Десятилетние колебание Тихого океана ( PDO) является надежным, повторяющимся модель изменчивости климата океана и атмосферы над центром средних широт бассейна Тихого океана. ЗОП обнаруживается как теплые или прохладные поверхностные воды в Тихом океане к северу от 20 ° с. За последнее столетие амплитуда этой климатической модели нерегулярно изменялась в масштабах от одного года к другому (то есть периоды времени от нескольких лет до периодов времени в несколько десятилетий). Имеются свидетельства смены преобладающей полярности (то есть изменения холодных поверхностных вод по сравнению с теплыми поверхностными водами в пределах региона) колебаний, имевших место примерно в 1925, 1947 и 1977 годах; последние два разворота соответствовали резким сдвигам в режимах производства лосося в северной части Тихого океана. Этот климатический режим также влияет на температуру прибрежного моря и воздуха на поверхности континента от Аляски до Калифорнии.
Во время « теплой » или «положительной» фазы западная часть Тихого океана становится холоднее, а часть восточного океана нагревается; во время «холодной» или «отрицательной» фазы наблюдается обратная картина. Десятилетнее колебание в Тихом океане было названо Стивеном Р. Хейром, который заметил его при изучении результатов структуры продуктивности лосося в 1997 году.
Десятилетний колебание Тихого океан индекс является ведущей эмпирической ортогональной функцией (EOF) месячных температурами поверхности моря аномалий ( ССТ - A) по сравнению с северной частью Тихого океана (полюс 20 ° N) после глобальной средней температуры поверхности моря было удалено. Этот индекс PDO представляет собой стандартизованный временной ряд главного компонента. «Сигнал» PDO был реконструирован еще в 1661 году с помощью хронологии годичных колец в районе Нижней Калифорнии.
Несколько исследований показали, что индекс PDO может быть реконструирован как наложение тропического воздействия и внетропических процессов. Таким образом, в отличие от Эль-Ниньо – Южного колебания (ENSO), PDO - это не один физический режим изменчивости океана, а скорее сумма нескольких процессов с различным динамическим происхождением.
В межгодовых временных масштабах индекс PDO реконструируется как сумма случайной изменчивости и изменчивости, вызванной ЭНСО в Алеутском низу, тогда как в десятилетних масштабах времени телесвязи ЭНСО, стохастическое атмосферное воздействие и изменения в циркуляции океанического круговорота в северной части Тихого океана вносят примерно равный вклад. Кроме того, аномалии температуры поверхности моря сохраняются от зимы к зиме из-за механизма возрождения.
ENSO может влиять на структуру глобальной циркуляции за тысячи километров от экваториальной части Тихого океана через «атмосферный мост». Во время Эль - Ниньо событий, глубокой конвекции и переноса тепла в тропосфере усиливается за аномально теплой температуры поверхности моря, это ЕНСО связанных тропический заставляя генерирует волны Россби, распространяющихся по направлению к полюсу и к востоку и затем преломляется назад от полюса до тропиков. В планетарные волны образуют в предпочтительных местах, как в Северной и южной части Тихого океана, и картина teleconnection устанавливается в течение 2-6 недель. Модели, управляемые ЭНСО, изменяют температуру поверхности, влажность, ветер и распределение облаков над северной частью Тихого океана, что изменяет поверхностное тепло, импульс и потоки пресной воды и, таким образом, вызывает аномалии температуры поверхности моря, солености и глубины смешанного слоя (MLD).
Атмосферный мост более эффективен во время северной зимы, когда углубление Алеутского минимума приводит к более сильным и холодным северо-западным ветрам над центральной частью Тихого океана и теплым / влажным южным ветрам вдоль западного побережья Северной Америки, связанным с этим изменениям в поверхностных тепловых потоках и меньшим. Степень переноса Экмана создает отрицательные аномалии температуры поверхности моря и углубление MLD в центральной части Тихого океана и нагревает океан от Гавайев до Берингова моря.
