熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的二維波傳播分解

熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的二維波傳播分解

1大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的應(yīng)用時間-空譜分析是解決氣壓運動中時間間隔和空間規(guī)模之間的可能關(guān)系的一種方法。黃嘉佑等(1984)對時-空譜分析進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹。之后,Storch等(1999)也對時-空譜分析方法進(jìn)行了回顧。時-空譜分析最初的概念是由Deland(1964)提出的,將行星波的空間傅立葉系數(shù)作為時間變數(shù)進(jìn)行正交譜分析,用來表示移動波的功率譜,并以正交譜的符號表示移動波的東西方向。Kao(1968)對此方法從理論上做了論證。之后不少科學(xué)家在這方面做了工作,其中最為突出的是Hayashi,從1971年開始做了大量的工作,有力地推動了時-空譜分析方法的逐步完善和發(fā)展(Hayashi,1971a,1971b,1973,1977,1979,1982)。Pratt(1976)對時-空譜分析所得到的各量進(jìn)行了解釋,建議采用單邊時-空譜定義,從而更好地確定駐波及移動波的作用。Hayashi等(1993)將時-空譜分析方法用于研究熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩(Madden-JulianOscillation,MJO)。此后,時-空譜分析方法被眾多氣象學(xué)家廣泛地應(yīng)用于氣象研究中。大氣季節(jié)內(nèi)振蕩(ISO)是大氣環(huán)流的重要組成部分之一,其活動對熱帶地區(qū)和副熱帶地區(qū)的天氣氣候都有著重要的影響。由于季節(jié)內(nèi)振蕩的時間尺度介于月、季之間,與長期天氣預(yù)報和短期氣候預(yù)測有著密切聯(lián)系,一直是大氣科學(xué)前沿研究課題之一。自20世紀(jì)70年代初Madden等(1971,1972)發(fā)現(xiàn)大氣季節(jié)內(nèi)振蕩以來,中外氣象學(xué)家已經(jīng)對其結(jié)構(gòu)、活動規(guī)律以及其對天氣氣候的影響進(jìn)行了一系列的研究(Murakami,etal,1984,1986;Lau,etal,1985,1986;Zhu,etal,2003;祝從文等,2004;董敏等,2004;何金海等,2006;劉蕓蕓等,2006;Zhan,etal,2006;占瑞芬等,2008)。大氣季節(jié)內(nèi)振蕩最為顯著的特征之一就是其復(fù)雜多變的傳播特征。已有的研究指出,大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的傳播主要分為緯向和經(jīng)向傳播。在緯向上熱帶地區(qū)大氣季節(jié)內(nèi)振蕩多表現(xiàn)為向東傳播的特征(Madden,etal,1994;Zhang,2005;李崇銀,1993),但有時東傳現(xiàn)象并不明顯,甚至出現(xiàn)西傳現(xiàn)象,而在赤道地區(qū)以外的副熱帶大氣中,大氣季節(jié)內(nèi)振蕩則以西傳為主(李崇銀,1993;Huang,1994;李崇銀等,1990,2003),有時也會出現(xiàn)東傳現(xiàn)象;經(jīng)向上的傳播則表現(xiàn)為30°N以南地區(qū)從赤道向北傳播,而30°N以北地區(qū)從中高緯度向南傳播(Yasunari,1980;Chen,etal,1988;Rui,etal,1990)。不同于ENSO或熱帶臺風(fēng)的變化,大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的變化非常復(fù)雜。