Stillehavs dekadalsvingning - Pacific decadal oscillation
Den Pacific dekadisk oscillasjon ( PDO ) er et robust, tilbakevendende mønster av hav-atmosfære klimavariasjoner sentrert over den midlere bredde Pacific bassenget. BOB oppdages som varmt eller kjølig overflatevann i Stillehavet, nord for 20 ° N. I løpet av det siste århundret har amplituden til dette klimamønsteret variert uregelmessig i tidsskalaer mellom år til interdecadal (som betyr tidsperioder på noen få år til så mye som tidsperioder på flere tiår). Det er tegn på reverseringer i den rådende polariteten (som betyr endringer i kjølig overflatevann versus varmt overflatevann i regionen) av svingningen som skjedde rundt 1925, 1947 og 1977; de to siste reverseringene korresponderte med dramatiske endringer i lakseproduksjonsregimer i Nord -Stillehavet. Dette klimamønsteret påvirker også kysthavets og den kontinentale overflatetemperaturen fra Alaska til California.
Under en " varm " eller "positiv" fase blir det vestlige Stillehavet kjøligere og en del av det østlige havet varmes opp; under en "kul" eller "negativ" fase oppstår det motsatte mønsteret. Stillehavets dekadalsvingning ble navngitt av Steven R. Hare, som la merke til det mens han studerte lakseproduksjonsmønsterresultater i 1997.
Den Pacific dekadisk oscillasjon indeks er den ledende empiriske ortogonale funksjon (EOF) av månedlige sjøtemperatur anomalier ( SST -A) over det nordlige Stillehav (mot polene på 20 ° N) etter at den globale gjennomsnitts havets overflatetemperatur har blitt fjernet. Denne PDO -indeksen er den standardiserte tidsserien for hovedkomponenter . Et PDO-signal har blitt rekonstruert så langt tilbake som i 1661 gjennom kronering av treringer i Baja California- området.
Mekanismer
Flere studier har indikert at PDO-indeksen kan rekonstrueres som overlagring av tropiske tvang og ekstratropiske prosesser. I motsetning til El Niño - Southern Oscillation (ENSO) er PDO ikke en eneste fysisk modus for havvariabilitet, men heller summen av flere prosesser med ulik dynamisk opprinnelse.
På mellomårige tidsskalaer blir PDO-indeksen rekonstruert som summen av tilfeldig og ENSO-indusert variasjon i Aleutian Low , mens på dekadale tidsskalaer ENSO-telekoblinger, stokastisk atmosfærisk tvang og endringer i det nordlige Stillehavet oceanic gyre sirkulasjon bidrar omtrent like. I tillegg har anomalier i havoverflatetemperaturen en viss utholdenhet fra vinter til vinter på grunn av mekanismen for gjenoppblomstring.
- ENSO telekoblinger, den atmosfæriske broen
ENSO kan påvirke det globale sirkulasjonsmønsteret tusenvis av kilometer unna det ekvatoriale Stillehavet gjennom "atmosfærisk bro". Under El Niño- hendelser forbedres dyp konveksjon og varmeoverføring til troposfæren over den unormalt varme havoverflatetemperaturen , denne ENSO-relaterte tropiske forceringen genererer Rossby-bølger som forplanter seg poleward og østover og deretter brytes tilbake fra polen til tropene. Den planetariske bølger dannes ved foretrukne steder både i Nord- og Sør-Stillehavet, og teleconnection mønster er etablert innen 2-6 uker. ENSO -drevne mønstre endrer overflatetemperatur, fuktighet, vind og fordelingen av skyer over Nord -Stillehavet som endrer overflatevarme, momentum og ferskvannsstrømmer og dermed induserer havoverflatetemperatur, saltholdighet og anomalier i blandingsdybde (MLD).
