Атлантическое многодекадное колебание - Atlantic multidecadal oscillation
Североатлантическая осцилляция ( АМО ), также известная как Атлантики многодесятилетней изменчивость ( AMV ), является теоретизировала изменчивость от температуры поверхности моря (ТОЙ) в северной части Атлантического океана на шкале времени нескольких десятилетий.
Хотя существует определенная поддержка этого режима в моделях и исторических наблюдениях, существуют разногласия относительно его амплитуды и того, имеет ли он типичный временной масштаб и может ли он быть классифицирован как колебание. Также обсуждается объяснение изменения температуры поверхности моря естественными или антропогенными причинами, особенно в тропических районах Атлантического океана, важных для развития ураганов. Многодесятилетние колебания в Атлантике также связаны с изменениями активности ураганов, характера и интенсивности осадков, а также изменениями в популяциях рыб.
Определение и история
Свидетельства многомесячных климатических колебаний с центром в Северной Атлантике начали появляться в 1980-х годах в работе Фолланда и его коллег, показанной на рис. 2.dA. Это колебание было единственным предметом внимания Шлезингера и Раманкутти в 1994 году, но на самом деле термин Атлантическое многодесятилетнее колебание ( AMO) был придуман Майклом Манном в телефонном интервью 2000 года с Ричардом Керром, как рассказал Манн, стр.30 в книге «Хоккейная клюшка и климатические войны: депеши с линии фронта» (2012).
Сигнал AMO обычно определяется по моделям изменчивости ТПО в Северной Атлантике после удаления любого линейного тренда. Это изменение направлено на то, чтобы исключить из анализа влияние глобального потепления, вызванного парниковыми газами . Однако, если сигнал глобального потепления является существенно нелинейным во времени (т.е. не просто плавным линейным увеличением), изменения в вынужденном сигнале попадут в определение AMO. Следовательно, корреляция с индексом AMO может маскировать эффекты глобального потепления , согласно Манна, Штейнману и Миллеру, которые также предоставляют более подробную историю развития науки.
Индекс AMO
Несколько методов было предложено удалить глобальную тенденцию и Эль-Ниньо Южное колебание (ЭНСО) влияние на Североатлантическом SST . Тренберт и Ши, предположив, что влияние глобального воздействия на Северную Атлантику схоже с глобальным океаном, вычли глобальное (60 ° с.ш.-60 ° ю.ш.) среднее значение ТПМ из ТПМ Северной Атлантики, чтобы получить пересмотренный индекс AMO.
Тинг и др. однако утверждают, что принудительный образец SST не является глобально однородным; они разделили вынужденную и внутренне генерируемую изменчивость с помощью анализа отношения сигнал-шум, максимизирующего EOF .
Van Oldenborgh et al. рассчитал индекс AMO как среднее значение SST для внетропической Северной Атлантики (чтобы исключить влияние ENSO, которое сильнее на тропических широтах) за вычетом регрессии средней глобальной температуры.
Гуан и Нигам удалили нестационарный глобальный тренд и тихоокеанскую естественную изменчивость перед тем, как применить анализ EOF к остаточной ТПО в Северной Атлантике.
Индекс с линейным исключением тренда предполагает, что аномалия ТПО в Северной Атлантике в конце двадцатого века поровну разделена между внешне принудительной составляющей и внутренне генерируемой изменчивостью, и что текущий пик аналогичен середине двадцатого века; Напротив, другие методологии предполагают, что большая часть аномалии в Северной Атлантике в конце двадцатого века была вызвана извне.
Frajka-Williams et al. 2017 год показал, что недавние изменения в охлаждении субполярного круговорота , теплые температуры в субтропиках и аномалии похолодания над тропиками увеличили пространственное распределение меридионального градиента температуры поверхности моря, что не учитывается индексом AMO.
Механизмы
Основываясь на 150-летней инструментальной записи, квазипериодичность составляет около 70 лет с несколькими отчетливыми более теплыми фазами между ок. 1930–1965 гг. И после 1995 г., а также прохладные периоды между 1900–1930 и 1965–1995 гг. В моделях AMO-подобная изменчивость связана с небольшими изменениями в североатлантической ветви термохалинной циркуляции . Однако исторических наблюдений за океаном недостаточно, чтобы связать производный индекс AMO с современными аномалиями циркуляции. Модели и наблюдения показывают, что изменения в атмосферной циркуляции, которые вызывают изменения облаков, атмосферной пыли и поверхностного теплового потока, в значительной степени ответственны за тропическую часть AMO.
Атлантическое многодесятилетнее колебание (AMO) важно для того, как внешние воздействия связаны с ТПМ Северной Атлантики.
Воздействие на климат во всем мире
AMO коррелирует с температурой воздуха и количеством осадков на большей части Северного полушария, особенно с летним климатом в Северной Америке и Европе. Изменяя атмосферную циркуляцию, AMO также может регулировать весенний снегопад над Альпами и изменчивость массы ледников. На характер выпадения осадков влияет северо-восточная часть Бразилии и африканский Сахель. Это также связано с изменениями частоты засух в Северной Америке и отражается в частоте сильных ураганов в Атлантике .