由于大氣季節(jié)內(nèi)振蕩本身傳播特征的復(fù)雜性,其定量化研究更具有挑戰(zhàn)性。通常采用的方法(如:緯度-時間剖面圖,擴(kuò)展經(jīng)驗正交函數(shù)分析、聯(lián)合經(jīng)驗正交函數(shù)分析等)在描述波的傳播特征方面存在著很大的困難。為了進(jìn)一步了解大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的傳播特征及其不同傳播方向分量對天氣氣候現(xiàn)象的影響,本文基于波的傳播理論,對時-空譜分析進(jìn)行了發(fā)展,提出了時-空二維波傳播分解方法。時-空譜分析方法僅能用于診斷研究大氣運動中時間尺度和空間尺度之間存在的可能聯(lián)系,而不能分析各分量的空間結(jié)構(gòu)特征以及傳播特征。采用時-空二維波傳播分解方法,按照波傳播方向的不同,將時-空二維變量進(jìn)行分解,得到前進(jìn)波、后退波、駐波3部分分量,突破了原有分析方法僅對各變量進(jìn)行整體分析的局限性,可以從一個新的角度來進(jìn)一步研究大氣季節(jié)內(nèi)振蕩現(xiàn)象。2利克氏體的etal-ro集體本文所用的資料主要包括:美國NOAA提供的由極軌衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)插值得到的逐日向外長波輻射(OLR)資料(Liebmann,etal,1996);NCEP/NCAR的再分析資料,主要選用了200和850hPa逐日的緯向風(fēng)。OLR資料和NCEP/NCAR再分析資料均為1979年1月1日—2006年12月31日,空間分辨率為2.5°×2.5°,為了方便處理,閏年2月29日均已略去,即每年取365d。3時-空二維波傳播分解方法3.1緯向諧波系數(shù)準(zhǔn)周期的計算大氣環(huán)流是多種空間尺度和多種時間尺度的綜合運動,而某一空間尺度的運動又往往與某一特定的時間尺度相聯(lián)系,從而表征大氣運動中某一特定的物理過程。大尺度天氣系統(tǒng)的運動基本上是平行于地面的,這樣時-空譜分析就是將一維空間、一維時間同時考慮的分析方法(黃嘉佑等,1984)。本文在這一基礎(chǔ)上,同時考慮時間和空間二維,將原始變量進(jìn)行分解,從而得到空間上具有不同傳播方向的3部分分量。對于任一實數(shù)的時-空序列F(λ,t),其中λ為空間,t為時間,均可以看作是由多個具有不同時-空特征的波疊加混合而成的,而這些單個的波又很容易用三角函數(shù)來描述。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)各個波的空間傳播特征,將其歸為3類,即向前傳播、向后傳播及空間沒有傳播特征的波,這樣就將原始的時-空二維序列,分解為前進(jìn)波、后退波及駐波3部分分量?；谏鲜隹紤],參考時-空譜分析的Hayashi方法(Hayashi,1971a,1971b,1973;黃嘉佑等,1984),首先用正弦函數(shù)和余弦函數(shù)集表示時-空二維序列,將時-空二維序列F(λ,t)展開為F(λ?t)=∞∑k=0∞∑ω=0[Ck?+ωcos(kλ-ωt-φk?+ω)+Ck?-ωcos(kλ+ωt+φk?-ω)]=∞∑k=0[Ak(t)cos(kλ)+Bk(t)sin(kλ)](1)F(λ?t)=∑k=0∞∑ω=0∞[Ck?+ωcos(kλ?ωt?φk?+ω)+Ck??ωcos(kλ+ωt+φk??ω)]=∑k=0∞[Ak(t)cos(kλ)+Bk(t)sin(kλ)](1)其中,ω=2πl(wèi)Τω=2πl(wèi)T為圓頻率,T為該序列的時間長度,l為時間波數(shù);k為空間波數(shù),λ為經(jīng)度/緯度,t為時間變量。Ak(t)、Bk(t)為該時-空二維序列空間展開的傅立葉系數(shù)(如果是在整個緯圈上進(jìn)行計算,亦稱為緯向諧波系數(shù))?！