Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Lực tác động ngoài nhiệt đới ở Nam Bán cầu: một mô hình mới cho El Niño-Điện động Thái Bình Dương
Tóm tắt
Mục tiêu chính của bài báo này là làm sáng tỏ thêm mối liên kết động lực học qua lại giữa khí hậu ở giữa vĩ độ Nam Bán cầu và tín hiệu El Niño-Điện động Thái Bình Dương (ENSO). Mặc dù phân tích của chúng tôi xác nhận rằng ENSO là nguồn biến động liên năm chủ yếu ở Nam Bán cầu, nhưng cũng đề xuất rằng sự biến động dipole cận nhiệt đới ở cả Đại dương Ấn Độ và Đại Tây Dương, do sự biến động ở giữa vĩ độ Nam Bán cầu kích thích, có thể cũng cung cấp ảnh hưởng điều khiển đối với ENSO ở vùng nhiệt đới phía Tây Thái Bình Dương. Lực tác động cận nhiệt đới này hoạt động thông qua nhiều phản hồi khí quyển-nước biển liên kết, bao gồm việc lan truyền các bất thường nhiệt độ bề mặt biển (SST) cận nhiệt đới vào khu vực nhiệt đới sâu bên trong Đại Tây Dương và Ấn Độ từ đông bắc mùa đông đến đông bắc mùa xuân và một phản ứng khí quyển động lực tiếp theo đối với những bất thường SST này, liên kết ba lưu vực nhiệt đới vào đầu mùa xuân đông bắc. Phản ứng khí quyển này được đặc trưng bởi sự suy yếu đáng kể của Khu vực Hội tụ Nhiệt đới Ở Đại Tây Dương và Ấn Độ. Khu vực hội tụ suy yếu này tạo ra phản ứng “sóng Kelvin lạnh” ở khu vực troposphere giữa đến trên, kéo dài về phía đông từ các vùng hạ nhiệt đến Thái Bình Dương phía Tây. Bằng cách điều chế độ dốc nhiệt độ theo phương thẳng đứng và tính ổn định của khí quyển trên vùng nhiệt đới Tây Thái Bình Dương, phản ứng sóng Kelvin này khuyến khích các bất thường gió phương ngang kéo dài và cấu trúc đối lưu trên phía Tây Thái Bình Dương, điều này có thể kích hoạt sự khởi đầu của El Niño vào cuối mùa đông đông bắc. Những quá trình khác nhau này giải thích tại sao các chỉ số chuỗi thời gian dipole cận nhiệt đới ở Nam Đại Tây Dương và Ấn Độ là những tiền tố có ý nghĩa cao đối với chỉ số SST Niño34 nhiều tháng trước khi xảy ra El Niño ở phía Đông Thái Bình Dương. Nghiên cứu này chỉ ra rằng sự biến động nội tại của khí quyển ở giữa vĩ độ Nam Bán cầu có thể ảnh hưởng đáng kể đến biến động ENSO. Tuy nhiên, mối quan hệ đáng ngạc nhiên này chỉ được quan sát trong vài thập kỷ gần đây, sau sự thay đổi chế độ khí hậu năm 1976/1977, cho thấy một mối liên kết có thể với sự ấm lên toàn cầu hoặc những biến động thập kỷ của hệ thống khí hậu.
