论大气环流的季节划分和季节突变 Ⅰ:概念和方法

本工作系列讨论大气环流的季节划分和季节突变问题.本文是第一篇,提出普适的概念、理论和方法,使大气环流和其他气候场的季节划分和季节突变定义建立在客观定量的基础之上.首先用两个场的相关系数R作为其相似性度量,也可以用归范化的两个场之差的根方值d作为差异性的度量.当存在着冬、夏季的典型场F_n和Fs时,取任何时刻t函数F与F*≡（Fw+Fs）/2之差F'作为变量场,则其与F'w≡Fw-F*的相关系数Rw（t）及标准根方差dw（t）可以作为F与其冬季典型的相似性或差异性度量.Rw与dw2之间有一定关系,一般只研究Rw即可.（1）可以定义冬季对应于1≥Rw（t）>0.5,夏季为-1≤Rw（t）<-0.5,过渡季节为-0.5w（t）<0.5.（2）设由此算得的冬季长度为Tw,由冬至夏的过渡季节（春季）长度为tw,则1-τ/Tw为由冬至夏的突变性度量.当有理想突变时,τw=0,1-τw/Tw=1;当季节变化为简谐函数给出时,有1-τW/Tw=1/2;而当过渡为缓慢的,就有1-τw/Tw《1/2,例如当τw=Tw时有1-τw/Tw=0.（3）个别年份的季节强度只能由Rw（t）[||F'||/||Fw'||]来度量,其中Fw为长期气候平均的典型冬季场.此外,当没有确定的典型函数场时,只能计算函数时间变化系列的滞后相关Rτ（t）和滞后离差dτ（f）,其中τ为时间间隔,由此可定义出持续性和突