Oscylacja dziesiętna na Pacyfiku - Pacific decadal oscillation
Pacific decadal oscylacji ( PDO ) jest trwałym, okresowy wzór ocean atmosferze zmienności klimatu wyśrodkowany z połowy szerokości basenu Pacyfiku. ChNP jest wykrywany jako ciepłe lub chłodne wody powierzchniowe w Oceanie Spokojnym, na północ od 20°N. W ciągu ostatniego stulecia amplituda tego wzorca klimatycznego zmieniała się nieregularnie w skali czasu od roku do dekady (od kilku lat do kilkudziesięciu). Istnieją dowody na odwrócenie dominującej polaryzacji (co oznacza zmiany chłodnych wód powierzchniowych w porównaniu z ciepłymi wodami powierzchniowymi w regionie) oscylacji występujących około 1925, 1947 i 1977; ostatnie dwie zmiany odpowiadały dramatycznym zmianom w systemach produkcji łososia na Północnym Pacyfiku. Ten wzorzec klimatyczny wpływa również na temperatury przybrzeżnych mórz i kontynentalnych powierzchni powietrza od Alaski po Kalifornię.
Podczas fazy „ ciepłej ” lub „pozytywnej”, zachodni Pacyfik staje się chłodniejszy, a część wschodniego oceanu ociepla się; podczas fazy „chłodnej” lub „negatywnej”, pojawia się odwrotny wzór. Dekadal Pacyfiku został nazwany przez Stevena R. Hare'a, który zauważył to podczas badania wyników produkcji łososia w 1997 roku.
Pacyficzny wskaźnik oscylacji dziesięcioletniej jest wiodącą empiryczną funkcją ortogonalną (EOF) miesięcznych anomalii temperatury powierzchni morza ( SST -A) nad Północnym Pacyfikiem (biegunowym 20°N) po usunięciu średniej globalnej temperatury powierzchni morza. Ten indeks PDO jest standardowym szeregiem czasowym głównego składnika . „Sygnał” ChNP został zrekonstruowany już w 1661 roku poprzez chronologię słojów drzew w rejonie Baja California .
Mechanizmy
Kilka badań wykazało, że indeks PDO można zrekonstruować jako nakładanie się wymuszenia tropikalnego i procesów pozatropikalnych. Tak więc, w przeciwieństwie do El Niño-Southern Oscillation (ENSO), PDO nie jest pojedynczym fizycznym trybem zmienności oceanów, ale raczej sumą kilku procesów o różnym dynamicznym pochodzeniu.
Inter-rocznych skal czasowych indeks PDO jest zrekonstruowany jako suma losowej i ENSO zmienności wywołanej w Aleuty Low , natomiast na decadal terminy ENSO telekoneksja, zmuszając stochastyczny atmosferyczne i zmiany w North Pacific oceaniczny Gyre obiegu przyczynić się mniej więcej po równo. Dodatkowo anomalie temperatury powierzchni morza mają pewną trwałość od zimy do zimy ze względu na mechanizm ponownego wschodów.
- Telepołączenia ENSO, most atmosferyczny
ENSO może wpływać na globalny wzorzec cyrkulacji tysiące kilometrów od równikowego Pacyfiku przez „most atmosferyczny”. Podczas wydarzeń El Niño głęboka konwekcja i transfer ciepła do troposfery są wzmacniane przez anomalnie ciepłą temperaturę powierzchni morza , to związane z ENSO tropikalne wymuszenie generuje fale Rossby'ego, które rozchodzą się w kierunku bieguna i na wschód, a następnie są załamywane z powrotem od bieguna do tropików. Te fale planetarne tworzą w korzystnych lokalizacjach, zarówno w północnej i południowej części Oceanu Spokojnego, a wzór teleconnection ustala się w ciągu 2-6 tygodni. Wzory sterowane przez ENSO modyfikują temperaturę powierzchni, wilgotność, wiatr i rozkład chmur na północnym Pacyfiku, które zmieniają ciepło powierzchniowe, pęd i przepływy słodkiej wody, a tym samym wywołują anomalie temperatury powierzchni morza, zasolenia i mieszanej głębokości warstw (MLD).