Từ khóa
#El Niño #Southern Oscillation #khí hậu Nam Bán cầu #biến động khí quyển #nhiệt độ bề mặt biểnTài liệu tham khảo
Alexander MA, Bladé I, Newman M, Lanzante JR, Lau N-C, Scott JD (2002) The atmospheric bridge: the influence of ENSO teleconnections on air–sea interaction over the global oceans. J Clim 15:2205–2231
Allan R, Ansell T (2006) A new globally complete monthly historical gridded mean sea level pressure dataset (HadSLP2): 1850–2004. J Clim 19:5816–5842
Anderson BT (2003) Tropical Pacific sea-surface temperatures and preceding sea level pressure anomalies in the subtropical North Pacific. J Geophys Res 108:4732. doi:10.1029/2003JD003805
Annamalai H, Xie S-P, McCreary JP, Murtugudde R (2005) Impact of Indian Ocean sea surface temperature on developing El Niño. J Clim 18:302–319
Behera SK, Yamagata T (2001) Subtropical SST dipole events in the southern Indian Ocean. Geophys Res Lett 28:327–330
Bretherton C, Smith C, Wallace J (1992) An intercomparison of methods for finding coupled patterns in climate data. J Clim 5:541–560
Carleton AM (2003) Atmospheric teleconnections involving the Southern Ocean. J Geophys Res 108(C4):8080. doi:10.1029/2000JC000379
Carril AF, Navarra A (2001) Low-frequency variability of the Antarctic circumpolar wave. Geophys Res Lett 28:4623–4626
Cayan DR (1992) Latent and sensible heat flux anomalies over the northern oceans: the connection to monthly atmospheric circulation. J Clim 5:354–369
Chang P et al (2006) Climate fluctuations of tropical coupled systems—the role of ocean dynamics. J Clim 19:5122–5174
Chang P, Zhang L, Saravanan R, Vimont DJ, Chiang JCH, Ji L, Seidel H, Tippett MK (2007) Pacific meridional mode and El Niño-Southern Oscillation. Geophys Res Lett 34:L16608. doi:10.1029/2007GL030302
Chiang JCH, Vimont DJ (2004) Analogous Pacific and Atlantic meridional modes of tropical atmosphere–ocean variability. J Clim 17:4143–4158
Chiodi AM, Harrison E (2007) Mechanisms of summertime subtropical Southern Indian Ocean sea surface temperature variability: on the importance of humidity anomalies and the meridional advection of water vapor. J Clim 20:4835–4852
Clarke AJ, Van Gorder S (2003) Improving El Niño prediction using a space–time integration of Indo-Pacific winds and equatorial Pacific upper ocean heat content. Geophys Res Lett 30:52.1–52.4
Cleveland RB, Cleveland WS, McRae JE, Terpenning I (1990) A seasonal-trend decomposition procedure based on loess (with discussion). J Off Stat 6:3–73
de Boyer Montégut C, Madec G, Fischer AS, Lazar A, Iudicone D (2004) Mixed layer depth over the global ocean: an examination of profile data and a profile-based climatology. J Geophys Res 109:C12003. doi:10.1029/2004JC002378
Deser C, Alexander MA, Timlin MS (2003) On the persistence of sea surface temperature anomalies in midlatitudes. J Clim 16:57–72
Dominiak S, Terray P (2005) Improvement of ENSO prediction using a linear regression model with a Southern Indian Ocean sea surface temperature predictor. Geophys Res Lett 32:L18702. doi:10.1029/2005GL023153
Dommenget D, Semenov V, Latif M (2006) Impacts of the tropical Indian and Atlantic Oceans on ENSO. Geophys Res Lett 33:L11701. doi:10.1029/2006GL025871
Ebisuzaki W (1997) A method to estimate the statistical significance of a correlation when the data are serially correlated. J Clim 10:2147–2153
England MH, Ummenhofer CC, Santoso A (2006) Interannual rainfall extremes over southwest West Australia linked to Indian Ocean climate variability. J Clim 19:1948–1969
Fauchereau N, Trzaska S, Richard Y, Roucou P, Camberlin P (2003) Sea-surface temperature co-variability in the southern Atlantic and Indian oceans and its connections with the atmospheric circulation in the Southern Hemisphere. Int J Climatol 23:663–677
Florenchie P, Reason CJC, Lutjeharms JRE, Rouault M, Roy C, Masson S (2004) Evolution of interannual warm and cold events in the Southeast Atlantic Ocean. J Clim 17:2318–2334
Flugel M, Chang P, Penland C (2004) The role of stochastic forcing in modulating ENSO predictability. J Clim 17:3125–3140
Gill AE (1980) Some simple solutions for the heat induced tropical circulation. Q J Meteorol Soc 106:447–462
Gillet NP, Thomson DWJ (2003) Simulation of recent Southern Hemisphere climate change. Science 302:273–275