捆胤謩e代表前進(jìn)波和后退波,Ck,+ω和Ck,-ω為前進(jìn)波和后退波的振幅,φk,+ω和φk,-ω為前進(jìn)波和后退波的初位相。將空間傅立葉展開系數(shù)的時間序列Ak(t)、Bk(t)分別在時間上進(jìn)行傅立葉展開Ak(t)=∞∑l=0(aklcos(ωt)+bklsin(ωt))(2)Bk(t)=∞∑l=0(cklcos(ωt)+dklsin(ωt))(3)其中,akl=Ck?+ωcosφk?+ω+Ck?-ωcosφk?-ω(4)bkl=-Ck?+ωsinφk?+ω-Ck?-ωsinφk?-ω(5)ckl=Ck?+ωsinφk?+ω-Ck?-ωsinφk?-ω(6)dkl=Ck?+ωcosφk?+ω-Ck?-ωcosφk?-ω(7)上述akl、bkl、ckl、dkl分別為空間傅立葉展開系數(shù)的時間序列Ak(t)、Bk(t)進(jìn)一步傅立葉展開的系數(shù)。時-空譜分析中的時-空功率譜,即是采用akl、bkl、ckl、dkl4個傅立葉展開系數(shù)計算得到的。前進(jìn)波、后退波以及駐波的時-空功率譜計算公式(黃嘉佑等,1984)為{Ρk?±ω(F)=14[12(a2kl+b2kl)+12(c2kl+d2kl)±(akldkl-bklckl)]Ρk?ω=0(F)=√14[12(a2kl+b2kl)-12(c2kl+d2kl)]2+[12(aklckl-bkldkl)]2(8)時-空譜中純移動波譜的計算表達(dá)式為ΡΜk?±ω(F)=Ρk?±ω(F)-12Ρk?ω=0(F)(9)本文在上述Hayashi方法的推導(dǎo)基礎(chǔ)上進(jìn)行了發(fā)展,基于這4個傅立葉展開系數(shù)(akl、bkl、ckl、dkl),按照波的傳播方向的不同,將同一方向傳播的波進(jìn)行了合成,從而得到前進(jìn)波、后退波及駐波3部分分量。即,通過分解可以將時-空二維序列F(λ,t)分解為3部分F(λ,t)=F0(λ,t)+F+(λ,t)+F-(λ,t)(10)其中,F0(λ,t)、F+(λ,t)、F-(λ,t)分別為駐波、前進(jìn)波及為后退波分量。前進(jìn)波與后退波分量的傳播方向相反。上述3部分分量的表達(dá)式分別為F0(λ,t)=∞∑k=0[Ck?0cos(kλ-φk?0)+Ck?0cos(kλ+φk?0)](11)F+(λ,t)=∞∑k=0∞∑ω=1Ck,+ωcos(kλ-ωt-φk?+ω)=∞∑k=0∞∑ω=1[Ck?+ωcosφk?+ωcos(kλ-ωt)+Ck?+ωsinφk?+ωsin(kλ-ωt)](12)F-(λ,t)=∞∑k=0∞∑ω=1Ck,-ωcos(kλ+ωt-φk?-ω)=∞∑k=0∞∑ω=1[Ck?-ωcosφk?-ωcos(kλ+ωt)-Ck?-ωsinφk?-ωsin(kλ+ωt)](13)以上3個表達(dá)式中各三角函數(shù)的系數(shù)均可通過4個傅立葉展開系數(shù)akl、bkl、ckl、dkl計算得到。3.2緯向諧波系數(shù)基于3.1節(jié)的基本思路,在實際計算中,對于已知的時-空序列F(λ,t),時-空二維波傳播分解方法的完成需經(jīng)過以下4步(1)在每個時刻計算時-空序列F(λ,t)空間展開的2個傅立葉系數(shù)Ak(t)和Bk(t)(如果是在整個緯圈上進(jìn)行計算,則這2個系數(shù)也常被稱為緯向諧波系數(shù))。(2)在每個空間波數(shù)k上,分別對第一步得到的2個傅立葉系數(shù)Ak(t)和Bk(t)在時間上進(jìn)行傅立葉展開,從而得到4個傅立葉系數(shù)(akl、bkl、ckl、dkl)。(3)計算合成新序列時所需要用到的參數(shù),其中主要是對akl、bkl、ckl、dkl的計算,因為需要的參數(shù)都是由這4個系數(shù)計算得到的。其中主要用到的表達(dá)式為Ck?+ωcosφk?+ω=12(akl+dkl)(14)Ck?+ωsinφk?+ω=12(-bkl+ckl)(15)Ck?-ωcosφk?-ω=12(akl-dkl)(16)Ck?-ωsinφk?