Недавние исследования показывают, что AMO связана с прошлыми крупными засухами на Среднем Западе и Юго-западе США. Когда AMO находится в теплой фазе, эти засухи, как правило, бывают более частыми или продолжительными. Две самые сильные засухи 20-го века произошли во время положительной АМО между 1925 и 1965 годами: Пыльная чаша 1930-х годов и засуха 1950-х годов. Флорида и Тихоокеанский Северо-Запад имеют тенденцию быть противоположными - теплая AMO, больше осадков.
Климатические модели предполагают, что теплая фаза AMO усиливает летние осадки над Индией и Сахелем и активность тропических циклонов в Северной Атлантике . Палеоклиматологические исследования подтвердили эту закономерность - увеличение количества осадков в теплой фазе AMO и уменьшение в холодной фазе - для Сахеля за последние 3000 лет.
Связь с ураганами в Атлантике
В исследовании 2008 года была проведена корреляция атлантического многодесятичного режима (AMM) с данными HURDAT (1851–2007 гг.) И отмечена положительная линейная тенденция для незначительных ураганов (категории 1 и 2), которая была удалена, когда авторы скорректировали свою модель для недооцененных штормов, и заявил: «Если есть увеличение активности ураганов, связанное с глобальным потеплением, вызванным парниковыми газами, то в настоящее время оно скрывается за 60-летним квазипериодическим циклом». При полном учете метеорологической науки количество тропических штормов, которые могут перерасти в сильные ураганы, намного больше во время теплых фаз AMO, чем во время холодных фаз, по крайней мере в два раза больше; AMO отражается на частоте сильных ураганов в Атлантике. Исходя из типичной продолжительности отрицательной и положительной фаз AMO, текущий теплый режим, как ожидается, сохранится, по крайней мере, до 2015 года и, возможно, до 2035 года. Enfield et al. предположим пик около 2020 года.
Однако в 2006 году Манн и Эмануэль обнаружили, что «антропогенные факторы ответственны за долгосрочные тенденции в тепле тропиков Атлантического океана и активности тропических циклонов» и «очевидной роли AMO нет».
В 2014 году Манн, Стейнман и Миллер показали, что потепление (и, следовательно, любое воздействие на ураганы) не было вызвано AMO, написав: «определенные процедуры, использованные в прошлых исследованиях для оценки внутренней изменчивости, и, в частности, внутреннее многодесятилетнее колебание, названное« Atlantic Multidecadal Oscillation »или« AMO », не могут выделить истинную внутреннюю изменчивость, когда она известна априори. Такие процедуры дают сигнал AMO с завышенной амплитудой и смещенной фазой, приписывая некоторое недавнее повышение средней температуры NH за счет AMO. Напротив, истинный сигнал AMO, по-видимому, в последние десятилетия, скорее всего, находился в фазе похолодания, компенсируя часть антропогенного потепления ".
С 1995 года было десять сезонов атлантических ураганов, которые были признаны «чрезвычайно активными» согласно Accumulated Cyclone Energy - 1995 , 1996 , 1998 , 1999 , 2003 , 2004 , 2005 , 2010 , 2017 и 2020 .
Периодичность и прогнозирование сдвигов AMO
Имеется всего около 130–150 лет данных, основанных на данных приборов, что слишком мало для традиционных статистических подходов. С помощью многовековой косвенной реконструкции более длительный период в 424 года был использован Энфилдом и Сид-Серрано в качестве иллюстрации подхода, описанного в их статье «Вероятностная проекция климатического риска». Их гистограмма интервалов пересечения нуля из набора из пяти повторно выбранных и сглаженных версий Gray et al. (2004) вместе с гамма-распределением оценки максимального правдоподобия, подходящим к гистограмме, показали, что наибольшая частота интервалов между режимами составляла около 10–20 лет. Кумулятивная вероятность для всех интервалов 20 лет и менее составила около 70%.
Нет продемонстрированной предсказуемости того, когда AMO переключится в любом детерминированном смысле. Компьютерные модели, подобные тем, которые предсказывают Эль-Ниньо , далеки от этого. Энфилд и его коллеги рассчитали вероятность того, что изменение AMO произойдет в течение заданного будущего периода времени, предполагая, что историческая изменчивость сохраняется. Вероятностные прогнозы такого рода могут оказаться полезными для долгосрочного планирования в чувствительных к климату приложениях, таких как управление водными ресурсами.
В исследовании 2017 года прогнозируется продолжающийся сдвиг похолодания в начале 2014 года, и авторы отмечают: «… в отличие от последнего холодного периода в Атлантике, пространственная структура аномалий температуры поверхности моря в Атлантике не является равномерно холодной, а вместо этого имеет аномально низкие температуры. в субполярном круговороте , теплые температуры в субтропиках и аномалии похолодания над тропиками . Тройной паттерн аномалий увеличил субполярный и субтропический меридиональный градиент в ТПМ, которые не представлены значением индекса AMO, но которые могут привести к увеличению атмосферного бароклинность и буря ".