Graham NE, Barnett TP (1987) Sea surface temperature, surface wind divergence and convection over tropical Oceans. Science 238:657–659
Hall A, Visbeck M (2002) Synchronous variability in the Southern Hemisphere atmosphere, sea ice, and ocean resulting from the annular mode. J Clim 15:3043–4395
Hermes JC, Reason CJC (2005) Ocean model diagnosis of interannual coevolving SST variability in the South Indian and South Atlantic Oceans. J Clim 18:2864–2882
Hobbs WR, Raphael MN (2007) A representative time-series for the Southern Hemisphere zonal wave 1. Geophys Res Lett 34:L05702
Huang B, Shukla J (2006) Interannual SST variability in the southern subtropical and extra-tropical ocean. COLA Tech. Report, 223, 20 pp
Huang B, Shukla J (2007) Interannual variability of the south indian ocean in observations and a coupled model. COLA Tech. Report, 235, 49 pp
Izumo T, Vialard J, Lengaigne M, de Boyer Montegut C, Behera SK, Luo JJ, Cravatte S, Masson S, Yamagata T (2010) Influence of the state of the Indian Ocean Dipole on the following year’s El Niño. Nat Geosci 3:168–172. doi:10.1038/ngeo760
Jansen MF, Dommenget D, Keenlyside N (2009) Tropical atmosphere–ocean interactions in a conceptual framework. J Clim 22:550–567
Jin D, Kirtman B (2009) Why the Southern Hemisphere ENSO responses lead ENSO. J Geophys Res 114:D23101. doi:10.1029/2009JD012657
Jin EK et al (2008) Current status of ENSO prediction skill in coupled ocean–atmosphere models. Clim Dyn 31:647–664 Co authors
Kalnay E, Kanamitsu M, Kistler R, Collins W, Deaven D, Gandin L, Iredell M, Saha S, White G, Woollen J, Zhu Y, Chelliah M, Ebisuzaki W, Higgins W, Janowiak J, Mo KC, Ropelewski C, Wang J, Leetmaa A, Reynolds R, Jenne R, Joseph D (1996) The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project. Bull Am Meteorol Soc 77:437–471
Kanamitsu M, Ebisuzaki W, Woolen J, Potter J, Yang S-K, Hnilo JJ, Fiorino M, Potter GL (2002) NCEP-DEO AMIP-II reanalysis (R-2). Bull Am Meteorol Soc 83:1631–1643
Karoly DJ (1989) Southern hemisphere circulation features associated with El Niño-Southern Oscillation events. J Clim 2:1239–1252
Kessler WS (2002) Is ENSO a cycle or a series of events? Geophys Res Lett 29:2125. doi:10.1029/2002GL015924
Kidson JW, Renwick JA (2002) The southern hemisphere evolution of ENSO during 1981–99. J Clim 15:847–863
Kug JS, Kang IS (2006) Interactive feedback between ENSO and the Indian Ocean. J Clim 19:1784–1801
Kug J-S, Il An S-, Jin F-F, Kang I-S (2005) Preconditions for El Niño and La Niña onsets and their relation to the Indian Ocean. Geophys Res Lett 32:L05706. doi:10.1029/2004GL021674
Kug JS, Kirtman B, Kang IS (2006) Interactive feedback between ENSO and the Indian Ocean in an interactive ensemble coupled model. J Clim 19:6371–6381
Kwok R, Comiso JC (2002) Southern ocean climate and sea ice anomalies associated with the southern oscillation. J Clim 15:487–501
L’Heureux ML, Thompson DWJ (2006) Observed relationships between the El Niño-Southern Oscillation and the extratropical zonal-mean circulation. J Clim 19:276–287
Lau KM, Chan PH (1988) Intraseasonal and interannual variations of tropical convection: a possible link between the 40–50 day oscillation and ENSO. J Atmos Sci 45:506–521
Lau NC, Nath MJ (2000) Impact of ENSO on the variability of the Asian–Australian monsoons as simulated in GCM experiments. J Clim 13:4287–4309
Lau NC, Nath MJ (2003) Atmosphere–ocean variations in the Indo-Pacific sector during ENSO episodes. J Clim 16:3–20
Lau KM, Wu HT, Bony S (1997) The role of large-scale atmospheric circulation in the relationship between tropical convection and sea surface temperature. J Clim 10:381–392
Liebmann B, Smith CA (1996) Description of a complete (interpolated) outgoing longwave radiation dataset. Bull Am Meteorol Soc 77:1275–1277
Lindzen RS, Nigam S (1987) On the role of sea surface temperature gradients in forcing low-level winds and convergence in the Tropics. J Atmos Sci 44:2418–2436
Luo JJ, Zhang R, Behera S, Masumoto Y, Jin FF, Lukas R, Yamagata T (2009) Interaction between El Niño and Extreme Indian Ocean Dipole. J Clim (in press)
McPhaden MJ, Zhang X, Hendon HH, Wheeler MC (2006) Large scale dynamics and MJO forcing of ENSO variability. Geophys Res Lett 33:L16702. doi:10.1029/2006GL026786
