Stillehavs dekadalsvingning - Pacific decadal oscillation

PDO positiv fase globalt mønster

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
Den atmosfæriske broen under El Niño

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
Gjenopprettelsesmekanisme i Nord -Stillehavet.
Blandet sjeldybde sesongsyklus.

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

PDO DJFM temperaturmønster.
PDO DJFM nedbørsmønster.

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

Observerte månedlige verdier for BOB (1900 – sep2019, prikker) og 10-års gjennomsnitt.
Rekonstruert PDO-indeks (993-1996).

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

Referanser

Videre lesning

Eksterne linker