1、北半球冬季緯向平均環(huán)流的結(jié)構(gòu)與變率龔道溢北京師范大學(xué) 教育部環(huán)境演變與自然災(zāi)害開放研究實驗室100875王紹武北京大學(xué)地球物理系 100871摘要：對冬季對流層緯圈平均緯向風(fēng)(u)進行的經(jīng)驗正交函數(shù)分析顯示，最主要的特征表現(xiàn)為兩個相反符號的極值中心，一個在3035 N之間，另一個則在 55 N。與此相聯(lián)系的緯圈平均高度場最突出的模態(tài)也是有兩個相反符號的中心，一個在40 N附近，另外一個則在65 N附近。因此可以用 H40N-H65N，即40 N和65 N緯圈平均位勢高度的差，來定義西風(fēng) 指數(shù)，反映溫帶地區(qū)西風(fēng)的強弱。西風(fēng)指數(shù)高的年份，北半球氣溫通常也偏高，主要是中緯 度大陸變暖明顯，這可能與中

2、高緯度西風(fēng)強時，向北的經(jīng)向熱量輸送也加強有關(guān)。50年代以前北半球偏暖的時期指數(shù)偏低，而偏冷的時期指數(shù)偏高。但近30多年來，伴隨全球加速變暖，西風(fēng)指數(shù)也持續(xù)加強，這可能與溫室效應(yīng)的加強有關(guān)。關(guān)鍵詞：西風(fēng)指數(shù)，變率，氣候變化1前言人們很早就注意到，大氣環(huán)流的最基本的特征是大氣大體上沿緯圈方向的繞極運動。30年代后期Rossby最早提出了西風(fēng)指數(shù)(zonal index)的概念，即用35 N和55 N緯圈平均海 平面氣壓的差反映北半球溫帶地區(qū)(35 -55 N)西風(fēng)的強弱，以此來作為定量描述大氣運動基本狀態(tài)的一個參數(shù)。溫帶西風(fēng)強時稱為“高指數(shù)”環(huán)流，弱時則是“低指數(shù)”環(huán)流。Willett及Namia

3、s2隨后指出，西風(fēng)極大值出現(xiàn)的位置也隨西風(fēng)指數(shù)的強弱有明顯的經(jīng)向移動，高 指數(shù)時強西風(fēng)位置偏北。低指數(shù)時強西風(fēng)位置偏南，多位于副熱帶，可達30 N左右。Namias(1950)2進一步提出了指數(shù)循環(huán)(the index cycle)的概念。這些開創(chuàng)性的工作極大地推 動了大氣環(huán)流的研究。當(dāng)然，早期人們主要是從天氣學(xué)的角度來研究西風(fēng)指數(shù)的變化的，不過由于指數(shù)循環(huán)的時間尺度約46周，所以月平均西風(fēng)強度的變化所反映的是時間尺度更長的西風(fēng)變率。王紹武3在1963年利用10年的北半球500hPa月平均高度研究了西風(fēng)指數(shù)的 變化，指出有準(zhǔn)兩年振蕩，但由于時間序列太短，不足以研究西風(fēng)強度更長尺度的變率。70年

4、代到80年代初，人們更多的是注重研究 ENSO及其影響，對中緯度大氣環(huán)流的變 化有所忽略，西風(fēng)指數(shù)的研究一度受到人們的冷落。但近來大家逐漸認識到，西風(fēng)指數(shù)的強弱，反映了中高緯大氣環(huán)流的基本狀態(tài)，這種狀態(tài)對高緯與中低緯之間大氣質(zhì)量、動量及熱量的交換，與半球及全球氣候異常均有密切的聯(lián)系。Thompson和Wallace指出北半球冬季海平面氣壓場最突出的模態(tài)具有緯向?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)，并稱之為“北極濤動”。整個北半球?qū)α鲗幽酥恋较噜彽钠搅鲗拥蛯?，高度場的結(jié)構(gòu)都是一種大致緯向?qū)ΨQ的空間型57。在南半球緯向結(jié)構(gòu)的特征更明顯，稱為“南極濤動”8,9。兩者實質(zhì)上反映的都是中緯度西風(fēng)強度。但它們不僅與中高緯，與低緯風(fēng)