-ω=-12(bkl+ckl)(17)(4)計算時-空序列F(λ,t),經(jīng)過時-空二維波傳播分解方法分解得到3部分新的時-空序列,即:F0(λ,t)駐波分量,F+(λ,t)前進(jìn)波分量,F-(λ,t)后退波分量。4構(gòu)造新的時-空序列為了驗證本文提出方法的正確性和可行性,需要對其進(jìn)行檢驗。通過利用已知的理想函數(shù),構(gòu)造新的時-空序列,此序列是由具有不同傳播方向的理想函數(shù)合成的。之后,對構(gòu)造的新時-空序列進(jìn)行時-空二維波傳播分解,將得到的分量與構(gòu)造前的理想函數(shù)進(jìn)行比較,通過前后是否一致,來驗證時-空二維波傳播分解方法的可行性和有效性。4.1理想函數(shù)構(gòu)造的時-空二維波傳播分解首先,選擇具有相同傳播方向的2個理想函數(shù),構(gòu)造時-空序列f(x,t)f(x?t)=cos((x-1)δx+ωt)+cos(2(x-1)δx+2ωt)(18)圖1給出了上述理想時-空序列f(x,t)的時-空分布情況。時-空序列f(x,t)的表達(dá)式說明,該時-空序列只具有單向傳播特征(隨著時間向西傳播),而隨著時間向東傳播的分量和駐波分量均為零。對上述理想函數(shù)構(gòu)造的只具有單向傳播特征的時-空序列f(x,t),進(jìn)行時-空二維波傳播分解,得到3部分分量?？梢钥闯?分解得到的駐波分量和隨時間向東傳播的分量均為零。圖2給出了時-空二維波傳播分解所得到的隨時間向西傳播的分量的時-空分布。圖1和2對照可以看到二者是完全一致的。這說明對于具有單向傳播特征的理想函數(shù),時-空二維波傳播分解方法對其可以正確地進(jìn)行分解,得到的結(jié)果和理想函數(shù)的情況是一致的。其次,選擇具有不同傳播方向的幾個理想函數(shù),構(gòu)造時-空序列F1(x,t)F1(x,t)=f1(x,t)+f2(x,t)(19)其中,f1(x,t)=cos((x-1)δx+ωt)+cos(2(x-1)δx+2ωt)(20)f2(x,t)=cos((x-1)δx-ωt)+cos(2(x-1)δx-2ωt)(21)時-空序列F1(x,t)的表達(dá)式說明:該時-空序列具有雙向傳播特征(隨時間向西傳播和隨時間向東傳播),而駐波分量為零。圖3給出了上述理想時-空序列F1(x,t)的時-空分布情況,以及合成F1(x,t)的隨時間向東和向西傳播的兩個分量f1(x,t)和f2(x,t)的時-空分布情況。對上述理想函數(shù)構(gòu)造的具有雙向傳播特征的時-空序列F1(x,t),進(jìn)行時-空二維波傳播分解,得到3部分分量。可以看出,分解得到的駐波分量為零。圖4給出了時-空二維波傳播分解所得到的各分量的時-空分布情況和由各分量合成的時-空序列的時-空分布情況。圖3和4對照可以看到東傳和西傳分量以及由二者合成的時-空序列,在時-空二維波傳播分解前后是完全一致的。這說明對于具有雙向傳播特征的理想函數(shù)構(gòu)造的時-空序列F1(x,t),時-空二維波傳播分解方法對其可以正確的進(jìn)行分解,分解得到的結(jié)果和分解前各部分理想函數(shù)的時-空分布情況是一致的。最后,選擇具有不同傳播方向的幾個理想函數(shù)以及隨時間沒有傳播特征的理想函數(shù),構(gòu)造時-空序列F2(x,t)F2(x,t)=f1(x,t)+f2(x,t)+f3(x,t)(22)其中,f1(x,t)=cos((x-1)δx+ωt)+cos(2(x-1)δx+2ωt)(23)f2(x,t)=cos(2(x-1)δx-2ωt)+cos(2(x-1)δx-ωt)(24)f3(x?t)=cos((x-1)δx)(25)時-空序列F2(x,t)的表達(dá)式說明,該時-空序列具有雙向傳播特征(隨時間向西傳播和隨時間向東傳播),同時駐波分量不為零,而是隨經(jīng)度變化,但隨時間沒有傳播特征。圖5給出了上述理想時-空序列F2(x,t)的時-空分布,以及合成F2(x,t)隨時間向東傳播和向西傳播的2個分量f1(x,t)和f2(x,t)的時-空分布,同時還給出了隨時間沒有傳播特征的駐波分量f3(x,t)的時-空分布。