Mostek atmosferyczny jest bardziej efektywny podczas borealnej zimy, kiedy pogłębiony Niż Aleucki powoduje silniejsze i zimne północno-zachodnie wiatry nad środkowym Pacyfikiem oraz ciepłe/wilgotne wiatry południowe wzdłuż zachodniego wybrzeża Ameryki Północnej, związane z tym zmiany w przepływach ciepła powierzchniowego i mniejsze Zakres transportu Ekmana powoduje anomalie ujemnej temperatury powierzchni morza i pogłębienie MLD w środkowym Pacyfiku i ogrzewa ocean od Hawajów do Morza Beringa .
- Ponowne pojawienie się SST
Wzorce anomalii SST na średnich szerokościach geograficznych mają tendencję do powtarzania się z jednej zimy na drugą, ale nie w okresie letnim. Proces ten występuje z powodu silnego cyklu sezonowego warstwy mieszanej . Głębokość mieszanej warstwy nad północnym Pacyfikiem jest głębsza, zwykle 100-200 m, zimą niż latem, a zatem anomalie SST, które tworzą się zimą i rozciągają się do podstawy mieszanej warstwy, są ukrywane pod płytką mieszaną warstwą letnią, gdy reformy późną wiosną i są skutecznie izolowane od strumienia ciepła powietrze-morze. Gdy zmieszana warstwa ponownie się pogłębi następnej jesieni/wczesną zimą, anomalie mogą ponownie wpłynąć na powierzchnię. Proces ten został nazwany przez Alexandra i Desera „mechanizmem ponownego wschodów” i jest obserwowany na większej części północnego Pacyfiku, chociaż jest bardziej skuteczny na zachodzie, gdzie zimowa warstwa mieszana jest głębsza, a cykl sezonowy większy.
- Stochastyczne wymuszanie atmosferyczne
Długotrwałe wahania temperatury powierzchni morza mogą być spowodowane przypadkowymi siłami atmosferycznymi, które są zintegrowane i zaczerwienione w warstwie mieszanej oceanu. Paradygmat modelu klimatu stochastycznego został zaproponowany przez Frankignoula i Hasselmanna, w tym modelu wymuszenie stochastyczne reprezentowane przez przechodzenie burz zmienia temperaturę warstwy mieszanej oceanu poprzez strumienie energii powierzchniowej i prądy Ekmana, a system jest tłumiony z powodu zwiększonego (zredukowanego) ciepła strata do atmosfery nad anomalnie ciepłym (zimnym) SST poprzez energię turbulentną i długofalowe strumienie promieniowania, w prostym przypadku liniowego ujemnego sprzężenia zwrotnego model można zapisać jako rozłączne równanie różniczkowe zwyczajne :
gdzie v jest losowym wymuszeniem atmosferycznym, λ jest współczynnikiem tłumienia (dodatnim i stałym), a y jest odpowiedzią.
Spektrum wariancji y to:
gdzie F jest wariancją wymuszania białego szumu, a w jest częstotliwością, z tego równania wynika, że w krótkich skalach czasowych (w>>λ) wariancja temperatury oceanu rośnie wraz z kwadratem okresu, natomiast w dłuższych skalach czasowych (w<<λ, ~150 miesięcy) dominuje proces tłumienia i ogranicza anomalie temperatury powierzchni morza tak, że widma stają się białe.
W ten sposób atmosferyczny biały szum generuje anomalie SST w znacznie dłuższych skalach czasowych, ale bez pików widmowych. Badania modelowe sugerują, że proces ten przyczynia się aż do 1/3 zmienności PDO w dziesięcioletnich skalach czasowych.
- Dynamika oceanu
Kilka dynamicznych mechanizmów oceanicznych i sprzężenie zwrotne SST-powietrze może przyczynić się do zaobserwowanej dziesięcioletniej zmienności w Północnym Pacyfiku. Zmienność SST jest silniejsza w regionie rozszerzenia Kuroshio Oyashio (KOE) i jest związana ze zmianami w osi i sile KOE, co generuje wariancję SST w dekadach i dłuższych skalach czasowych, ale bez obserwowanej wielkości piku spektralnego po ~10 latach i SST - sprzężenie zwrotne powietrza. Odległe wschody występują w regionach o silnym prądzie, takich jak rozszerzenie Kuroshio, a anomalie powstałe w pobliżu Japonii mogą pojawić się ponownie następnej zimy w środkowym Pacyfiku.