Среднеширотный SST модель аномалия, как правило, повторяется от одной зимы к другому, но не в течение прошедшего лета, этот процесс происходит из - за сильный смешанный слой сезонного цикла. Глубина смешанного слоя над северной частью Тихого океана больше, обычно на 100-200 м зимой, чем летом, и поэтому аномалии ТПО, которые образуются зимой и простираются до основания смешанного слоя, изолируются под мелким летним смешанным слоем, когда он реформируется в конце весны и эффективно изолированы от теплового потока воздух-море. Когда смешанный слой снова углубится следующей осенью / в начале зимы, аномалии могут снова повлиять на поверхность. Этот процесс был назван Александером и Дезером «механизмом возрождения» и наблюдается на большей части северной части Тихого океана, хотя он более эффективен на западе, где зимний смешанный слой глубже, а сезонный цикл больше.
Долгосрочные колебания температуры поверхности моря могут быть вызваны случайными атмосферными воздействиями, которые интегрируются в смешанный слой океана и становятся более красными. Парадигма стохастической модели климата была предложена Франкигнулом и Хассельманном, в этой модели стохастическое воздействие, представленное прохождением штормов, изменяет температуру смешанного слоя океана через поверхностные потоки энергии и течения Экмана, а система демпфируется из-за повышенного (пониженного) тепла. Потери в атмосферу из-за аномально теплого (холодного) ТПМ за счет турбулентной энергии и длинноволновых потоков излучения, в простом случае линейной отрицательной обратной связи модель может быть записана в виде разделимого обыкновенного дифференциального уравнения :
где v - случайное атмосферное воздействие, λ - коэффициент демпфирования (положительный и постоянный), а y - реакция.
Спектр дисперсии y равен:
где F - дисперсия воздействия белого шума, а w - частота, следствием этого уравнения является то, что на коротких временных масштабах (w gt;gt; λ) дисперсия температуры океана увеличивается с квадратом периода, тогда как на более длительных временных масштабах (w lt;lt; λ, ~ 150 месяцев) процесс затухания доминирует и ограничивает аномалии температуры поверхности моря, так что спектры становятся белыми.
Таким образом, атмосферный белый шум генерирует аномалии ТПО в гораздо более длительных временных масштабах, но без спектральных пиков. Исследования моделирования показывают, что этот процесс вносит вклад в 1/3 изменчивости PDO в десятилетних временных масштабах.
Некоторые динамические океанические механизмы и обратная связь между ТПМ и воздухом могут способствовать наблюдаемой десятилетней изменчивости в северной части Тихого океана. Изменчивость SST сильнее в области Kuroshio Oyashio extension (KOE) и связана с изменениями оси и силы KOE, которые генерируют дисперсию SST в десятилетних и более длинных временных масштабах, но без наблюдаемой величины спектрального пика в ~ 10 лет, и SST -воздушная обратная связь. Отдаленное повторное появление происходит в регионах с сильным течением, таких как расширение Куросио, и аномалии, созданные около Японии, могут снова проявиться следующей зимой в центральных районах Тихого океана.
Сараванан и Мак-Вильямс продемонстрировали, что взаимодействие между пространственно когерентными моделями атмосферного воздействия и адвективным океаном демонстрирует периодичность в предпочтительных временных масштабах, когда нелокальные адвективные эффекты преобладают над локальным демпфированием температуры поверхности моря. Этот механизм «адвективного резонанса» может генерировать десятилетнюю изменчивость ТПО в восточной части северной части Тихого океана, связанную с аномальной адвекцией Экмана и поверхностным тепловым потоком.
Регулировка динамического круговорота имеет важное значение для генерации пиков ТПО в северной части Тихого океана за десятилетия. Этот процесс происходит за счет распространяющихся на запад океанических волн Россби, которые вызваны ветровыми аномалиями в центральной и восточной частях Тихого океана. Квазигеострофичности уравнение долго недиспергирующих волны Россби вынужден большого масштаба напряжение ветра может быть записано в виде линейного дифференциального уравнения в частных :
где h - аномалия толщины верхнего слоя, τ - напряжение ветра, c - скорость волны Россби, которая зависит от широты, ρ 0 - плотность морской воды, а f 0 - параметр Кориолиса на эталонной широте. Время отклика шкалы устанавливается на скорость волн Россби, расположение ветра форсирования и ширина бассейна, на широте Куросио расширения С составляет 2,5 см с -1 и динамической регулировки круговорот шкалы времени составляет ~ (5) 10 лет если волна Россби зародилась в (центральной) восточной части Тихого океана.