對上述理想函數(shù)構(gòu)造的具有雙向傳播特征以及隨時間沒有傳播特征的時-空序列F2(x,t),進(jìn)行時-空二維波傳播分解,得到3部分分量。可以看出,分解得到的駐波分量不為零。圖6給出了時-空二維波傳播分解所得到的各分量的時-空分布情況和由各分量合成的時-空序列的時-空分布。對照圖5和6可以看到東傳、西傳和駐波分量以及由3者合成的時-空序列,在時-空二維波傳播分解前后是完全一致的。這說明對于由具有雙向傳播特征的理想函數(shù)和隨時間沒有傳播特征的理想函數(shù)構(gòu)造的時-空序列F2(x,t),時-空二維波傳播分解方法對其可以正確進(jìn)行分解,結(jié)果和分解前各部分理想函數(shù)的時-空分布情況是一致的。在不同情況下,對由理想函數(shù)構(gòu)造得到的時-空序列進(jìn)行時-空二維波傳播分解,分析可知,分解得到的分量的時-空分布情況和構(gòu)造時-空序列的理想函數(shù)的時-空分布情況是一致的。這從理想函數(shù)的角度驗證了時-空二維波傳播分解方法的正確性和可行性。4.2太平洋地區(qū)的市場分析通過理想函數(shù)驗證了時-空二維波傳播分解方法的正確性和可行性后,本文進(jìn)一步將其用于再分析資料。采用時-空二維波傳播分解方法,主要分析了OLR資料和NCEP/NCAR提供的200和850hPa緯向風(fēng)再分析資料,其中氣候態(tài)選用1979年1月1日—2006年12月31日28a的平均。Wheeler和Hendon(WH04)采用聯(lián)合經(jīng)驗正交函數(shù)分析方法,通過對OLR、850和200hPa緯向風(fēng)的分析提出了一個可用于追蹤、預(yù)報熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩活動情況的指數(shù)(Wheeler,etal,2004)。本文以此為例,對OLR、850和200hPa緯向風(fēng)進(jìn)行了分析,帶通濾波的時長為30—60d,選用Lanczos濾波器(Duchon,1979)。圖7給出了OLR、850和200hPa緯向風(fēng)經(jīng)過CEOF分析得到的前2個模態(tài)的空間分布以及對應(yīng)的時間系數(shù)的超前滯后相關(guān)情況。兩個模態(tài)總的解釋方差分別為26.17%和23.92%,可以與其他CEOF模態(tài)很好地分離開來(第3個模態(tài)總的解釋方差為6.3%,各模態(tài)分離的判斷標(biāo)準(zhǔn)見North等(1982))。2個模態(tài)中各變量獨自的解釋方差在圖中均已標(biāo)出。從物理意義而言,第1模態(tài)(CEOF1)描述的是非常熟悉的情況,即熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩(ISO)在印-太交界處發(fā)生對流的加強(qiáng)活動(負(fù)的OLR異常),此時,對流層低層(850hPa)的西風(fēng)異常自印度洋地區(qū)一直擴(kuò)展到了印-太交界處,而對流層低層的東風(fēng)異常則存在于整個太平洋地區(qū),對流層高層(200hPa)緯向風(fēng)異常的空間分布情況和低層情況正好相反;第2模態(tài)(CEOF2)描述的情況則是,熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的對流活動加強(qiáng)發(fā)生在太平洋地區(qū)(即,負(fù)的OLR異常出現(xiàn)在120°E—180°),對流層高層(200hPa)的東風(fēng)異常出現(xiàn)在90°E—180°,90°E以西和180°以東為西風(fēng)異常,而對流層低層(850hPa)緯向風(fēng)異常的空間分布和高層正好相反。在這2個主要模態(tài)中,對流層高層的東風(fēng)異常和低層的西風(fēng)異常均出現(xiàn)在深對流活動的近旁及其西側(cè)。