Den atmosfæriske broen er mer effektiv under boreal vinter når den utdypede Aleutian Low resulterer i sterkere og kald nordvestlig vind over det sentrale Stillehavet og varme/fuktige sørlige vinder langs den nordamerikanske vestkysten, de tilhørende endringene i overflatevarmefluksene og til en mindre omfang Ekman transport skaper negative havoverflatetemperaturanomalier og en dypere MLD i det sentrale Stillehavet og varmer havet fra Hawaii til Beringhavet .
- SST -gjenoppkomst
Midlatitude SST -anomalimønstre har en tendens til å gjenta seg fra en vinter til den neste, men ikke i løpet av sommeren som kommer, denne prosessen skjer på grunn av den sterke sesongsyklusen i blandet lag . Det blandede lagets dybde over Nord-Stillehavet er dypere, vanligvis 100-200m, om vinteren enn det er om sommeren, og dermed blir SST-anomalier som dannes om vinteren og strekker seg til det blandede lagets base, under det grunne sommerblandede laget når det reformer sent på våren og er effektivt isolert fra luft-sjø varmestrømmen. Når det blandede laget dypes ut igjen neste høst/tidlig vinter, kan avvikene igjen påvirke overflaten. Denne prosessen har fått navnet "gjenoppståelsesmekanisme" av Alexander og Deser og observeres over store deler av Nord -Stillehavet, selv om den er mer effektiv i vest der vinterblandet lag er dypere og sesongsyklusen større.
- Stokastisk atmosfærisk tvang
Langsiktig variasjon i havoverflatetemperatur kan være indusert av tilfeldige atmosfæriske tvang som er integrert og rødmet i det blandede sjølaget. Det stokastiske klimamodellparadigmet ble foreslått av Frankignoul og Hasselmann, i denne modellen endrer en stokastisk tvang representert ved storms passering av havets blandede sjiktemperatur via overflatenergiflukser og Ekman -strømmer, og systemet dempes på grunn av den forbedrede (reduserte) varmen tap for atmosfæren over den unormalt varme (kalde) SST via turbulent energi og langbølget strålingsstrømmer, i det enkle tilfellet av en lineær negativ tilbakemelding kan modellen skrives som den separerbare vanlige differensialligningen :
hvor v er den tilfeldige atmosfæriske tvang, λ er dempningshastigheten (positiv og konstant) og y er responsen.
Variansspekteret til y er:
hvor F er variansen til den hvite støyforceringen og w er frekvensen, er en implikasjon av denne ligningen at ved korte tidsskalaer (w >> λ) øker havtemperaturens varians med kvadratet i perioden mens det er på lengre tidsskalaer (w << λ, ~ 150 måneder) Dempingsprosessen dominerer og begrenser uregelmessigheter i havoverflaten, slik at spektrene ble hvite.
Dermed genererer en atmosfærisk hvit støy SST -anomalier på mye lengre tidsskalaer, men uten spektrale topper. Modellstudier tyder på at denne prosessen bidrar til så mye som 1/3 av PDO -variabiliteten på dekadale tidsskalaer.
- Havdynamikk
Flere dynamiske oseaniske mekanismer og SST-luft-tilbakemelding kan bidra til den observerte dekadale variasjonen i Nord-Stillehavet. SST -variabilitet er sterkere i Kuroshio Oyashio -forlengelsen (KOE) -regionen og er assosiert med endringer i KOE -aksen og -styrken , som genererer dekadale og lengre tidsskalaer SST -avvik, men uten den observerte størrelsen på spektraltoppen på ~ 10 år, og SST -tilbakemelding fra luften. Ekstern gjenoppblomstring forekommer i områder med sterk strøm, for eksempel Kuroshio -forlengelsen og anomaliene som er opprettet nær Japan, kan komme igjen neste vinter i det sentrale Stillehavet.