В исследовании 2021 года Майкла Манна было показано, что периодичность AMO в последнее тысячелетие была обусловлена извержениями вулканов и другими внешними воздействиями, и поэтому нет убедительных доказательств того, что AMO является колебанием или циклом. Также отсутствовало колебательное поведение в моделях на временных масштабах, превышающих Южное колебание Эль-Ниньо; AMV неотличим от красного шума , типичной нулевой гипотезы для проверки наличия колебаний в модели.
использованная литература
дальнейшее чтение
- Андронова Н.Г .; Шлезингер, ME (2000). «Причины глобальных изменений температуры в XIX и XX веках» . Geophys. Res. Lett. 27 (14): 2137–2140. Bibcode : 2000GeoRL..27.2137A . DOI : 10.1029 / 2000GL006109 .
- Делворт, TL; Манн, ME (2000). «Наблюдаемая и смоделированная многолетняя изменчивость в Северном полушарии» . Климатическая динамика . 16 (9): 661–676. Bibcode : 2000ClDy ... 16..661D . DOI : 10.1007 / s003820000075 . S2CID 7412990 .
- Энфилд, ДБ; Mestas-Nunez, AM; Тримбл, П.Дж. (2001). «Атлантическое многодесятилетнее колебание и его связь с осадками и речным стоком в континентальной части США» Geophys. Res. Lett . 28 (10): 2077–2080. Bibcode : 2001GeoRL..28.2077E . CiteSeerX 10.1.1.594.1411 . DOI : 10.1029 / 2000GL012745 .
- Гольденберг, SB (2001). «Недавнее увеличение активности ураганов в Атлантике: причины и последствия» . Наука . 293 (5529): 474–479. Bibcode : 2001Sci ... 293..474G . DOI : 10.1126 / science.1060040 . PMID 11463911 .
- Грей, СТ (2004). "Реконструкция Атлантического Множества десятилетий с 1567 г. н.э. на основе древовидных колец" Geophys. Res. Lett . 31 (12): L12205. Bibcode : 2004GeoRL..3112205G . DOI : 10.1029 / 2004GL019932 .
- Хетцингер, Штеффен (2008). «Карибские кораллы отслеживают атлантическое многолетнее колебание и прошлую активность ураганов». Геология . 36 (1): 11–14. Bibcode : 2008Geo .... 36 ... 11H . DOI : 10.1130 / G24321A.1 .
- Керр, Р.А. (2000). "Стимулятор климата Северной Атлантики на протяжении веков". Наука . 288 (5473): 1984–1986. DOI : 10.1126 / science.288.5473.1984 . PMID 17835110 . S2CID 21968248 .
- Керр, РА (2005). «Атлантический климатический кардиостимулятор на протяжении тысячелетий и десятилетий спустя?» . Наука . 309 (5731): 41–43. DOI : 10.1126 / science.309.5731.41 . PMID 15994503 .
- Найт, младший (2005). «Признак устойчивых естественных циклов термохалинной циркуляции в наблюдаемом климате» . Geophys. Res. Lett . 32 (20): L20708. Bibcode : 2005GeoRL..3220708K . DOI : 10.1029 / 2005GL024233 . S2CID 16909466 .
- McCabe, GJ; Палецки, Массачусетс; Бетанкур, JL (2004). «Тихий и Атлантический океан влияет на частоту многолетних засух в Соединенных Штатах» . PNAS . 101 (12): 4136–4141. Bibcode : 2004PNAS..101.4136M . DOI : 10.1073 / pnas.0306738101 . PMC 384707 . PMID 15016919 .
- Саттон, RT; Ходсон, Л. Р. (2005). «Атлантическое воздействие на летний климат Северной Америки и Европы» . Наука . 309 (5731): 115–118. Bibcode : 2005Sci ... 309..115S . DOI : 10.1126 / science.1109496 . PMID 15994552 .
- Рыцарь-младший; Фолланд, СК; Скайф, AA (2006). «Климатические воздействия Атлантического многодесятилетнего колебания». Geophys. Res. Lett . 33 (17): L17706. Bibcode : 2006GeoRL..3317706K . DOI : 10.1029 / 2006GL026242 . S2CID 17217746 .
- Тегаварапу, RSV; Голы, А .; Обейсекера, Дж. (2013). «Влияние многодесятилетних колебаний Атлантического океана на экстремальные региональные уровни осадков». Журнал гидрологии . 495 : 74–93. Bibcode : 2013JHyd..495 ... 74T . DOI : 10.1016 / j.jhydrol.2013.05.003 .
- Голы, Аниш; Тегаварапу, Рамеш С.В. (2014). «Индивидуальное и совместное влияние AMO и ENSO на характеристики и экстремальные значения осадков в регионе» . Исследование водных ресурсов . 50 (6): 4686–4709. Bibcode : 2014WRR .... 50.4686G . DOI : 10.1002 / 2013WR014540 .