平流层-对流层相互作用研究是大气科学领域最近十多年的一个热点问题,其中核心问题就是平流层的波-流相互作用,以及外强迫因子对这种相互作用的影响和平流层过程对对流层天气和气候的影响。本论文围绕这些问题,首先分析了北半球平流层波流相互作用的气候态及其年际变化,然后重点分析了其对太平洋ENSO和PDO这两个不同时间尺度的海温变率的响应,最后通过个例分析研究了季节内时间尺度上平流层异常信号下传影响对流层的过程。通过对这些内容的分析,本论文主要得到了如下结论:　　 (1)大气准定常行星波在北半球冬季从中纬度对流层激发并上传,沿极地和低纬的两支波导传播;冬季45°N以北的欧亚大陆和北太平洋地区的行星波位势高度场纬向偏差随高度向西倾斜,是行星波上传的源;并且,行星波的传播路径正是受到平均流影响的结果。ECHAM5/MPI-OM模式相比之前研究中所使用的模式模拟结果,对平流层行星波和平均流的模拟能力得到了显著提升,能够重现主要的气候分布特征。对准定常行星波的E-P通量散度和纬向风场做EOF分解,得到的第一主分量,基本上都描述了各自的年际变化,解释方差分别为28.8%和68.3%。二者与北极涛动指数的相关分别达到0.85和-0.61,这表明行星波和纬向平均流在年际变化上密切相关,是大气环流相互作用的两个方面。此外,50hPa上位势高度场第二模态明显受到赤道中东太平洋海温异常的影响,但热带海温的作用并未直接在E-P通量和纬向风场的前两个主分量中直接得到体现。　　 (2)平流层行星波和平均流的相互作用对ENSO事件有显著的响应,通过对行星波振幅和E-P通量的合成分析表明,El Ni(n)o事件相比La Ni(n)a事件,行星波在平流层的向上传播明显增强,更多的行星波能够上传至平流层上层,并且更偏向极地。准定常行星波的产生主要是由大尺度地形强迫和海陆热力差异所产生,而ENSO事件的发生使得赤道中东太平洋偏暖(偏冷),改变了大尺度的海陆热力对比,使冬季的海陆温差增大(减小),从而可能增强(削弱)了波动的振幅。另一方面,行星波对ENSO事件的响应通过波流相互作用,使得平流层纬向平均风场呈现出偶极子型变化:中低纬西风增强,而高纬平流层西风减弱。ECHAM5/MPI-OM模式对ENSO影响平流层行星波和平均流的相互作用的模拟明显不如对于气候态的模拟。此外,结果还表明,行星波活动对ENSO循环的响应是不对称的,并且1波和2波的响应有所不同;不同强度的El Ni(n)o事件对北欧、北美会造成非线性的影响,这可能与行星波传播的低纬波导在中等强度El Ni(n)o事件时的异常向北传播有关。　　 (3)ENSO和AO的位相配置对北半球冬季气温有显著影响:El Ni(n)o和AO负位相以及La Ni(n)a和AO正位相配置时,能够使北半球位势高度维持强大的环状模,使得自欧亚大陆北部,经过北太平洋,到北美南部出现一致的温度异常。对我国来说,多数情况下气温都表现为东北和西南的相反分布,但在La Ni(n)a事件冬季的AO负异常月份,在我国全境一致偏冷。从低层风场的分析可以看到:当Nino3为中性时,AO主要体现在对中高位纬向西风的影响,而当考虑了ENSO事件时,在我国南方和附近海域则出现了显著的信号。而AO的不同位相对ElNino导致的西太平洋反气旋有明显的影响。　　 (4)PDO对AO与北半球气候异常的关系有明显的调制作用。在PDO的负位相,AO负异常的月份数量会达到正异常月份的两倍;而且PDO处于负位相时,极区的温度异常也更强。在AO负异常时,极涡偏弱(30hPa位势高度正异常超过250gpm),但覆盖范围也更广,更加偏向欧亚大陆一侧,并且分别向格陵兰岛和东欧突出,往往造成美国东部、欧洲和西伯利亚显著的低温异常;在AO正异常时,极涡偏强,此时中纬度的位势高度正异常所覆盖的范围也更大一些,欧洲会更偏暖。关于PDO对平流层弱极涡事件发生前后大气环流异常的调制作用的分析表明:在PDO正位相时,伴随弱极涡事件,北美东海岸没有温度距平出现,西伯利亚地区的低温异常也较弱,并且其最大值是在弱极涡事件达到峰值之前出现的,同时欧洲维持低温异常的时间较短;而在PDO的负位相时,在弱极涡出现的先兆期一直到成熟期,北美东海岸一直维持着低温异常,但西伯利亚的低温异常是在弱极涡爆发后才出现,且强度一直较弱,一直到弱极涡成熟期才显著增强,并在后期一直维持,同时欧洲的西北部维持低温异常时间较久。　　 (5)针对最近几年冬季异常低温严寒事件的个例分析表明,2009/2010和2011/2012两个冬季的异常低温事件中,在季节内时间尺度上平流层都出现了行星波与平均流的异常信号,并在条件适宜的时候异常信号会向下传播,从而在对流层引起低温寒潮天气过程。平流层异常信号的产生,往往伴随着前期的异常行星波上传,但并非异常行星波上传就一定能导致平流层环流异常的向下传播。平流层极涡的强弱程度与异常信号是否能够下传之间也尚未发现确定的关系。因此,还需要对季节内时间尺度上的平流层波流相互作用细致研究,这也是利用平流层的异常信号来预测对流层天气过程的前提