- Advektiv resonans
Saravanan og McWilliams har vist at samspillet mellom romlig sammenhengende atmosfæriske tvangsmønstre og et advektiv hav viser periodisitet på foretrukne tidsskalaer når ikke-lokale advektive effekter dominerer over den lokale sjøoverflatetemperaturdemping. Denne "advektiv resonans" -mekanismen kan generere dekadal SST -variasjon i det østlige Nord -Stillehavet assosiert med den uregelmessige Ekman -adveksjonen og overflatevarmefluxen.
- Nord -Stillehavet oceanic gyre sirkulasjon
Dynamiske gyrejusteringer er avgjørende for å generere dekadale SST -topper i Nord -Stillehavet, prosessen skjer via vestlige formerende oceaniske Rossby -bølger som er tvunget av vindavvik i det sentrale og østlige Stillehavet. Den kvasi-geostrofiske ligningen for lange ikke-dispersive Rossby-bølger tvunget av stor vindstress kan skrives som den lineære partielle differensialligningen :
hvor h er anomalien i tykkelsen i det øvre sjiktet, τ er vindspenningen, c er Rossby-bølgehastigheten som avhenger av breddegrad, ρ 0 er tettheten til sjøvann og f 0 er parameteren Coriolis på en referansebreddegrad. Responstidsskalaen er satt av Rossby -bølgernes hastighet, vindkraftens plassering og bassengbredden, ved bredden på Kuroshio -forlengelsen c er 2,5 cm s −1 og den dynamiske gyrejusteringstiden er ~ (5) 10 år hvis Rossby -bølgen ble startet i det (sentrale) østlige Stillehavet.
Hvis vindhviten tvinger seg sonalt, bør den generere et rødt spektrum der h varians øker med perioden og når en konstant amplitude ved lavere frekvenser uten dekadale og interdekadale topper, men lave frekvenser atmosfærisk sirkulasjon har en tendens til å bli dominert av faste romlige mønstre så at vindtvinging ikke er sonalt ensartet, hvis vindkraften er sonalt sinusformet, oppstår dekadale topper på grunn av resonans av de påtvungede Rossby-bølgene i bassenget.
Utbredelsen av h -anomalier i den vestlige Stillehavet endrer KOE -aksen og styrke og påvirkning SST på grunn av den unormale geostrofiske varmetransporten. Nylige studier tyder på at Rossby -bølger begeistret av den aleutiske laven forplanter PDO -signalet fra Nord -Stillehavet til KOE gjennom endringer i KOE -aksen mens Rossby -bølger assosiert med NPO forplanter svingningssignalet i Nord -Stillehavet gjennom endringer i KOE -styrken.
Virkninger
Temperatur og nedbør
Det PDO -romlige mønsteret og virkningene ligner de som er knyttet til ENSO -hendelser. I den positive fasen blir Aleutian Low om vinteren utdypet og forskjøvet sørover, varm/fuktig luft tilføres langs den nordamerikanske vestkysten og temperaturene er høyere enn vanlig fra Pacific Northwest til Alaska, men under normalen i Mexico og Sørøst -USA.
Vinternedbøren er høyere enn vanlig i Alaska Coast Range, Mexico og det sørvestlige USA, men redusert over Canada, Øst -Sibir og Australia
McCabe et al. viste at PDO sammen med AMO sterkt påvirker multidecadal tørkemønster i USA, blir tørkefrekvensen forbedret over store deler av Nord -USA under den positive PDO -fasen og over Sørvest -USA under den negative PDO -fasen i begge tilfeller hvis PDO er assosiert med en positiv AMO.
Den asiatiske monsunen påvirkes også, økt nedbør og redusert sommertemperatur observeres over det indiske subkontinentet i den negative fasen.
