极值气候机理及其预测.pdfVIP

极值气候机理及预测’ 套诋 刘式达陈炯渠爽 r (北京大学地球轴理学系) 、 L气羹是多尺度的现摹，我们已经知羞辱种尺度上都有冷■之分．所以离开尺度恢气懊的 狰■量无童义的。多尺度气候的另一特征．就是每种尺度上也都有大大小小攮●不同的蠢 落，因此每种尺度上都有极■冷或板螬■的曩值气候。饭值气候的概率虽小，但它囊灾謇一 样．当出理枉值气候事件以后。气慑的演变t台作较大的调整。因此我们麓要向：如何■述 量童气甓?援值气候为什么会出现?我们有可蕾瑗澍吗?本文羹这些问题作一些探讨。 1 ， 一、极值气候的多尺度特征 为了说明这个问题．我们对从1854—1984年北半球月平均气置Jones气攘青辩怍子泣 变换。觅圈1； 10婶尺度 缸10埠兄度 ·奉支脊爿一毫自蒜科掌基金t点嘎目(4003soIo)和GI嘲040N0璜目第一讳分姗 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 10埠尺度 圈1北半球气候序列的于嫒变换 (a)102年尺度 (b)2×101年尺度(c)10’年尺度 从图上看出，在102年尺度上，有一0．28℃的最大涨落，而20年尺度上最大的涨落 达一0．鸵℃；在更小的10年尺度上，最大涨落达一0．45E。看来尺度禽小。涨落愈大， 在月尺度上极值气温距平甚至达一2．4℃。 所以不同尺度上也有不同振幅的涨落，它是多尺度的气候特征。因此不但不同尺度形 成层次，而且不同涨落也形成气候层次。 二、极值气候常用的分布 对气候而言，根据传统的分布来讲常用正态分布，但正态分布尾巴是短的，2口以内的分 布面积已占96％，涨落在20以外的概率只占4％。而由于存在大涨落的极值气候，分布的 尾巴比较长。涨落大于3a的概率仍然也不太小。 研究长尾巴的分布也不少如r分布等。更为常用的分布是n稳定分布，有时称为Levy 分布。它的概率密度的解析表达式也易写出，但它的特征函数(概率密度的付里叶变换)可 以写戚 r ， L 1 log,(o)=一矿…4I1一i卢sgn(O)tanl警JI+删 (1) 其中口a≤2，8是俯斜度参数，a尺度参数，肛是漂移参数。 其中n=l称为柯西分布，a=2就是正态分布。 若I瞳机度量l鑫rI大于某一温度T的分布可以写成简洁形式，即： P(IdTlT)～T一· (2) 这就说明尾巴处的分布可以近似用幂函数表示。 三、气候≠天气的平均 过去定义气候是天气的某种范围内的平均。这种观点有几个缺陷： (1)把气候看成是由天气决定的被动量。似乎有了什么样的天气就有什麈样的气候。 实际上气候有它自己演变的规律。 ∞ (2)能量是由大尺度气候向小尺度气候输送。 对Jonse气候资料作功率谱分析表明，它在双对数坐标纸上的斜率为0．5，为说明尺 度大的气候能量比尺度小的气候能量大得多。Lorenz也曾用简单模强计算表明尺度大于 5000 kra的能量只占1％。 km的能量占大气总能量的50％。而尺度小于10 因此可以说明平均讲，能量是由大尺度气候向小尺度气候输送的，再向天气输送。 Nitro现象出 (3)从动力学上讲，一般认为天气是绝热