5、場及溫度場也有密切的關(guān)系。這些研究推動了對西風(fēng)環(huán)流變率與氣候變化關(guān)系的認識。本文將分析北半球冬季西風(fēng)環(huán)流的結(jié)構(gòu)，以及與溫度變化之間的*由國家自然科學(xué)基金重點項目(49635190)及國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃首批項目(G1998040900)資助11關(guān)系。902緯向環(huán)流的結(jié)構(gòu)80在 Rossby的工作之 后,Lorenz（1951）10曾指 出，由于大氣質(zhì)量在不同 緯度帶間交換造成的氣壓 變化，有兩個地區(qū)有最好 的一致性，一個地區(qū)在65 N，另一個在35 N，這意味著用這兩個緯度的海平面氣壓差來代表西風(fēng)可能比用55 N和35 N更合70605040302010005理。除此之外，后來人們 也陸續(xù)

6、使用過其它不同的-10 01020 _Zonal wind ( m/s)緯圈組合來表示西風(fēng)指數(shù)（如40 N與60 N）。一些研究發(fā)現(xiàn)，不管是對流層中 層還是上層，緯向風(fēng) （u）的 異常在中緯度和高緯度表 現(xiàn)出反號的特征11J2，因 此丁敏芳等13曾用35 N圖1 500hPa緯向平均u的合成情況，（a）中實線是5個高指數(shù)年平均，虛線是 5個低指數(shù)年的平均，5個高、低指數(shù)年由EOF分析的時間系數(shù)來確定，（b）為高值年減低值年結(jié)果，橫線標(biāo)出標(biāo)準(zhǔn)差大小和55 N上緯向風(fēng)的差值來代表西風(fēng)指數(shù)（即U35 n-U 55 n）。Thompson和Wallace用海平面氣壓EOF分析的時間系數(shù)來反映緯向風(fēng)。那

7、么，究竟緯向風(fēng)異常的結(jié)構(gòu)是怎樣的， 以及如何更好地表征西風(fēng)指數(shù)仍需要具體分析。0.20.0-0.2-0.0-0.2UH90 80 70 60 50 40 30 20 100 N(a) 500hPaI I1(b) 1000hPa-0.2-0.0-0.2-0.4-0.490 80 70 60 50 40 30 20 100 N圖2 500hPa（a）和1000hPa（b）緯圈平均冬季緯向風(fēng)（U）與位勢高度（H）奇異值分解（SVD）的量綱值.H40-H65H40H65U35-U55-0.90-0.870.85U35-0.70-0.710.64U5

8、50.960.90-0.93U 表示 500hPa緯向風(fēng)，H表示位勢高度表1不同要素間的相關(guān)系數(shù)圖3 500hPa西風(fēng)指數(shù)的比較 （U55即55 N緯圈平均緯向風(fēng)；H40-H65則為40 N與65 N緯圈平均高度的差）第一對模態(tài)縱坐標(biāo)為無禾U 用 NCEP/NCAR 的 19581998再分析資料，分別 對500hPa和lOOOhPa緯圈平 均的緯向風(fēng)（u）進行EOF分析， 分析前對資料都進行了面積 加權(quán)處理（cos（），這樣處理 后的風(fēng)場能比較真實地反映 大氣動量。后面的分析中對高 度場也做了同樣處理，以便更合理表示大氣質(zhì)量的相對多 少。緯向平均緯向風(fēng)（u）的EOF 分析第一個模態(tài)分別解釋總

9、 方差的45.6%和56.4%，且非 常相似：都有兩個相反符號的 極值中心，一個在3035 N附 近，另一個則在50 55 N。這 種結(jié)構(gòu)可能說明了中緯最大 西風(fēng)中心的南北位置的移動。 當(dāng)最大西風(fēng)帶位置偏北時，則 中緯度偏南地區(qū)出現(xiàn)東風(fēng)異 常，高緯出現(xiàn)西風(fēng)異常。反之， 如果強西風(fēng)中心位置南移，則較低緯度地區(qū)出現(xiàn)西風(fēng)異常。圖1是500hPa緯向平均 u的 合成情況，分別是其 EOF分析時間系數(shù)的5個極大值和極小值年的平均， 同時還給出了二者的差及一個標(biāo)準(zhǔn)差代表的變10m/s的緯度包括了化范圍。5個極大正值年里強的西風(fēng)分布的緯度范圍更寬，超過20 55 N，中心在40 N左右，但最大西風(fēng)值稍低；5

