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基于1971-2016年NCEP/NCAR(美国环境预报中心和国家大气研究中心)的逐日再分析资料及NCPC(美国国家海洋和大气管理局气候预报中心)的海温、大气环流及海洋指数等资料,通过计算风暴轴指数、经验正交函数分解(EOF)、多尺度能量分析(MS-EVA)等方法,把冬季北半球风暴轴看做一整体,分析了不同时间尺度上北半球风暴轴的气候平均特征及其协同变化特征,并利用回归分析探究了风暴轴协同变化异常的可能机制。主要结论概括如下:(1)多年气候平均状态下,北半球中纬度风暴轴的动能来源主要表现为:在风暴轴的中上游先由低频尺度向天气尺度输送有效位能,随后在天气尺度风暴轴主体区将获得的天气尺度有效位能进一步转换为天气尺度动能,但不同的是在两大洋风暴轴西端可直接由低频尺度向天气尺度输送动能。而风暴轴的动能耗散主要表现在中下游天气尺度向低频尺度的转换,主要通过非地转位势通量向下游频散及下游效应造成的,从而使风暴轴得以维持在较常定的区域。(2)冬季北半球风暴轴的协同变化特征在定义指数方面:从单个风暴轴来看,西伯利亚风暴轴(北大西洋风暴轴)的经度指数与强度(纬度)指数之间在年际、年代际尺度上均存在显著的正相关,而北太平洋风暴轴在年际(年代际)尺度上纬度(经度)指数与强度指数之间存在显著的正(负)相关;从三大风暴轴之间来看,在年际尺度上,北太平洋风暴轴的经度指数与西伯利亚风暴轴的经度及强度指数存在着显著的负相关,北太平洋风暴轴的强度指数与北大西洋风暴轴的纬度指数存在着显著的负相关。在年代际尺度上的经度(强度)指数方面,北太平洋风暴轴与西伯利亚风暴轴、北大西洋风暴轴存在显著的负(正)相关,而在纬度指数方面,主要体现了北太平洋风暴轴与北大西洋风暴轴之间的负相关关系。冬季北半球风暴轴的协同变化特征在联合EOF分解方面:第一模态下在年际、年代际尺度上均体现出风暴轴强度的协同性变化特征。在年际尺度上西伯利亚风暴轴与北太平洋风暴轴强度同时减弱(增强),而北大西洋风暴轴强度增强(减弱)。在年代际尺度上西伯利亚风暴轴、北太平洋风暴轴、北大西洋风暴轴强度同时减弱(增强);在联合EOF第二模态下在年际、年代际尺度上均体现出风暴轴径向位移的协同性变化特征。在年际(年代际)尺度上北太平洋风暴轴位置偏北(南),同时伴随着西伯利亚风暴轴、北大西洋风暴轴位置偏南(北)。(3)进一步分析表明:北半球风暴轴协同变化异常在不同时间尺度的不同模态下与低频尺度波动联系密切。低频尺度波动可通过海温及西风急流等异常变化先影响风暴轴区域多尺度间的能量转换,进而影响风暴轴整体的异常变化。