作為一對整體考慮,這2個主要模態(tài)的情況說明大氣季節(jié)內(nèi)振蕩在熱帶地區(qū)表現(xiàn)為大尺度的運動特征。圖7c給出了前2個模態(tài)所對應(yīng)時間系數(shù)的超前滯后相關(guān)情況?？梢钥闯銮?個模態(tài)是密切相關(guān)的,當(dāng)PC1超前(滯后)于PC2約10d時,PC1和PC2的相關(guān)系數(shù)大于0.8。PC1和PC2的超前滯后關(guān)系以及2個主要模態(tài)的空間分布情況表明,熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的對流降水和緯向風(fēng)以約40d的周期沿赤道向東傳播,且MJO的主要活躍范圍在東半球(60°E—180°)。采用時-空二維波傳播分解方法,得到了OLR、850和200hPa緯向風(fēng)各自的東傳、西傳及駐波分量,并對各分量進(jìn)行了30—60d帶通濾波處理。之后,對各分量分別進(jìn)行了CEOF分析。圖8是東傳和西傳分量CEOF分析所得到的各自的前2個空間模態(tài)的分布以及對應(yīng)的時間系數(shù)的超前滯后相關(guān)情況。由東傳分量CEOF分析所得到的空間模態(tài)可知:前2個模態(tài)的總的解釋方差分別為32.26%和30.82%,前兩個模態(tài)可以和其他的CEOF模態(tài)很好地分離開來(第3模態(tài)總的解釋方差僅為5.72%)。從物理意義而言,第1模態(tài)(CEOF1)描述的是大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的深對流活動主要發(fā)生在太平洋地區(qū)(負(fù)的OLR異常出現(xiàn)在120°E—180°),對流層低層(850hPa)的西風(fēng)異常自90°E附近一直擴(kuò)展到150°W,東風(fēng)異常則出現(xiàn)在60°E以西和150°W以東,對流層高層(200hPa)緯向風(fēng)異常的空間分布和低層情況正好相反。這與圖7b基本一致,不過東傳分量第1模態(tài)的總的解釋方差可達(dá)32.3%,遠(yuǎn)大于分解前第2模態(tài)的總的解釋方差(23.95%);對照分析發(fā)現(xiàn),東傳分量CEOF分析得到的第2模態(tài)與圖7a基本一致,不過東傳分量CEOF2的總的解釋方差(30.82%),大于圖7a的總的解釋方差(26.17%)。從東傳分量的前2個主要模態(tài)可以看出,熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的空間尺度主要表現(xiàn)為行星尺度的運動特征,即緯向上呈現(xiàn)為1波特征。圖8c給出東傳分量CEOF分析得到的前2個模態(tài)對應(yīng)的時間系數(shù)的超前滯后相關(guān)情況,分析可知在東傳分量的季節(jié)內(nèi)振蕩中,前2個模態(tài)是密切相關(guān)的,當(dāng)PC1滯后(超前)PC2約10d時,PC1和PC2的相關(guān)系數(shù)絕對值大于0.85。PC1和PC2的超前滯后相關(guān)和CEOF分析得到的前2個模態(tài)的空間分布情況表明,在東傳分量場上,熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的對流降水和緯向風(fēng)以約40d的周期沿赤道向東傳播,并且MJO主要活躍在東半球(活躍范圍為60°E—180°),前2個主要模態(tài)的超前滯后相關(guān)關(guān)系對于預(yù)報有著重要的指示意義。由西傳分量CEOF分析所得到的空間模態(tài)可知,整體而言,西傳分量前2個模態(tài)的振蕩幅度明顯減弱。前2個模態(tài)的總的解釋方差分別為9.3%和8.9%,遠(yuǎn)小于東傳分量的情況。分析西傳分量的前幾個主要模態(tài)可知,西傳分量主要表現(xiàn)了熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的多尺度空間特征,在緯向上呈現(xiàn)為2—3波的運動情況。圖8f給出了西傳分量CEOF分析得到的前2個模態(tài)所對應(yīng)的時間系數(shù)的超前滯后相關(guān)情況,結(jié)果表明,在西傳分量的大氣季節(jié)內(nèi)振蕩中,當(dāng)PC1超前(滯后)PC2約10d時,PC1和PC2的相關(guān)系數(shù)絕對值約為0.7,說明西傳分量的季節(jié)內(nèi)振蕩西傳的周期約為40d,不過遠(yuǎn)小于東傳分量的振幅。因此,在對變量整體分析時,西傳特征常被強(qiáng)的大尺度的向東傳播所掩蓋而難以得到體現(xiàn),通過東、西傳分解,有助于進(jìn)一步揭示大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的西傳特征及其作用。從駐波分量CEOF分析所得到的前2個空間模態(tài)可以看到第1模態(tài)的總解釋方差可達(dá)53.7%,且可以很好地和其他CEOF模態(tài)分離開來,說明在駐波分量上主要表現(xiàn)為印度洋和太平洋的反位相結(jié)構(gòu)(圖略)。分析可知,東傳分量所反映的信息和未分解時基本一致,而西傳分量的信號則要弱一些。說明在熱帶地區(qū),大氣季節(jié)內(nèi)振蕩主要以緯向1波的向東傳播為主,且對流層高、低層之間緯向風(fēng)呈現(xiàn)反位相的“斜壓”結(jié)構(gòu)。這和傳統(tǒng)的結(jié)論一致。這從再分析資料的角度進(jìn)一步驗證了時-空二維波傳播分解方法的正確性和可行性。通過時-空二維波傳播分解可知,熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩緯向1波的東傳,緯向風(fēng)隨高度明顯向西傾斜,以致對流層高、低層之間呈現(xiàn)反位相的“斜壓”結(jié)構(gòu),這些顯著的特征主要在東傳分量上得到體現(xiàn);西傳分量則主要表現(xiàn)了熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的多尺度西傳特征,如緯向2—3波的活動情況,西傳現(xiàn)象主要出現(xiàn)在東半球。對各年進(jìn)行經(jīng)度-時間剖面分析可以看到,東傳分量上東傳現(xiàn)象非常明顯,西傳分量上季節(jié)內(nèi)振蕩的西傳現(xiàn)象在有的年份也很清晰,只是強(qiáng)度以及系統(tǒng)性沒有東傳現(xiàn)象那么顯著(圖9)。時-空二維波傳播的東、西分解,有利于深入研究熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的東傳和西傳特征及其對天氣氣候的影響。另外,東傳分量CEOF分析得到的前2個主要模態(tài)相較于未分解時CEOF分析得到的前2個主要模態(tài),其順序出現(xiàn)了顛倒,這說明通過時-空二維波傳播分解,將東傳分量、西傳分量以及駐波分量分離開來分析,避開了各分量之間的相互影響,使得造成熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩緯向1波東傳現(xiàn)象的2個主要模態(tài)的重要性出現(xiàn)了新的排序,揭示了對變量整體分析所看不到的內(nèi)部特征,從而對熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩緯向1波向東傳播主要模態(tài)的物理意義及其重要性有了進(jìn)一步的認(rèn)識,這對于MJO更加準(zhǔn)確預(yù)報及其物理模型的建立有著重要意義。所以,對各分量分別進(jìn)行分析有利于深入認(rèn)識大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的東傳、西傳現(xiàn)象各自的特征及其對天氣氣候的不同作用。5時-空二維波傳播