Тихоокеанские декадные колебания

редактировать
Глобальный паттерн положительной фазы PDO

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.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Механизмы
  • 2 удара
  • 3 Реконструкции и смены режимов
  • 4 Предсказуемость
  • 5 Связанные шаблоны
  • 6 См. Также
  • 7 ссылки
  • 8 Дальнейшее чтение
  • 9 Внешние ссылки

Механизмы

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.

Телесвязи ЭНСО, атмосферный мост
Атмосферный мост во время Эль-Ниньо

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.

Возрождение SST
Механизм возрождения в северной части Тихого океана. Сезонный цикл глубины смешанного слоя.

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.

Стохастическое атмосферное воздействие

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 : d у d т знак равно v ( т ) - λ у {\ displaystyle {\ operatorname {d} y \ over \ operatorname {d} t} = v (t) - \ lambda y}

где v - случайное атмосферное воздействие, λ - коэффициент демпфирования (положительный и постоянный), а y - реакция.

Спектр дисперсии y равен: грамм ( ш ) знак равно F ш 2 + λ 2 {\ displaystyle {G (w) = {\ frac {F} {w ^ {2} + \ lambda ^ {2}}}}}

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.

Динамика океана

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.

Адвективный резонанс

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.

Круговорот в северной части Тихого океана

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 : час т - c час Икс знак равно - × τ ρ 0 ж 0 {\ displaystyle {\ partial h \ over \ partial t} -c {\ partial h \ over \ partial x} = {\ frac {- \ nabla \ times {\ vec {\ tau}}} {\ rho _ {0 } f_ {0}}}}

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.

Воздействия

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

Реконструкции и смены режимов

Наблюдаемые месячные значения PDO (1900 – сен2019, точки) и средние значения за 10 лет. Реконструированный индекс PDO (993-1996).

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:

  • 1750: PDO демонстрирует необычно сильные колебания.
  • 1924/1925: PDO перешел в «теплую» фазу.
  • 1945/1946: PDO сменился на "прохладную" фазу, картина этого сдвига режима аналогична эпизоду 1970-х годов с максимальной амплитудой на субарктическом и субтропическом фронте, но с большей заметностью вблизи Японии, в то время как сдвиг 1970-х годов был сильнее вблизи американское западное побережье.
  • 1976/1977: PDO перешел в "теплую" фазу.
  • 1988/1989: Наблюдалось ослабление Алеутского минимума с соответствующими изменениями ТПО, в отличие от других смен режимов, это изменение, по-видимому, связано с параллельными внетропическими колебаниями в северной части Тихого океана и Северной Атлантики, а не с тропическими процессами.
  • 1997/1998: После 1997/1998 года в северной части Тихого океана произошло несколько изменений температуры поверхности моря и морской экосистемы, в отличие от преобладающих аномалий, наблюдаемых после сдвига 1970-х годов. SST снизился вдоль западного побережья Соединенных Штатов, и наблюдались существенные изменения в популяциях лосося, анчоуса и сардины, поскольку PDO вернулся к холодной фазе «анчоуса». Однако пространственный паттерн изменения SST отличался от меридиональных качелей SST в центральной и западной части Тихого океана, которые напоминали сильный сдвиг круговоротного колебания в северной части Тихого океана, а не структуру PDO. Эта закономерность преобладала в большей части изменчивости ТПО в северной части Тихого океана после 1989 г.
  • Переход 2014 года от прохладной фазы PDO к теплой фазе, которая отдаленно напоминает длительное и затянувшееся явление Эль-Ниньо, способствовало установлению рекордов температуры поверхности на всей планете в 2014 году.

Предсказуемость

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.

Связанные шаблоны

  • Междесятилетние Тихие океан колебания (IPO) является таким же, но менее локализовано явлением; он также охватывает южное полушарие (от 50 ° до 50 ° с.ш.).
  • ЭНСО имеет тенденцию возглавлять цикл PDO.
  • Изменения в IPO меняют местоположение и силу деятельности ENSO. Зона конвергенции южной части Тихого океана перемещается на северо-восток во время Эль-Ниньо и на юго-запад во время событий Ла-Нинья. То же самое происходит во время положительной и отрицательной фаз IPO соответственно. (Folland et al., 2002).
  • Междекадные колебания температуры в Китае тесно связаны с колебаниями температуры в НАО и НКО.
  • Амплитуды САК и НКО увеличились в 1960-е гг., А характер межгодовой изменчивости изменился с 3–4 лет до 8–15 лет.
  • Повышение уровня моря происходит, когда большие участки воды нагреваются и расширяются или охлаждают и сжимаются.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки

Последняя правка сделана 2023-04-05 07:00:18
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте