本文利用1957-2002年45年的欧洲州中心ECMWF再分析大气资料，诊断分析了北太平洋风暴轴的气候态分布和异常特征，并研究了这种异常变化信号对应的平均大气场的异常结构，最后利用能量方程进一步描述了北半球风暴轴的结构特点及其与平均大气的相互作用关系。主要结论如下： 1、北太平洋风暴轴的气候态及异常分析 气候态分布来看，北太平洋风暴轴(PST)一般在冬季最强，春季、秋季次之，夏季最弱，但对于不同高度稍有差异。利用EOF方法提取了45年四个季节PST的整体异常模态，其中第一模态本文称为“季节传播模态”，第二模态本文称其为“冬季特有模态”。与单独对冬季PST异常进行EOF分解的结果比较，发现冬季PST的第一模态(时间系数记为ST_PCI)与“冬季特有模态”非常一致，而它的第二模态(时间系数记为ST_PC2)则与“季节传播模态”非常一致。而对其它季节PST分别进行EOF分解也发现，春、夏、秋PST的前两个异常模态中，总有一个异常模态的时间系数与“季节传播模态”的时间系数非常一致。说明PST的确存在一个对每个季节时间变化规律一致的主模态。 2、冬季北太平洋地区风暴轴异常与大气平均场异常关系研究 利用第一章中得到的ST_PCI和ST_PC2回归分析了北太平洋地区平均大气场的异常空间分布。发现平均大气位势高度场、风场和涡度场异常在整个对流层内分布满足地转平衡关系，异常中心均位于300hPa附近。温度场异常水平分布在500hPa以下与位势高度场异常分布相似，但由于垂直方向上静力平衡的约束而在300hPa层面出现明显差异。着重分析了冬季北太平洋地区平均纬向风场与PST异常的关系，发现二者的前两个异常模态具有非常一致的变化规律。利用大气斜压增长率和水平二维EP通量进行了简单分析，发现冬季PST异常与平均纬向风场异常之间可能存在着正反馈的作用机制。 3、冬季北半球风暴轴能量的气候态分析 引入扰动能量和简化的扰动能量方程描述冬季北半球ST能量以及与ST能量相关的能量转换率的分布。结果发现，ST的扰动有效位能(Ae)主要分布于500hPa及其以下层面，至300hPa层面迅速减小。而ST的扰动动能(Ke)大值中心分布于300hPa层面，700层面的Ke比上下层面的值都要小。进一步分析扰动能量转换项，发现ST主要在500hPa以下的中低层从平均大气获得Ae，而Ae向Ke转化最为剧烈的层面主要集中在850hPa～500hPa。这说明ST主要在大气中下层从平均大气获得扰动能量。同时发现，由于ST自身的对扰动机械能的垂直输送作用，使得Ke在700hPa层面表现为极小，并使1000hPa层面维持有相当大的Ke。而ST对扰动机械能水平的输送则是造成300hPa及其以上层面ST的Ke中心明显东移的重要原因。同时ST与平均大气的正压相互作用在300hPa最为强烈。而200hPa层面的ST会明显地将自身Ae转换为平均大气的有效位能。 4、冬季北太平洋风暴轴能量的异常态分析 利用ST_PC1和ST_PC2对PST的Ke、Ae以及各能量转换项进行了回归分析，发现Ae异常主要集中在500hPa及其以下层面，而Ke异常则是在300hPa层面达到最大，并且700hPa层面的Ke异常同样比起上下相邻层面的Ke异常要小。各主要能量转换项异常的垂直分布规律与气候态分布基本一致。但PST与平均大气之间的斜压作用和正压作用产生的能量异常转换作用更加显著，这是PST异常与平均大气异常变化非常一致的原因。进一步分析这种相互作用发现，PST异常与平均大气异常之间在高层的确存在互相促进的正反馈机制。