10、個極大負值年里，最大西風(fēng)帶范圍變窄，超過10m/s的緯度包括了 20 45 N，而且中心位置偏南 510個緯度，可達30 N左右, 最大西風(fēng)值偏高。如果用高度場進行 EOF分析，則最突出的模態(tài)也有兩個相反符號的中心，一個在40 N附近，另外一個則在65 N附近。對高度場與緯向風(fēng)做奇異值分解（SVD），這種結(jié)構(gòu)特征十分明顯。圖2（a）是500hPa緯圈平均高度距平與緯圈平均u距平的SVD分析第一對模態(tài)， 圖2（b）是1000hPa的情況。這一對模態(tài)分別解釋了 500hPa和1000hPa上高度和u協(xié)方差的46.2 %和57.5%?？梢娊孛婧蛯α鲗又袑拥奶攸c非常相似，對于高度場都是在40 N和6

11、5 N分別出現(xiàn)性質(zhì)相反的兩個極值中心，與此向?qū)?yīng)的u的兩個相反性質(zhì)的極值都是出現(xiàn)在30 35 N及50 55 N附近。有趣的是高度場極值出現(xiàn)的兩個緯度與南半球的南極濤動的兩 個極值緯度是完全一樣的，這并非是偶然現(xiàn)象，而是反映了大氣內(nèi)部的固有結(jié)構(gòu)特征。而且不僅是這上面這兩個層次上如此，用從1000hPa到200hPa共10層的u和高度場資料分別單獨進行EOF分析或一起做SVD分析，都發(fā)現(xiàn)低層與高層，緯向風(fēng)及高度場的特征有極大的 相似性，而且二者間的關(guān)系也如此。 極值中心的位置上下都一致， 反映出西風(fēng)異常的正壓性 質(zhì)。圖略。因此，根據(jù)上面的分析可以得出結(jié)論，西風(fēng)指數(shù)的強弱可以用40 N和65 N緯

12、圈平均位勢高度的差來表示，即 H40N-H65n。根據(jù)Rossby和Namias等最早的研究，西風(fēng)指數(shù)應(yīng)該 能盡可能好地描述溫帶地區(qū)的緯向西風(fēng)的強弱。本文前面的分析表明，與高度場的變化相聯(lián)系的風(fēng)場，在55 N有最大的相關(guān)。在500hPa位勢高度上西風(fēng)指數(shù)(H40 n-H65 n)與55 N西風(fēng) (U55 n)間相關(guān)系數(shù)達0.96。用35 N和55 N上緯向風(fēng)的差值來反映西風(fēng)的變化，雖然在統(tǒng)計上與西風(fēng)指數(shù)(H40N-H65N)有很高的相關(guān)(-0.90)，但物理意義上顯然不如后者清晰?？梢娪?H40N-H65N來代表西風(fēng)指數(shù)從其代表性和物理意義上看的確是一個很好的指標(biāo)。見圖3和表1。由于西風(fēng)指數(shù)強

13、調(diào)的是緯圈平均狀況，因此很容易會認為與槽脊的變化沒有什么關(guān)系。 但從最初定義西風(fēng)指數(shù)時，就發(fā)現(xiàn)西風(fēng)基本氣流的強弱與大氣環(huán)流的定常波有密切的聯(lián)系。 圖4和圖5就可以很清楚地說明這一點。圖4是標(biāo)準(zhǔn)化的西風(fēng)指數(shù)與500hPa位勢高度間的回歸系數(shù)，即當(dāng)西風(fēng)指數(shù)增強一個標(biāo)準(zhǔn)差時，對應(yīng)的各格點高度變化?？梢娫谖黠L(fēng)增強的情況下，東亞大槽變?nèi)酢⒏叨仍黾?020gpm，北美大槽也存在同樣量級的減弱。因此，在高空西風(fēng)氣流更為平直。Wallace和Hsu【14曾對比西風(fēng)指數(shù)強弱狀況下的高空和地面環(huán)流差異， 指出強西風(fēng)時地面大氣濤動(如北大西洋濤動)也增強，同時在高空一些大氣遙相關(guān)也增強 (如東大西洋型、西大西洋型、