Если белое воздействие ветра является зонально однородным, оно должно генерировать красный спектр, в котором дисперсия h увеличивается с периодом и достигает постоянной амплитуды на более низких частотах без декадных и междекадных пиков, однако на низких частотах атмосферная циркуляция имеет тенденцию преобладать в фиксированных пространственных структурах, поэтому это ветровое воздействие не является зонально однородным, если ветровое воздействие является зонально синусоидальным, то десятилетние пики возникают из-за резонанса вынужденных волн Россби в масштабе бассейна.
Распространение аномалий h в западной части Тихого океана изменяет ось KOE, прочность и ударную SST из-за аномального геострофического переноса тепла. Недавние исследования предполагают, что волны Россби, возбуждаемые Алеутским минимумом, распространяют сигнал PDO из северной части Тихого океана в KOE через изменения оси KOE, в то время как волны Россби, связанные с NPO, распространяют сигнал колебаний северной части Тихого океана за счет изменения силы KOE.
Температура и осадки
Диаграмма температуры PDO DJFM. Схема выпадения осадков PDO DJFM.Пространственная картина и воздействия PDO аналогичны тем, которые связаны с событиями ENSO. Во время положительной фазы зимний Алеутский минимум углубляется и смещается к югу, теплый / влажный воздух переносится вдоль западного побережья Северной Америки, а температуры выше, чем обычно, от тихоокеанского северо-запада до Аляски, но ниже нормы в Мексике и юго-востоке США. Зимние осадки выше, чем обычно, на побережье Аляски, в Мексике и на юго-западе США, но меньше над Канадой, Восточной Сибирью и Австралией. McCabe et al. показали, что PDO вместе с AMO сильно влияют на характер засух в течение нескольких десятилетий в Соединенных Штатах, частота засух увеличивается на большей части севера Соединенных Штатов во время положительной фазы PDO и на юго-западе США во время отрицательной фазы PDO в обоих случаях, если PDO связан с положительным AMO. Азиатский муссон также подвержен влиянию, увеличение количества осадков и снижение летней температуры наблюдается над Индийским субконтинентом во время отрицательной фазы.
Индикаторы PDO | Положительная фаза PDO | Отрицательная фаза PDO |
---|---|---|
Температура | ||
Северо-Запад Тихого океана, Британская Колумбия и Аляска | Выше среднего | Ниже среднего |
Из Мексики в Юго-Восток США | Ниже среднего | Выше среднего |
Осадки | ||
Прибрежный хребет Аляски | Выше среднего | Ниже среднего |
Из Мексики в Юго-запад США | Выше среднего | Ниже среднего |
Канада, Восточная Сибирь и Австралия | Ниже среднего | Выше среднего |
Летний муссон в Индии | Ниже среднего | Выше среднего |
Индекс PDO был реконструирован с использованием годичных колец и других гидрологически чувствительных прокси из западной части Северной Америки и Азии.
Макдональд и Кейс реконструировали ЗОП до 993 года, используя годичные кольца деревьев из Калифорнии и Альберты. Индекс показывает 50–70-летнюю периодичность, но является сильной формой изменчивости только после 1800 г., стойкая отрицательная фаза, происходящая в средневековье (993–1300 гг.), Что согласуется с условиями Ла-Нинья, реконструированными в тропической части Тихого океана и многовековыми засухами. на юго-западе США.
Некоторые изменения режима очевидны как в реконструкциях, так и в инструментальных данных, во время 20-го века изменения режима, связанные с одновременными изменениями в SST, SLP, осадках на суше и облачном покрове океана, произошли в 1924/1925, 1945/1946 и 1976/1977:
НУОА Лаборатория Земли Системы исследований производит официальные прогнозы ЭНСО, и экспериментальные статистические прогнозы с использованием методы линейного обратное моделирования (LIM) для прогнозирования PDO, LIM предполагает, что ПДО может быть разделен на линейную детерминированную компоненту и нелинейный компонент, представленном случайные колебания.
Большая часть предсказуемости LIM PDO является результатом ENSO и глобального тренда, а не внетропических процессов, и, таким образом, ограничивается ~ 4 сезонами. Прогноз согласуется с механизмом сезонного следа, при котором оптимальная структура ТПО через 6–10 месяцев переходит в фазу зрелости ЭНСО, которая впоследствии воздействует на ТПО северной части Тихого океана через атмосферный мост.
Навыки в прогнозировании изменчивости PDO в течение десятилетий могут возникнуть из-за учета воздействия внешней и внутренней изменчивости Тихого океана.