地形的动力学不稳定在其形成机理和复杂的时空结构成因中的作用。按照项目研究计划，已基本完成各项研究任务，并基本实现了上述既定研究目标。主要进展和成果归纳如下：.（1）使用AO，NAO，PNA和LOD指数经验性地构造了多级低维随机动力模型,改进了对于观测时间序列构成的2维以及立体角PDF（概率密度函数）的显著性检验方法。（2）发现北半球冬季LVF的形成原因无法在有关急流与中纬度山脉分布间的相互作用的行星尺度动力学得到完全解释，类似NAO+，AO+，AO-及NAO-等大气环流多阶段（regime)的存在依赖于时间尺度远远长于LVF的过程，其基本动力学区别于地形与急流相互作用的动力学。（3）北半球中纬度山脉分布和急流之间相互作用的动力学本身虽然可以产生类似的振荡行为，但它不是产生低频变率的必要条件，天气尺度涡动对于行星尺度动力学的反馈和强迫作用才是产生低频变率的本质因素。（4）用拉格朗日观点分析了AO/NAM的指数异常事件中北极近地面冷气团的活动路径,直接地表现出了异常事件中冷气团运动的优势路径,很好地解释了传统公认的AO/NAM对北半球不同地区冬季气温的影响。（5）研究了AO/NAM指数异常事件对我国的影响，正AO/NAM指数异常事件中的中低层冷气团活动有利于南支槽加深,进而为我国南方地区冰冻雨雪天气提供了有利条件，而负事件中的极地近地面冷气团可直接影响东北地区,形成寒潮降温天气。.项目较好地解释了北半球冬季LVF的形成的动力学原因，为进一步认清LVF形成的机理奠定了一定基础，同时也直观地解释了正负AO/NAM指数异常事件中北极近地面冷气团运动的优势路径及其对我国冬季天气的影响。在本研究项目资助下，共发表相关研究学术论文2篇，均为SCI论文（第一标注1篇，第二标注1篇）。