14、西太平洋型)。這些特點在圖4中也有體現(xiàn)。同時在圖 5海平面氣壓與西風(fēng)指數(shù)的關(guān)系中可以看到，除北大西洋濤動加強外，在亞洲大陸中高緯，西伯利亞高壓的強度也減弱，中心區(qū)域的強度減弱12hPa。此外，圖4和圖5也進一步說明西風(fēng)環(huán)流在地面與高空都有大體相似的結(jié)構(gòu)，這反映了大尺度大氣運動的正壓性。不過，在高空其緯向特征更為明顯，而西風(fēng)異常與SLP的關(guān)系受下墊面熱力、物理狀況差異的影響和限制更明顯。圖4 500hPa高度與西風(fēng)指數(shù)間的回歸系 數(shù),即當(dāng)西風(fēng)指數(shù)增強一個標(biāo)準(zhǔn)差單位時 相應(yīng)的位勢高度的變化量(gpm)歸系數(shù)，即當(dāng)西風(fēng)指數(shù)增強一個標(biāo)準(zhǔn)差單位 時相應(yīng)的海平面氣壓的變化量(hPa)3西風(fēng)環(huán)流對溫度的影響

15、很早人們就發(fā)現(xiàn)高指數(shù)環(huán)流盛行的年 份，北半球地面氣溫通常偏高。Namias認為，當(dāng)西風(fēng)指數(shù)強時，中緯加強的西風(fēng)環(huán)流 將會阻止高緯度和低緯度地區(qū)之間的熱量 交換，在極地及副極地由于輻射冷卻，溫度 將會變得更低，而中緯度地區(qū)溫度會升高。 但后來人們認識到情況沒有這么簡單。實際上在南北向的熱量輸送過程中，包括較大尺 度的定常波及天氣尺度的瞬變波，都起著十分重要的作用15,16。而這些渦旋的活動與西 風(fēng)氣流間也存在著緊密的聯(lián)系。前面的分析 中曾指出，西風(fēng)指數(shù)強時，55 N和35 N的緯向風(fēng)呈相反性質(zhì)的變化，這相當(dāng)于水平切 變的增強，很容易理解這會有利于渦旋活動 的產(chǎn)生和加強。 Limpasuvan 和

16、 Hartmann16 最近的模擬研究發(fā)現(xiàn)這些與西風(fēng)環(huán)流有關(guān) 的渦旋活動在北半球主要是定常波，南半球 主要是天氣尺度的瞬變波。Robi nson (1994)15在兩層的簡單大氣環(huán)流模式中，人為地將西風(fēng)指數(shù)加強或減弱，結(jié)果發(fā)現(xiàn)渦旋活動的 動量輸送與西風(fēng)指數(shù)的強弱之間，是一個正圖6地面氣溫或海面溫度與西風(fēng)指數(shù)間的回歸系數(shù)，即當(dāng)西風(fēng)指數(shù)增強一個標(biāo)準(zhǔn)差單位時 相應(yīng)的溫度的變化量(C)，資料長度為1958 1998.反饋關(guān)系。據(jù)我們計算，當(dāng)西風(fēng)指數(shù)強時，由定常波造成的向高緯度地區(qū)的熱量輸送也加強,中心在40 50 N，圖略。圖6是西風(fēng)指數(shù)與北半球地面氣溫或海面溫度的回歸系數(shù)，當(dāng)西 風(fēng)指數(shù)變強一個標(biāo)準(zhǔn)差

17、時，歐亞大陸的大部分地區(qū)氣溫都要偏高0.25 C以上，大陸腹地則高達0.75 C以上。北美大陸的東南部，也偏高0.25 C以上。負的區(qū)域主要在北美東北部及格陵蘭，溫度下降幅度也超過0.25 C以上，溫度偏低的區(qū)域范圍遠比偏高的范圍小。因此，如果西風(fēng)指數(shù)加強，與之相伴隨的經(jīng)向熱量輸送也加強，由于輸送的極大值在40 50 N，很顯然由此必然造成相鄰的50 60 N地區(qū)的氣溫比其它緯度更顯著的升高，因此，高緯與中低緯度間的溫度距平的梯度會加大。統(tǒng)計表明高緯(50 60 N)與中緯度0.69,這相當(dāng)于溫度距平梯0.12 C,即當(dāng)溫度距平梯度增(30 40 N)間溫度距平的梯度與北半球平均溫度距平相關(guān)系

