气候振动（Climate oscillation）是指气候要素的周期变化现象。这种周期并不时固定不变的，常称为准周期。

气候振动是指气候要素的周期变化现象。这种周期并不时固定不变的，常称为准周期。

人们发现赤道地区平流层有东风与西风逐年交替现象，这种纬向振动周期平均为26个月，由于周期略长于两年，故称为准两年周期。一些研究认为除此之外气候要素还存在5～6年、11年、22年及35年等变化周期。它们被解释为是由于太阳活动、大气环流、火山爆发和海温变化等原因造成的。

关于世界气候振动的问题, 近年来在许多国家已引起普遍的重视。对这个问题的研究是从讨论“ 北极增温” 开始的。第二次世界大战结束不久, 鲁滨什太茵（1946）发表了关于气候变化及其性质问题的研究报告。她对1 9 4 0年以前的年平均温度资料作了10 年滑动平均的分析, 发现气温存在显著的振动, 而且这种振动在相当大的范围内具有一致性。

利斯加尔特( Lysgaard1949) 根据1940 年以前的资料发现以格陵兰和须匹茨卑根增温最大, 由此向南增温现象减弱或者完全没有增温。譬如当时东南亚和澳大利亚的一月份气温是明显下降的。

1950 年威立特( Willet ) 利用北半球1 0 0 个站的1550一1939年的气温资料, 估计温度在行星尺度范围内变化的总趋势。他发现从18 8 5 年起整个半球的冬季温度和年平均温度有明显的增温趋势, 但是就半球的各个部分而论, 这种趋势并不完全一致。增温趋势冬季约1℃全年平均约0.5℃, 而且在高纬度比较清楚。

米切尔( Micthen1961、1963) 将台站数目增加到20个以上, 补充了最后20年的资料。结果发现, 在40年代由增温变为降温, 同时, 在40年代以前增温非常强烈的格陵兰等地, 在这以后的年代里也是变冷最迅速的地区。从米切尔文章的附图中可以看出, 40 年代以前两半球年平均温度的变程和变量是互相一致的,60 年中增温约0.04℃。

冬季北半球的增温(0.5℃)为南半球的(0.2℃) 2 倍多。特别有趣的是在低纬度( 30°N一30°S ) 年温也是上升, 60年内约增高0.4℃。

米切尔绘制的1920 一1939对1940 一1959和1940一1949对1950一1959十年的年温和冬温的差值图表明, 行星尺度的趋势和各个地理区域内的趋势相关性很差。这说明地球各个部分的气候振动具有不同的性质。

凯林达( Callendar，1961) 利用1950年以前北半球400个站的年平均温度资料求5 年滑动平均, 然后对1901一1930年的准平均求出距平, 并按各个区域的面积大小计算加权平均作为行星尺度的温度振动趋势。结果发现从北极到南纬4 5°有普遍的增暖趋势。威立特米切尔和凯林达三人研究行星趋势的结果一般说是相当吻合的。

然而, 年平均温度掩盖了各个季节温度变化的特点, 这就像温度的行星趋势掩盖了地球各部分的变化趋势一样。鉴于这种情况, 鲁滨什太茵和帕卓洛娅(1966) 对北半球一些台站的温度资料分各月进行了研究, 结果发现各月的温度振动差异是很大的, 甚至不能用1月份的振动来代表整个冬季温度振动的性质, 也不能以7 月份的振动来代替夏季温度振动的性质, 尽管这两个月份习惯上总是被看成是冬夏两个季节的代表。

竺可祯发表了对我国五千年来气候振动的研究成果。

1、气候变化存在周期性的振动。

研究者分析了我国近500年来的干湿, 冷暖变化的气候史料后得出: 我国气候变化中, 除了2 一5 年的振动外, 还有明显的20一40年、200年以及400年等周期。

（1）地球自转速度变化交替出现的准24 年和准4 9 年( 或者平均的准36.5 年) 周期,通过人气环流( 或大气活动中心) 的变化决定了我国东部地区气候3 6 年左右的周期振动。

（2）地球自转速度的年际( 2 一5 年) 变化一可导致大洋平均东西向洋流的方向变化地转减速时, 赤过太平洋表层较暖的海水自西向东人规模她沐动, 可造成大洋东侧海面水位升高. 海温亦升高. 反之亦然。

（3）自转速度变化对气候影响的短时间尺度的作用过程为地转速度变化首先影响海温场,再由海温场的变化影响大气环流和气候。因此, 在做长期气候振动分析时, 应考虑地转速度的长期变化对大气活动中心的影响; 在做长期或超长期天气预报时, 应注意地转速度年际变化对海温场的影响。

（4）海洋和大气中出现的一些与气候变化有显著关系的现象( 如厄尼诺和南方涛动等) 具有同步性, 它们可能是地球自转速度变化分别作用于地球大气和地球海洋的不同反映。