- Rezonans adwekcyjny
Saravanan i McWilliams wykazali, że interakcja między przestrzennie spójnymi wzorcami wymuszania atmosferycznego a oceanem adwekcyjnym wykazuje okresowość w preferowanych skalach czasowych, kiedy nielokalne efekty adwekcyjne dominują nad lokalnym tłumieniem temperatury powierzchni morza. Ten mechanizm „rezonansu adwekcyjnego” może generować dziesięcioletnią zmienność SST na wschodnim północnym Pacyfiku, związaną z nieprawidłową adwekcją Ekmana i powierzchniowym strumieniem ciepła.
- Cyrkulacja wiru oceanicznego północnego Pacyfiku
Dynamiczne korekty wirowe są niezbędne do generowania dziesięcioletnich szczytów SST na Północnym Pacyfiku, proces ten zachodzi poprzez rozchodzące się na zachód oceaniczne fale Rossby , wymuszone przez anomalie wiatru w środkowym i wschodnim Pacyfiku. Równanie quasi geostroficzny długo niedyspersyjnych fale rossby'ego wymuszone dużą skalę stresu wiatrowej może być zapisana jako liniowego równania różniczkowego częściowego :
gdzie h to anomalia grubości górnej warstwy, τ to naprężenie wiatru, c to prędkość fali Rossby'ego zależna od szerokości geograficznej, ρ 0 to gęstość wody morskiej, a f 0 to parametr Coriolisa na szerokości geograficznej odniesienia. Skala czasu odpowiedzi jest ustalana przez prędkość fal Rossby'ego, lokalizację wymuszeń wiatru i szerokość basenu, na szerokości geograficznej Rozszerzenia Kuroshio c wynosi 2,5 cm s- 1, a skala czasu dynamicznej regulacji zakrętu wynosi ~(5)10 lat gdyby fala Rossby została zapoczątkowana na (środkowym) wschodnim Pacyfiku.
Jeśli wymuszanie bieli wiatru jest jednorodne strefowo, powinno generować czerwone widmo, w którym wariancja h wzrasta wraz z okresem i osiąga stałą amplitudę przy niższych częstotliwościach bez szczytów dekadowych i międzydekadowych, jednak cyrkulacja atmosferyczna przy niskich częstotliwościach jest zdominowana przez stałe wzorce przestrzenne, tak że wymuszanie wiatru nie jest strefowo jednorodne, jeśli wymuszanie wiatru jest strefowo sinusoidalne, wówczas szczyty dekadowe występują z powodu rezonansu wymuszonych fal Rossby'ego w skali basenu.
Propagacja anomalii w zachodnim Pacyfiku zmienia oś KOE oraz siłę i oddziaływanie SST ze względu na anomalny geostroficzny transport ciepła. Ostatnie badania sugerują, że fale Rossby'ego wzbudzone przez niż aleucki propagują sygnał PDO z północnego Pacyfiku do KOE poprzez zmiany w osi KOE, podczas gdy fale Rossby'ego związane z NPO propagują sygnał oscylacji North Pacific Gyre poprzez zmiany siły KOE.
Oddziaływania
Temperatura i opady
Wzorzec przestrzenny i wpływ PDO są podobne do tych związanych ze zdarzeniami ENSO . W fazie pozytywnej zimowy Niż Aleucki pogłębia się i przesuwa na południe, ciepłe/wilgotne powietrze jest kierowane wzdłuż zachodniego wybrzeża Ameryki Północnej, a temperatury są wyższe niż zwykle od północno-zachodniego Pacyfiku po Alaskę, ale poniżej normy w Meksyku i południowo-wschodnich Stanach Zjednoczonych.
Opady zimowe są wyższe niż zwykle w Alasce Coast Range, w Meksyku i południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych, ale mniejsze w Kanadzie, wschodniej Syberii i Australii
McCabe et al. wykazali, że ChNP wraz z AMO silnie wpływają na wielodekadowy wzór susz w Stanach Zjednoczonych, częstotliwość susz jest zwiększona w większości północnych Stanów Zjednoczonych podczas fazy pozytywnej ChNP oraz w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych podczas fazy ujemnej ChNP w obu przypadkach, jeśli PDO wiąże się z pozytywnym AMO.
Dotyczy to również monsunu azjatyckiego, w fazie ujemnej obserwuje się zwiększone opady deszczu i obniżoną temperaturę latem na subkontynencie indyjskim.