18、數(shù)達 度變化1個標(biāo)準(zhǔn)差時，與之相應(yīng)的北半球平均溫度的變化可達加1 C時，北半球平均溫度升高0.17 C,反之亦然。Gitelman等17也曾計算了 50 -55 N和30 35 N緯圈平均地面溫度，發(fā)現(xiàn)雖然二者有很相似的變化特征，但二者溫度距平的差表 現(xiàn)出顯著的趨勢變化，從 20世紀(jì)初到50年代中期，呈下降趨勢，而從50年代后期以來則是強烈的上升趨勢。 這種變化與西風(fēng)指數(shù)的變化是一致的，這從另一個側(cè)面說明近一個世紀(jì)以來的溫度變化中，不能排除行星尺度大氣環(huán)流的貢獻。4全球變暖對西風(fēng)環(huán)流的影響不過，全球溫度的變化與大氣環(huán)流之間是相互影響、 相互作用互為因果的關(guān)系。大氣環(huán) 流的變化能影響地面氣溫，而

19、地面熱力狀況的改變反過來又會影響大氣環(huán)流。尤其是在年代際尺度上，全球或半球溫度的變化應(yīng)該也會影響大氣環(huán)流。通常人們認為在氣候偏暖的時期，赤道與極地之間的溫差變小，那么中、高緯地區(qū)對流層西風(fēng)會減弱。近一個世紀(jì)以來，北半球及全球溫度除有線性的變暖趨勢外，還有顯著的年代際的波動。北半球在20世紀(jì)40年代到50年代是一個比較溫暖的時期，從80年代到90年代更是加速變暖；而在20年代及以前、6070年代則是比較偏冷的時期。與溫度的這種低 頻冷暖波動相對應(yīng)，實際觀測的緯向環(huán)流的變化是怎樣的呢？50年代以前因為缺乏高空資料，而前面的分析表明1000hPa緯向環(huán)流的變化與高空的變化有很好的一致性，所以圖7給出

20、1900年以來40 N與65 N海平面氣壓的差，與500hPa西風(fēng)指數(shù)的相關(guān)達到 0.88（41年資料）。這個序列可以說能較好反映近百年來的近地面西風(fēng)指 數(shù)的變化。所用海平面氣壓資料（18731995年，北半球5緯度10經(jīng)度）18由英國東英吉利大學(xué)氣候研究組（UEA/CRU）提供，1995年以后由再分析資料續(xù)補。很明顯，20世紀(jì)以來西風(fēng)指數(shù)的低頻特征非常有階段性，在30年代初以前是一個比較強的時期，而從30年代中期開始到60年代是比較弱的時期，從70年代開始則是強烈的增強階段。比較一下西風(fēng)指數(shù)的長期變化與北半球溫度的低頻變化，可以很清楚發(fā)現(xiàn)二者之間的關(guān)系也可以分為兩個階段。在50年代以前，二者

21、的低頻變化基本上是反位相的，即氣溫偏冷的階段，西風(fēng)環(huán)流偏強，而氣溫偏暖的時期，西風(fēng)環(huán)流則偏弱。在50年代以后二者的低頻變化有很好的一致性，尤其是70年代以來，二者都有強烈的上升趨勢，見圖8。這說明溫度的低頻變化對西風(fēng)環(huán)流的影響可能存在兩種不同的機制。IPCC的1995報告19中曾指出，全球緯圈平均看，溫度的變暖在不同的時段有明顯不同的結(jié)構(gòu)特征，50年代以前中緯度地區(qū)緯度變暖不明顯， 很多時候是負距平；但從50年代開始中緯度明顯增暖，而從70年代后期，特別是80年代以來，則是從高緯到低緯度同時增暖。這可能暗示近期西風(fēng)環(huán)流與溫度 的同位相變化可能與全球變暖有關(guān)。圖7 1900年以來40 N與65

22、N緯圈平均海平面氣壓的差ap3 n-o n-3 n-2o2-eelgeD ec998099 o69 di509 o94 di309 o29 di o di9 di o90 di圖8北半球冬季氣溫（a）與40 N-65 N海平面氣壓（b）的21年滑動平均序列特別值得注意的是最近三十多年來的觀測事實顯示隨著全球氣溫的加速變暖，北半球 中、高緯冬季西風(fēng)指數(shù)也同樣呈顯著增強趨勢，1958到1998年41個冬季資料顯示西風(fēng)指數(shù)趨勢為+4.3%/10a，信度水平達99%。當(dāng)然，這可能是大氣環(huán)流本身的年代際變化，也可 能是由于全球溫室效應(yīng)加強造成的變暖引起的，還可能與其它外部強迫如太陽活動的作用有關(guān)2022