2、海温气候振动和北半球对流层高度场变化有关。海温存在着各种时间尺度的准周期变化, 这种变化在大气环流和世界气候变化中也有不同程度的响应。

在渗温气侯振动的前期位相时期, 对流层平均高度有降低趋势, 相反在海温气候振动的后期位相时期, 对流层平均高度为增高超势。这种相关关系高层比低层要好, 低纬度较中高纬度稳定, 夏季较冬季明显。

大尺度海温距平场分布的短期气候振动对大气环流会产生一定的影响, 海温距平场气候振动前期位相时期( 1976年以前) , 对流层平均高度有降低趋势, 海温距平场气候振动后期位相时期( 1977年以后) , 对流层平均高度有增高趋势。这种相关关系一般对流层高层比低层好, 低纬度较中高纬度稳定, 夏季较冬季明显。但是SLP与500和100hPa有较大的不同, 主要反映在冬季气压距平场上的相反趋势, 即在海温气候振动前期位相时期为负距平趋势, 在海温气候振动后期位相时期为正距平趋势。这可能是在中高层平均环流高度场增高的情况下,冬季极地环流减弱, 使低层中纬度冷高压势力也减弱, 而大陆高压特别是亚洲高压是冬季对流层尺度最大的气压系统之一, 因此反映在气压场上为负距平趋势。SLP中纬度带冬季的位相百分率差为很大的负值, SLP亚洲地区冬季的位相百分率差也是为负值且最大, 这正是亚洲大陆高压活动的范围。

当然, 上述海温距平场分布型的短期气候变化与对流层平均环流场的相关关系仅是一种气候趋势, 它还有着季节的、区域的和不同高度层次上的各种差别, 这也表明海温场变化的影响仅是一个方面, 实际大气环流的气候振动是由各种因子的共同相互影响的结果。

一般认为，气温是反映气候振动的一个良好的指标。为揭露气温多年变化中的规律性，通常采用滑动平均、距平累积和自相关函数三种方法。

我国气候变化是以各种不同尺度的冷暖阶段交替和干湿阶段交替的淮周期性变化为特征。那么，一个很初步的预报思路就是根据这些阶段交替的顺序性，从目前所处的阶段向前外推。当前，国内外的一些超长期预报的试验大都以此为基础，并取得了一定的成效。

为了保持阶段外推的合理性，所依据的初始阶段和预报阶段、预报时效和其它因子的时间尺度都应当是相近的，这就是各预报要素之间的尺度对应原理。它保持了对一个层次周期性分析的相对独立性，避免了尺度的混乱，保证了外推的合理基础。

本世纪以来，我国大范围冷暖的变化，基本上与全球气温变化趋势是一致的。20世纪前半期，全球性的增暖是从19世纪80年代开始，到40年代达到顶点，增暖程约为70多年。从50年代初期开始气温下降，在50年代末和60年代初虽有一个的回升，但从1963年开始又重新变冷，而且夏、秋季比冬、春季更明显。60代以来，我国东北及长江流域双季稻区域冷害日益频繁。北京的生长季缩短了五天，上海则缩短8-10天。 70年代以来，连续少现T五个暖冬(1972-1973, 1974-1975,1975-1976, 1977-1978, 1978-1979)，冬温有所回升。

根据以上情况，从本世纪初以来气温演变的特点分析，很明显地存在着两个层次的准周期性。一个是从上世纪80年代到本世纪40年代的升温，在它们后面对应着相近尺度的降温过程。这个降温过程显然尚未结束，这个结果也符合太阳活动将继续减弱的估计。50年代末到60年代初和70年代初的回升，则是下降阶段的两个较小尺度的振动。在大的降温过程尚未结束前，这样小尺度振动还会重复出现。根据这样的分析，可以估计直到下世纪初将仍是一个冷期，其中存在着较小尺度的起伏。

沈阳：1917年(即1908-1917年的平均值，下同)是近代年温的一个最低点，此后温度开始稳定上升，这种升温趋势一直持续到1940年左右。在这期间，气候约变暖了1℃。40年代的温度大体稳定在40年代初的水平，没有明显的变动。40年代的后期温度有下降的趋势。50年代又向上回升，从60年代开始又出现下降趋势。沈阳40年代以前的稳定升温，看来是和北半球高纬度地区这一时期的普遍升温现象一致的，但40年代以后的降温比起北半球的其他地区来却显得十分短暂，因为根据替滨什太茵的研究’就整个北半球而言，1940年以后的变冷主要发生在1951-1960年这10年内，而沈阳却在40年代末开始回升。沈阳的年温距平累积曲线表明，从本世纪初到1918年为距平累积曲线的降枝。这说明在这个时期中沈阳的年温经常处于气候平均值以下，由于负距平的逐年累积才使曲线形成了一段明显的降枝。1918年以后，曲线由降枝转为升枝，这说明沈阳的年温振动开始了一个新的以正距平占优势的时期。但是这段升枝要比前期的降枝平缓得多，而且在上升的总趋势上时而出现短暂的下降。然而上升的总趋势一直持续到40年代初还是比较清楚的。比较这两条曲线还可以看到，沈阳的年温在40年代以前振动的周期较长，而在40年代以后它的振动周期有缩短的趋势。