PDO -indikatorer | PDO -positiv fase | PDO negativ fase |
---|---|---|
Temperatur | ||
Pacific Northwest, British Columbia og Alaska | Over gjennomsnittet | Under gjennomsnittet |
Mexico til Sørøst-USA | Under gjennomsnittet | Over gjennomsnittet |
Nedbør | ||
Alaska kystområde | Over gjennomsnittet | Under gjennomsnittet |
Mexico til sørvestlige USA | Over gjennomsnittet | Under gjennomsnittet |
Canada, Øst -Sibir og Australia | Under gjennomsnittet | Over gjennomsnittet |
India sommermonsun | Under gjennomsnittet | Over gjennomsnittet |
Rekonstruksjoner og regimeskift
PDO -indeksen er rekonstruert ved hjelp av treringer og andre hydrologisk følsomme fullmakter fra vest -Nord -Amerika og Asia.
MacDonald og Case rekonstruerte PDO tilbake til 993 ved hjelp av treringer fra California og Alberta . Indeksen viser en 50–70 års periodisitet, men er en sterk variasjonsmåte først etter 1800, en vedvarende negativ fase som oppstod i middelalderen (993–1300) som er i samsvar med La Niña- forholdene rekonstruert i det tropiske Stillehavet og tørker fra flere århundre i det sørvestlige USA.
Flere regimeskift er tydelige både i rekonstruksjonene og instrumentelle data, i løpet av 1900 -tallet skjedde regimeskift i forbindelse med samtidige endringer i SST , SLP , nedbør av land og havskydekke i 1924/1925, 1945/1946 og 1976/1977:
- 1750: PDO viser en uvanlig sterk svingning.
- 1924/1925: BOB endret seg til en "varm" fase.
- 1945/1946: BOB endret seg til en "kul" fase, mønsteret for dette regimeskiftet ligner episoden fra 1970 -tallet med maksimal amplitude i den subarktiske og subtropiske fronten, men med en større signatur nær Japan mens skiftet på 1970 -tallet var sterkere nær den amerikanske vestkysten.
- 1976/1977: BOB endret seg til en "varm" fase.
- 1988/1989: En svekkelse av den aleutiske laven med tilhørende SST -endringer ble observert, i motsetning til andre regimeskift ser denne endringen ut til å være relatert til samtidig ekstratropisk svingning i Nord -Stillehavet og Nord -Atlanteren i stedet for tropiske prosesser.
- 1997/1998: Flere endringer i havoverflatetemperatur og marint økosystem skjedde i Nord -Stillehavet etter 1997/1998, i motsetning til rådende uregelmessigheter som ble observert etter skiftet på 1970 -tallet. SST gikk ned langs USAs vestkyst og betydelige endringer i bestanden av laks , ansjos og sardin ble observert da PUD endret seg tilbake til en kul "ansjos" -fase. Imidlertid var det romlige mønsteret for SST -endringen annerledes med en meridional SST vippe i det sentrale og vestlige Stillehavet som lignet et sterkt skifte i Nord -Stillehavet Gyre -oscillasjon i stedet for BOB -strukturen. Dette mønsteret dominerte mye av SST -variabiliteten i Nord -Stillehavet etter 1989.
- 2014-flippen fra den kule PDO-fasen til den varme fasen, som vagt ligner en lang og langvarig El Niño-hendelse, bidro til rekordstore overflatetemperaturer over hele planeten i 2014.
Forutsigbarhet
The NOAA jordsystem Research Laboratory produserer offisielle ENSO-prognoser, og eksperimentelle statistiske prognoser ved anvendelse av en lineær invers modellering (LIM) metode for å forutsi den PDO, antar LIM at PDO kan separeres i en lineær deterministisk komponent og en ikke-lineær komponent som representeres ved tilfeldige svingninger.
Mye av LIM PDO forutsigbarhet stammer fra ENSO og den globale trenden i stedet for ekstratropiske prosesser og er dermed begrenset til ~ 4 sesonger. Spådommen er i samsvar med den sesongmessige fotavtrykkmekanismen der en optimal SST -struktur utvikler seg til ENSO -modne fasen 6–10 måneder senere som senere påvirker SST i Nord -Stillehavet via den atmosfæriske broen.