23、，也可能是這些因素共同作用的結(jié)果。但是，考慮到大氣環(huán)流的內(nèi)部變率及太陽活 動等在20世紀(jì)中都是存在的，如果沒有其它因子的話，西風(fēng)指數(shù)與溫度的這種關(guān)系應(yīng)該仍 然保持穩(wěn)定才對。因此，有理由把關(guān)注的重點放在溫室效應(yīng)的加強這方面上。圖9是最近的暖期（1980/811998/99共19年平均）與冷期（1960/611979/80共20年平均）冬季緯圈平均高度 與緯向風(fēng)的差異，可見80年代以來溫帶地區(qū)與高緯高度場之間的梯度加大了，與此對應(yīng)的是50 N60 N地區(qū)緯向西風(fēng)的增強。一些科學(xué)家為證實這種現(xiàn)象與最近的全球氣候的溫室 變暖加強有關(guān)，利用了模式模擬結(jié)果來進行檢驗23。Fyfe等24利用加拿大氣候模擬與

24、分析中心的耦合環(huán)流模式（CCCma）進行了全球變暖的瞬變模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在全球變暖的情況下， 北極濤動和南極濤動更多出現(xiàn)正的位相，這意味著中、高緯西風(fēng)也將隨之增強。雖然目前并不能完全排除其它因素對西風(fēng)環(huán)流的影響，但已有的研究表明，溫室效應(yīng)很可能是導(dǎo)致近 30年來西風(fēng)指數(shù)持續(xù)加強的一個主要的因子。Height(gpm)u ( m/s)圖9暖期與冷期冬季緯圈平均高度（a）與緯向風(fēng)（b）的差異，暖期取1980/81 1998/99共19個冬季平均，冷期取 1960/61 1979/80 共20個冬季平均5結(jié)論根據(jù)NCEP/NCAR再分析資料對500hPa和1000hPa緯圈平均的緯向風(fēng)(u)及高度進行

25、的 EOF分析及SVD分析表明，緯向風(fēng)的變化有兩個相反符號的極值中心，一個在 3035 N附 近，另一個則在 55 N。與此相對應(yīng)，高度場最突出的模態(tài)也有兩個相反符號的中心，一個 在40 N附近，另外一個則在 65 N附近。因此，用 40 N與65 N平均高度的差可以很好代 表西風(fēng)指數(shù)，這種定義的西風(fēng)指數(shù)與55 N緯向風(fēng)的相關(guān)達0.96。西風(fēng)指數(shù)與北半球溫度的回歸分析表明，當(dāng)西風(fēng)指數(shù)加強一個標(biāo)準(zhǔn)差時，歐亞大陸的大部分地區(qū)氣溫都要偏高0.25 C以上，大陸腹地則高達0.75 C以上。北美大陸的東南部，也偏高0.25 C以上。負的區(qū)域主要在北美東北部及格陵蘭，溫度下降幅度也超過 0.25 C以上，

26、溫度偏低的區(qū)域范圍遠比偏高的范圍小。西風(fēng)指數(shù)強的年份，北半球平均氣溫也偏高，主要是中緯度大陸變暖明顯，這可能與中高緯度西風(fēng)強時，向北的經(jīng)向熱量輸送加強有關(guān)。在50年代以前，西風(fēng)指數(shù)與北半球溫度的低頻變化基本上是反位相的，氣溫偏冷的階 段，西風(fēng)環(huán)流偏強，而氣溫偏暖的時期，西風(fēng)環(huán)流則偏弱。但近30多年來，伴隨全球加速變暖，西風(fēng)指數(shù)也持續(xù)加強，這可能與溫室效應(yīng)的加強有關(guān)。參考文獻1 Rossby C G. Relationship between variations in the intensity of the zonal variation and thedisplaceme nt of th