竺可祯曾统计了纪元以来各世纪旱灾和水灾次数及其比率，给出了我国历史上干湿变迁的大致轮廓。郑斯中等计算了，我国40°N以南和100°E以东地区从公元开始到1900年每五年的湿润指数。根据纪元以来各干湿期指数绘制图可以明显看出:我国近两千年来存在着长度为100-200年的干湿期，它们组成了十个由干湿位相交替出现的200-4 00年的准周期性振动。这两方面的研究成果虽还是初步的，但可作为近五百年我国干湿变化的背景资料。

我国东部地区1470-1977年干旱指数每十年平均值的变化，表示出近五百年期间大致可划分为三个阶段:1479-1691年为干旱期，共213年;1692-1890年为湿润期，共199年;1891年以后的干旱期，至今已有87年。

判定某一气候要素的振动幅度(即正常、偏高、偏低、等)，是在工作中经常碰到而又不易给出恰当的数量界限的问题。人们习惯于按自己的意志对气候变化进行描述，这给正确客观的反映气候要素的变化程度带来了一定的困难。

作为对比标准的历年平均值只是一个样本平均值，其本身是随着年代的延续、样本容量的增大而不断变化的。它与总体值在某种程度上存在一定的误差，而作为对比的标准确切地说应该是总体值。这样某值用现在的平均值衡量，可能偏大或偏小，但对以后更大容量的样本平均值来讲就可能是正常的。因此，判定某值的变化是否正常，应该是一个以样本值为中心的振动区间，而不应该是一个固定的值。

我们虽然无法得到总体平均值，但根据数理统计理论，可以推算出它在哪个区间内出现的概率最大。气候要素一般可看成是符合正态分布的。

当然还有很多兔朽于方法，可根据需要考虑的更细一些，设置一些过渡区间，如正常略偏高等等。至于每个区间的临界值，可按所要求出现的概率来确定。此外，我们还能分别计算出气候变量出现在这些区间的理论概率。

一个地区的气候变化有其相对的稳定性。如新疆地区温度变化范围大、年降水变率大等等。其本身正反映了正常的干早气候的特点，不能说一偏离平均值，就是偏高、偏低。当然从数学角度上讲，这确实无可非议，但我们面对的是瞬息万变的动态过程，完全一样的重复运动对整个大气来讲是不可能的，所以就不能这样绝对了。再者，从概率上讲，气候要素出现正常的概率应该是比较大的，如果说只有等于平均值才算正常的话，那么这种正常其出现的概率会是很小的，从而导致得出年年都不正常的结论，这显然不符合大气本身运动的规律。这也说明判别标准应是一个范围。

以傅里叶分析为基础的谱分析方法很早就在气候分析中使用。近几十年来，谱分析技术在气象中应用愈来愈广泛，应用的技术也在不断的发展和完善之中，其中，NI(非整数波)功率谱分析是一种较好的谱分析方法。但是原NI功率谱计算方法是通过实测资料建立标准方程组来求得各谐波回归系数;并利用相关系数对M功率谱值(密度)进行t检验或F检验来确定显著周期的。使用起来存在着一定的困难，因此，有必要对它进行改进。

改进后的M谱估计方法：其实对于降水等资料年代长的气候振动分析，可以将气象要素时间序列经过10年等滑动平均和取距平(%)值的处理，采用整数波、离散功率谱估计一般的直接法，通过求傅里叶系数的途径，来完成对非整数波功率谱值(密度)以及各振动波、合成波的振幅、方差贡献和时间函数值的计算，从而完成对气候振动分析的任务。

改进后的计算方法具有以下特征:一是谱分析思路明确，计算系统完整，使用简捷方便;二是通过傅里叶系数可以直接计算出各子波的谱值、振幅、方差贡献，以及各子波和合成波的时间函数值同时也增强了子波与合成波之间的内在联系;三是通过波谱分析图可以清楚看到气候变化的趋势、主要周期和次要周期(项)等层次结构组成的情况，以及气候未来发展的趋势，从而为气候分析与发展奠定了良好基础。

NI功率谱方法对降水、日照等变化振幅大的气象要素的气候分析效果较好;对气温等变化振幅较少的气象要素的气候分析效果较差，但可以通过提高计算精度的方法来解决。

气象要素变化的次要周期是合成波的补充项，随机性较大，可以不作为重点分析的对象，有时次要周期项表现不十分明显，在求合成波计算值时，可以省略。气候分析需要具有时间尺度足够长的历史资料，根据计算经验表明，资料年代应接近或超过主要周期长度的三倍，在气候分析中才能获得变化比较稳定的主要周期(数)。