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低频大气波动是大气动力学和气候动力学研究的一个重要领域。低频大气波动是影响短期气候变率的重要因子，而且它能够通过影响大尺度环流系统来影响天气。另外，外强迫（比如温室气体增加）导致的气候年代际变化也常常表现为特定低频大气波动模态增强/减弱的趋势。因此，最近几十年来，低频大气波动研究一直是大气动力学和气候动力学的研究热点。北大西洋涛动(North AtlanticOscillation，NAO)作为大西洋区域内主要的低频波动模态，直接影响着北大西洋区域内的气候状况，同时也是大西洋区域内气候变化的主要模态，对它的动力学方面的研究已经十分丰富，主要是从大气内部的波流相互作用以及海洋-大气，海冰-大气相互作用方面入手。 本文利用一个理想的非线性正压涡度方程来研究正压模式内的低频波动模态，该模式含有来自于某一特定气候态的固定涡度强迫，(10天)-1的线性粘滞项，4阶扩散项以及用来模拟实际大气波动的自相关时间系数为两天的红噪音。在不同的模拟试验中，初始气候态不一样，红噪音的空间分布和频谱分布可能也不一样。正压涡度模式在长时间积分之后，时间平均流场与初始气候态流场十分相近，两者的纬向风差异最大不超过5 m/s。在不同的模拟试验中，大气波动的空间分布，频谱分布以及主要变化模态各不相同。 初始气候态为纬向均匀的中纬度急流，模式内的波动以及低频波动也同样是纬向均匀分布。低频波动的主导模态是纬向均匀的偶极子结构，它的正负异常伴随着中纬度急流的南北移动和减弱/增强，并且模式中还有相应的波动动量通量异常。这个偶极子模态主要通过波动动量通量项向时间平均急流提供能量，起到了帮助维持中纬度急流的作用。对于纬向均匀急流试验，目前已经有很多的研究。因此，本文将主要研究以下两种纬向非均匀初始气候流场试验。 初始气候态为纬向非均匀的流场，模式中波动以及低频波动在局地急流的下游聚集，形成波动中心。 (1)模式初始状态为300hPa冬季(DJF)气候态，然后加入集中在北半球中纬度的天气尺度红噪音强迫，长时间积分之后模式中的波动分别集中在北太平洋急流和北大西洋急流的下游。利用经验正交函数(EOF)分解，我们得到大西洋区域内(90°W-0°E/W-45°E，20°N-90°N)低频流函数变率的第一个特征向量是一个类似于NAO的模态(下面称之为“NAO”)。当其处于正异常时，大西洋急流向北移动，同时向东延伸，并且急流中心风速增强，反之亦然。但是当“NAO”处于异常状态时，模式中波动动量通量并没有显著的异常。另外，这个模态主要在大西洋急流出口处通过纬向拉伸项从时间平均流场中获得能量，起到了在纬度方向上分散急流的作用，两者之间的能量转换可以在10天内更新局地的波动动能。虽然“NAO”模态与从再分析资料中得到的经典NAO在空间结构上略有差异，比如中心的位置不完全一致。但是它们之间的相似性也十分显著，它们都位于大西洋急流末端，它们的主要特征都是纬向拉伸的偶极子结构，它们都主要存在于低频变率之中，它们与平均急流之间的能量转换都由急流出口处的纬向拉伸项主导。另外，采用不同空间分布，不同频谱特征的红噪音作为随机强迫，模式中大西洋区域内低频波动的主导模态与“NAO”几乎完全一致。 (2)模式初始流场为一条类似于北大西洋急流的北半球中纬度理想急流，同样加入集中在北半球中纬度的天气尺度红噪音强迫，长时间积分之后，模式中的波动集中在理想急流下游。北半球内(20° N-90° N)低频流函数变率的主导模态是一个位于理想急流出口处纬向拉伸的偶极子模态。它的正负异常伴随着中纬度理想急流的南北移动和增强/减弱。这个偶极子模态与时间平均流场之间的能量转换与(1)中“NAO”与时间平均流场之间的能量转换几乎完全一样。另外，采用不同空间分布，不同频谱特征的红噪音作为随机强迫，北半球内的低频波动的主导模态仍然与“NAO”几乎完全一致。 这里的结果表明纬向非均匀试验中低频波动主导模态与纬向均匀试验中的低频波动主导模态在很多方面是不一致的，其差异可能是因为两种模态来自于不同的动力学机制。 纬向非均匀试验中的低频波动主导模态与相应流场的不稳定特征模态联系密切。利用线性模式和特征模态分析300 hPa的冬季(DJF)气候态都发现，与之相联系的最不稳定特征模态是一个类似于PNA的模态，周期为21.4天。从特征模态分析得到的第二个不稳定特征模态是一个低频的波动模态，周期为228天，由两个“正交”相位构成，其主导相位的最明显特征是一个位于大西洋区域和欧洲内的纬向拉伸的偶极子结构。另外一个在时间上领先1/4个周期的相位在这个模态的周期循环中贡献的变率可以忽略。同时，北大西洋急流下游的纬向拉伸项主导了从基本流场到这个模态的能量转换。这个特征模态在空间结构和与基本流之间的能量转换这两个方面都与前面非线性模式中的“NAO”模态十分相似。 我们利用局地化理想涡度场设置了一条在空间结构和最大风速上都类似于大西洋急流的中纬度急流。它的最不稳定特征模态是一个中心位于急流下游，具有纬向拉伸偶极子结构的固定（周期为无穷大）模态，与以其为初始状态的非线性正压涡度模式积分中低频波动主导模态的空间结构十分相似。略微修改这个理想化急流的设置参数，这里的结果仍然成立。在某些试验中，最不稳定特征模态是一个低频的波动模态，两个“正交”的相位贡献的变率差异很大，但是其主导相位仍然是一个位于急流下游的纬向拉伸的偶极子结构。不同试验中最不稳定特征模态之间还有一个共同点，它们主要在急流的下游通过纬向拉伸项从基本流场中获得能量，跟前面的“NAO”模态一致。 本文研究表明，与大西洋急流相联系的最不稳定特征模态是一个位于急流下游的低频偶极子，它会在长时间的非线性正压涡度模式积分中主导低频波动的变率，它的作用超过了模式内的波流相互作用。这可以帮助我们更好地理解为什么NAO的时间尺度比其它大气模态的时间尺度更长。