27、e semi-perma nent cen ters of acti on. J Marine Res. ,1939, 2,38552 Namias J. The index cycle and its role in the general circulation. J. Meteorology, 1950,7,1301393 王紹武.北半球500毫巴月平均環(huán)流特征及演變規(guī)律的研究：西風(fēng)指數(shù).氣象學(xué)報，1963,33(3): 3613744 Thomps on D W J, Wallace J M. The Arctic Oscillati on sig nature in the win

28、tertime geopote ntialheight and temperature fields. Geophysical Res. Lett.,1998, 25, 129713005 Thompson D W J, Wallace J M. Structure of the Arctic and Antarctic Oscillations. In:Proceedi ngs of the 23rd Ann ual Climate Diag nostics and Prediction Workshop. NOAA,NWS, Departme nt of Commerce, Florida

29、, USA. 1998, 2812846 Thompson D W J, Wallace J M. Annular modes in the extratropical circulation, PartI:Month-to-Month variability.J. Climate, 1999a, in press7 Thompson D W J, Wallace J M. Annular modes in the extratropical circulation, Part II:Trends.J. Climate, 1999b, in press8 龔道溢，王紹武.南極濤動.科學(xué)通報，1

30、998, 43(3): 2963019 Go ng D Y , Wang S W. Defi nition of An tarctic Oscillation In dex.Geophysical Res. Lett., 1999,26,45946210 Lorenz E. Seasonal and irregular variations of the northern hemisphere sea-level pressure profile. J. Meteorology ,1951,8,525911 Bran stator G. The relati on ship betwee n

31、zonal mean flow and quasi-stati onary waves in the midtroposhpere. J. Atmos. Sco.,1984, 41,2163217812 Kids on J W. In dex cycles in the no rthern hemisphere duri ng the Global Weather Experime nt.Mo n. Wea. Rev., 1985, 113,60762313 Ting M. Norther n hemisphere telec onn ecti on patter ns duri ng ext

32、reme phases of thezonal-mean circulation. J. Climate, 1996, 9,2614263314 Wallace J M, Hsu H.-H. An other look at the cycle in dex.Tellus, 1985, 37A,47848615 Robinson W A. Eddy feed-backs on the zonal in dex and eddy-z onal flow in teract ions in duced by zonal flow transienee. J. Atmos. Sci.,1994, 5

33、1,2553256216 Limpasuvan V, Hartmann D L. Eddies and the annular modes of climate variability. Geophysics Res. Lett., 1999,26(20):3133313617 Gitelman A I, Risbey J S, Kass R E, Rosen R D. Trends in the surface meridional temperature gradient. Geophy. Res. Lett., 1997,24(10):1243124618 www.cru.uea.ac.

34、uk/cru/data19 IPCC. Climate Change 1995: the science of climate change. Houghton J T, Meira Filho F G T, Callander B A, Maskell K (eds), Cambridge Univ. Press, Cambridge, U.K., 1996, p14620 Willett H C. Lon g-period fluctuati ons of the gen eral circulati on of the atmosphere.J. Meteor.,1949,6, 3450

35、21 王紹武大氣環(huán)流振動周期與太陽活動的關(guān)系，見:氣象學(xué)若干問題的進展，氣象學(xué)報編委會編，北京：科學(xué)出版社，1963, 486722 Shin dell D, Rind D, Balacha ndran N, Lea n J, Lon gerga n P. Solar cycle variability,oz one and climate. Scie nce, 1999,284(5412): 30530823 Shi ndell D T, Miller R L, Schmidt G , Pan dolfo L. Simulation of the Arctic Oscillation tre

36、ndby green house forci ng of a stratospheric model. Nature,1999,399,45245524 Fyfe J C, Boer G J, Flato G M. The Arctic and Antarctic Oscillations and their projected changes under global warming. Geophysical Res. Lett., 1999, 26,16011604Structure and variability of the zon al-mea n circulati onover

37、n orther n hemisphere in wi nter1) 2)Gong Daoyi and Wang Shaowu1) Open Laboratory for Environmental Change and Natural Disaster, Beijing Normal University,Beijing,1008752) Department of Geophysics, Peking University, Beijing, 100871,Abstract. As revealed by the empirical orthogo nal fun ctio n an alysis (EOF), the dominant modes of no rther n hemispheric zon ally-mea n wind (u) in win ter show two cen ters of opposite sig n, one center located near 3035 N and another near 55 N. The prominent modes of geopotential heights also show two c