Wskaźniki ChNP | Faza dodatnia PDO | Faza ujemna PDO |
---|---|---|
Temperatura | ||
Północno-zachodni Pacyfik, Kolumbia Brytyjska i Alaska | Powyżej średniej | Poniżej średniej |
Meksyk do południowo-wschodnich Stanów Zjednoczonych | Poniżej średniej | Powyżej średniej |
Opad atmosferyczny | ||
Pasmo przybrzeżne Alaski | Powyżej średniej | Poniżej średniej |
Meksyk do południowo-zachodnich Stanów Zjednoczonych | Powyżej średniej | Poniżej średniej |
Kanada, Syberia Wschodnia i Australia | Poniżej średniej | Powyżej średniej |
Indie letni monsun | Poniżej średniej | Powyżej średniej |
Rekonstrukcje i zmiany reżimu
Indeks PDO został zrekonstruowany przy użyciu słojów drzew i innych wrażliwych hydrologicznie danych zastępczych z zachodniej Ameryki Północnej i Azji.
MacDonald i Case zrekonstruowali ChNP z 993 roku, używając słojów z Kalifornii i Alberty . Wskaźnik wykazuje okresowość 50–70 lat, ale jest silnym sposobem zmienności dopiero po 1800 r., utrzymującej się negatywnej fazie występującej w średniowieczu (993–1300), co jest zgodne z warunkami La Niña odtworzonymi w tropikalnym Pacyfiku i wielowiekowych suszach w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych.
Kilka zmian reżimu jest widocznych zarówno w rekonstrukcjach, jak i danych instrumentalnych, podczas XX-wiecznych zmian reżimu związanych z równoczesnymi zmianami w SST , SLP , opadach lądowych i zachmurzeniu oceanicznym, które miały miejsce w latach 1924/1925, 1945/1946 i 1976/1977:
- 1750: PDO wykazuje niezwykle silną oscylację.
- 1924/1925: PDO przeszedł na „ciepłą” fazę.
- 1945/1946: PDO zmieniło się na „chłodną” fazę, wzorzec tej zmiany reżimu jest podobny do epizodu z lat 70. z maksymalną amplitudą na froncie subarktycznym i subtropikalnym, ale z większą sygnaturą w pobliżu Japonii, podczas gdy zmiana z lat 70. była silniejsza w pobliżu zachodnie wybrzeże Ameryki.
- 1976/1977: PDO zmieniono na „ciepłą” fazę.
- 1988/1989: Zaobserwowano osłabienie niżu aleuckiego z towarzyszącymi mu zmianami SST, w przeciwieństwie do innych zmian reżimu, zmiana ta wydaje się być związana z równoczesnymi pozatropikalnymi oscylacjami na Północnym Pacyfiku i Północnym Atlantyku, a nie z procesami tropikalnymi.
- 1997/1998: Kilka zmian temperatury powierzchni morza i ekosystemu morskiego wystąpiło na Północnym Pacyfiku po 1997/1998, w przeciwieństwie do dominujących anomalii obserwowanych po zmianach w latach 70-tych. SST spadło wzdłuż zachodniego wybrzeża Stanów Zjednoczonych i zaobserwowano znaczne zmiany w populacjach łososia , sardeli i sardynki , gdy ChNP powrócił do chłodnej fazy „sardeli”. Jednak przestrzenny wzór zmiany SST był inny w przypadku południkowej huśtawki SST w środkowym i zachodnim Pacyfiku, która przypominała silniejszą zmianę w oscylacji Północnego Pacyfiku, a nie w strukturze PDO. Ten wzór zdominował znaczną część zmienności SST na Północnym Pacyfiku po 1989 roku.
- Przejście w 2014 roku z chłodnej fazy PDO do fazy ciepłej, która niejasno przypomina długie i przeciągające się wydarzenie El Niño, przyczyniło się do rekordowych temperatur powierzchniowych na całej planecie w 2014 roku.
Przewidywalność
NOAA każdy system badania laboratoryjne wytwarza oficjalne prognozy ENSO i doświadczalne prognozy statystyczne stosując liniowo odwrotna do modelowania (LIM) przewidzieć PDO LIM zakłada PDO można rozdzielić na liniowy składnika deterministycznego i składnika nieliniowy przedstawiony losowe wahania.
