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本文利用1958-2001年北半球冬季的ERA40再分析资料首先诊断分析了瞬变强迫在北半球冬季时间平均流中的作用,并就北半球冬季环状模的变异及其对大气环流的影响进行了讨论分析,最终在此基础上研究了天气尺度和低频尺度瞬变强迫在北半球冬季环状模变异中的作用。主要结论如下: (1)作为大气环流变化的气候背景场,北半球冬季时间平均流受到了许多因素的影响,其中瞬变强迫的作用更是不可或缺。瞬变热力强迫的作用呈斜压结构分布,它能在一定程度上抵消中高纬度地区非绝热加热作用的影响。它的低频尺度分量主要作用于高纬度地区,并且总体上比其天气尺度分量大;而它的天气尺度分量则主要控制着中纬度地区,并在北太平洋和北大西洋风暴轴地区以急流轴为中心呈斜压的偶极型分布,减小了风暴轴地区的垂直风切。瞬变动量强迫对时间平均流的作用呈相当正压结构分布,它能使中纬度地区的西风增强。它的低频尺度分量的作用非常显著,使得瞬变动量强迫作用在北太平洋和北大西洋的东部呈南正北负的偶极型分布。而它的天气尺度分量所产生的影响在北半球基本上呈带状分布,能使急流轴北部中纬度地区的西风增强。总的来说,瞬变强迫的作用能削弱北半球冬季对流层上层的时间平均定常波。 (2)北半球冬季中高纬地区之间存在的纬向对称的南北反位相振荡称为北半球冬季环状模。北半球冬季环状模具有相当正压的垂直结构,但它的水平分布却是不均匀的。在1958-2001年中北半球冬季环状模有持续增强的趋势。将这一线性趋势去除后,北半球冬季环状模具有显著的准8年的变异周期。 (3)北半球冬季环状模的变异对北半球冬季大气环流以及天气气候有着重要的影响。当北半球冬季环状模处于负位相时,东亚地区的槽脊系统和大气活动中心增强,有利于冷空气南下,从而使得欧亚大陆北部乃至于我国北部地区的地面气温降低。然而此时由于南亚冬季风和我国南方地区对流层低层的东亚冬季风被减弱,南亚地区以及我国南方大部分地区的气温有所升高。此外,南支槽的减弱也减少了我国南方大部分地区的降水。当北半球环状模处于正位相时,它所产生的影响则相反。 (4)在北半球冬季环状模的变异中,中纬度西风急流表现为纬向对称的南北移动。在这一过程中,天气尺度的瞬变扰动(2.25-9天)和低频尺度的瞬变扰动(10-90天)由于产生位置的不同对中纬度西风急流的作用也各不相同。 (5)在北半球冬季中纬度西风急流的南北移动中,产生于急流中部的天气尺度瞬变扰动(2.25-9天)的强迫作用也总是作用于急流的中部。它的热力强迫作用总是使得急流南部温度降低,北部温度升高,从而减弱了急流中心低层的斜压性。而它的动量强迫作用则总是使移动后的中纬度西风急流增强,有利于北半球冬季环状模变异的维持。 (6)产生于中纬度西风急流两侧的低频尺度瞬变扰动(10-90天)也在北半球冬季环状模的变异中随急流南北移动。它的动量强迫作用总是作用于急流的两侧,使得急流两侧的西风增强,急流中部的西风减弱。然而低频瞬变热力强迫在随中纬度西风急流南北移动的过程中,它的作用中心会与急流中心有所偏移。当中纬度西风急流南(北)移时,低频瞬变热力强迫的作用中心会进一步向南(北)移动。它使得中纬度西风急流两侧的温度升高(降低),急流中心的温度降低(升高),从而使急流南部(北部)低层的斜压性增加,北部(南部)低层斜压性减弱,并因此在对流层上层急流的南部(北部)激发出西风,北部(南部)激发出东风,促使中纬度西风急流进一步向南(北)移动。在这一过程中,低频瞬变强迫的作用会破坏北半球冬季环状模在中高纬度地区之间的南北反位相振荡,从而不利于北半球冬季环状模变异的维持。与天气尺度瞬变强迫的作用相比,低频尺度瞬变强迫的作用更为显著。