Ferdigheter i å forutsi variabel variasjon i PDO kan oppstå ved å ta hensyn til virkningen av den eksternt tvungne og internt genererte Stillehavsvariabiliteten.
Relaterte mønstre
- Den interdekadale Stillehavsoscillasjonen (IPO) er et lignende, men mindre lokalisert fenomen; den dekker også den sørlige halvkule (50 ° S til 50 ° N).
- ENSO har en tendens til å lede PDO -sykling.
- Endringer i børsnoteringen endrer plasseringen og styrken til ENSO -aktiviteten. Den sørlige Stillehavet konvergenssonen beveger nordøst i El Niño og sørvest under La Niña hendelser. Den samme bevegelsen finner sted under henholdsvis positive børsnoteringer og negative børsnoteringer. (Folland et al., 2002)
- Interdekadale temperaturvariasjoner i Kina er nært beslektet med NAO og NPO.
- Amplituden til NAO og NPO økte på 1960 -tallet og mellomårige variasjonsmønstre endret seg fra 3–4 år til 8–15 år.
- Havnivåstigningen påvirkes når store vannområder varmes opp og ekspanderer, eller avkjøles og trekker seg sammen.
Se også
- California Current
- Hadley celle
- Havvarmeinnhold
- Stillehavet - nordamerikansk telekommunikasjonsmønster
- Nordatlantisk svingning
- Atlantic multidecadal oscillation (AMO)
Referanser
Videre lesning
- M. Newman; M. Alexander; TR Ault; KM Cobb; C. Deser; E. Di Lorenzo; NJ Mantua; AJ Miller; S. Minobe; H. Nakamura; N. Schneider; DJ Vimont; AS Phillips; JD Scott; CA Smith (2016). "Pacific Decadal Oscillation, Revisited" . Journal of Climate . 29 (12): 4399–4427. Bibcode : 2004AdAtS..21..425L . doi : 10.1175/JCLI-D-15-0508.1 .
- LI Chongyin; HAN Jinhai; ZHU Jinhong (2004). "En gjennomgang av Decadal/Interdecadal Climate Variation Studies in China". Fremskritt innen atmosfæriske vitenskaper . 21 (3): 425–436. Bibcode : 2004AdAtS..21..425L . doi : 10.1007/BF02915569 . S2CID 119872932 .
- CK Folland; JA Renwick; MJ Salinger; AB Mullan (2002). "Relativ påvirkning av Interdecadal Pacific Oscillation og ENSO i South Pacific Convergence Zone" . Geofysiske forskningsbrev . 29 (13): 21–1–4. Bibcode : 2002GeoRL..29.1643F . doi : 10.1029/2001GL014201 .
- Hare, Steven R .; Mantua, Nathan J. (2001). "En historisk fortelling om Pacific Decadal Oscillation, interdecadal klimavariabilitet og økosystempåvirkninger" (PDF) . Rapport om en tale holdt på det 20. NE Pacific Pink and Chum workshop, Seattle, WA, 22. mars 2001 . Arkivert fra originalen (PDF) 6. april 2005.
- Mantua, Nathan J .; Hare, Steven R. (2002). "The Pacific Decadal Oscillation" (PDF) . Journal of Oceanography . 58 : 35–44. doi : 10.1023/A: 1015820616384 . S2CID 5307916 .
- Ho, Kevin (2005). "Salmon-omics: Effect of Pacific Decadal Oscillation on Alaskan Chinook Harvest and Market Price" (PDF) . Columbia University. Arkivert fra originalen (PDF) 2009-03-26.
Eksterne linker
- "Pacific Decadal Oscillation (PDO)" . JISAO . Hentet 13. februar 2005 .
- "Pacific Decadal Oscillation (PDO)" . JPL SCIENCE - BOB . Hentet 7. februar 2014 .