Znaczna część przewidywalności LIM PDO wynika z ENSO i globalnego trendu, a nie z procesów pozatropikalnych, a zatem jest ograniczona do ~4 sezonów. Przewidywanie jest zgodne z mechanizmem sezonowego śladu, w którym optymalna struktura SST ewoluuje w fazę dojrzałości ENSO 6–10 miesięcy później, która następnie wpływa na SST Północnego Pacyfiku poprzez mostek atmosferyczny.
Umiejętności przewidywania dziesięcioletniej zmienności PDO mogą wynikać z uwzględnienia wpływu wymuszonej zewnętrznie i wewnętrznie generowanej zmienności Pacyfiku.
Powiązane wzory
- Interdecadal oscylacji Pacific (IPO) jest podobna, ale mniej umiejscowione zjawisko; obejmuje również półkulę południową (50°S do 50°N).
- ENSO ma tendencję do przewodzenia cyklom PDO.
- Zmiany w IPO zmieniają lokalizację i siłę działalności ENSO. Strefa konwergencji South Pacific porusza północny podczas El Niño i zachód podczas imprez La Nina. Ten sam ruch ma miejsce odpowiednio w fazie dodatniego IPO i ujemnego IPO. (Folland i in., 2002)
- Międzydekadowe wahania temperatury w Chinach są ściśle związane z wahaniami NAO i NPO.
- Amplitudy NAO i NPO wzrosły w latach 60. XX wieku, a wzorce zmienności międzyrocznej zmieniły się z 3-4 lat na 8-15 lat.
- Na wzrost poziomu morza ma wpływ, gdy duże obszary wody ogrzewają się i rozszerzają lub ochładzają i kurczą.
Zobacz też
- Prąd kalifornijski
- Cela Hadleya
- Zawartość ciepła w oceanie
- Wzorzec telekomunikacji Pacyfik–Ameryka Północna
- Oscylacja północnoatlantycka
- Oscylacja wielodekadowa atlantycka (AMO)
Bibliografia
Dalsza lektura
- M. Newmana; M. Aleksandra; TR Dorosły; KM Cobba; C. Pustynia; E. Di Lorenzo; NJ Mantua; AJ Millera; S. Minobe; H. Nakamurę; N. Schneidera; DJ Vimont; jako Phillips; JD Scotta; CA Smith (2016). „The Pacific Decadal Oscillation, Revisited” . Dziennik Klimatu . 29 (12): 4399–4427. Kod Bib : 2004AdAtS..21..425L . doi : 10.1175/JCLI-D-15-0508.1 .
- LI Czongyin; JE Jinhai; ZHU Jinhong (2004). „Przegląd dekadowych / międzydekadowych badań zmienności klimatu w Chinach”. Postępy w naukach o atmosferze . 21 (3): 425–436. Kod Bib : 2004AdAtS..21..425L . doi : 10.1007/BF02915569 . S2CID 119872932 .
- CK Folland; JA Renwicka; MJ Salingera; AB Mullan (2002). „Względne wpływy oscylacji międzydekadowej Pacyfiku i ENSO w strefie konwergencji południowego Pacyfiku” . Listy z badań geofizycznych . 29 (13): 21–1–4. Kod Bibcode : 2002GeoRL..29.1643F . doi : 10.1029/2001GL014201 .
- Zając, Steven R.; Mantua, Nathan J. (2001). „Historyczna narracja na Pacyfiku Dekadalnej Oscylacji, zmienności klimatu między dekadami i wpływie na ekosystem” (PDF) . Sprawozdanie z przemówienia wygłoszonego na 20. warsztatach Pacific Pink and Chum w NE, Seattle, WA, 22 marca 2001 . Zarchiwizowane z oryginału (PDF) w dniu 6 kwietnia 2005 r.
- Mantua, Nathan J.; Zając, Steven R. (2002). „Oscylacja dekady Pacyfiku” (PDF) . Dziennik Oceanografii . 58 : 35-44. doi : 10.1023/A:1015820616384 . S2CID 5307916 .
- Ho, Kevin (2005). „Salmon-omics: Wpływ Pacific Decadal Oscillation na alaskańskie zbiory Chinook i cenę rynkową” (PDF) . Uniwersytet Columbia. Zarchiwizowane z oryginału (PDF) w dniu 26.03.2009.
Zewnętrzne linki
- „Oscylacja dekady Pacyfiku (PDO)” . JISAO . Pobrano 13 lutego 2005 .
- „Oscylacja dziesiętna Pacyfiku (PDO)” . JPL NAUKA - CHNP . Pobrano 7 lutego 2014 .