Mo KC (2000) Relationships between low-frequency variability in the southern hemisphere and sea surface temperature anomalies. J Clim 13:3599–3610
Moore AM, Kleeman R (1999) Stochastic forcing of ENSO by the intraseasonal oscillation. J Clim 12:1199–1220
Morioka Y, Tozuka T, Yamagata T (2009) Climate variability in the Southern Indian Ocean as revealed by self-organizing maps. Clim Dyn (submitted)
Penland C, Matrasova L (2006) Studies of El Niño and interdecadal variability in tropical sea surface temperatures using a nonnormal filter. J Clim 19:5796–5815
Penland C, Matrasova L (2008) A Southern Hemisphere footprint in American Midwest precipitation. Geophys Res Lett 35:L09703. doi:10.1029/2008GL033612
Peterson R, White WB (1998) Slow oceanic teleconnections linking tropical ENSO and the Antarctic circumpolar wave. J Geophys Res 103:24573–24583
Rayner NA, Parker DE, Horton EB, Folland CK, Alexander LV, Rowell DP, Kent EC, Kaplan A (2003) Global analyses of sea surface temperature, sea ice, and night marine air temperature since the late nineteenth century. J Geophys Res 108(D14):4407. doi:10.1029/2002JD002670
Renwick JA (2005) Persistent positive anomalies in the Southern Hemisphere circulation. J Clim 133:977–988
Ribera P, Mann ME (2003) ENSO related variability in the Southern Hemisphere, 1948–2000. Geophys Res Lett. doi:10.1029/2002GL015818
Rodriguez-Fonseca B, Polo I, Garcia-Serrano J, Losada T, Mohino E, Mechoso CR, Kucharski F (2009) Are Atlantic Niños enhancing Pacific ENSO events in recent decades? Geophys Res Lett. doi:10.1029/2009GL040048
Sara S et al (2006) The NCEP climate forecast system. J Clim 19:3483–3517
Sterl A, Hazeleger W (2003) Coupled variability and air–sea interaction in the South Atlantic Ocean. Clim Dyn 21:559–571
Suzuki R, Behera SK, Iizuka S, Yamagata T (2004) Indian Ocean subtropical dipole simulated using a coupled general circulation model. J Geophy Res 109. doi:10.1029/2003JC001974
Terray P, Dominiak S (2005) Indian Ocean sea surface temperature and El Niño-Southern Oscillation: a new perspective. J Clim 18:1351–1368
Terray P, Dominiak S, Delecluse P (2005) Role of the southern Indian Ocean in the transitions of the monsoon-ENSO system during recent decades. Clim Dyn 24:169–195. doi:10.1007/s00382-004-0480-3
Terray P, Chauvin F, Douville H (2007) Impact of southeast Indian Ocean sea surface temperature anomalies on monsoon-ENSO-dipole variability in a coupled ocean-atmosphere model. Clim Dyn 28:553–580. doi:10.1007/s00382-006-0192-y
Thompson DWJ, Wallace JM (2000) Annular modes in the extratropical circulation. Part I. Month-to-month variability. J Clim 13:1000–1016
Toniazzo T (2009) Climate variability in the south-eastern tropical Pacific and its relation with ENSO: a GCM study. Clim Dyn. doi:10.1007/s00382-009-0602-z
Trenberth KE, Mo KC (1985) Blocking in the Southern Hemisphere. Mon Weather Rev 113:3–21
Trenberth KE, Branstator GW, Karoly D, Kumar A, Lau N-C, Ropelewski C (1998) Progress during TOGA in understanding and modelling global teleconnections associated with tropical sea surface temperatures. J Geophys Res 103:14 291–14 324
Trenberth KE, Caron JM, Stepaniak DP, Worley S (2002) The evolution of ENSO and global atmospheric surface temperatures. J Geophys Res 107(D8). doi:10.1029/2000JD000298
Tziperman E, Yu L (2007) Quantifying the dependence of westerly wind bursts on the large-scale tropical Pacific SST. J Clim 20:2760–2768
Uppala S et al (2005) The ERA-40 re-analysis. Q J R Meteorol Soc 131:2961–3012 Coauthors
Van Loon H (1984) The Southern Oscillation. Part III. Associations with the trades and with the trough in the westerlies of the South Pacific Ocean. Mon Weather Rev 112:947–954
Van Loon H, Shea DJ (1987) The Southern Oscillation. Part VI. Anomalies of sea level pressure on the Southern Hemisphere and of Pacific sea surface temperature during the development of a warm event. Mon Weather Rev 115:370–379
Venegas SA, Mysak LA, Straub DN (1997) Atmosphere–ocean coupled variability in the South Atlantic. J Clim 10:2904–2920
Vimont DJ, Battisti DS, Hirst AC (2001) Footprinting: a seasonal connection between the tropics and mid-latitudes. Geophys Res Lett 28:3923–3926
Vimont DJ, Wallace JM, Battisti DS (2003) The seasonal footprinting mechanism in the Pacific: implications for ENSO. J Clim 16:2668–2675
Vimont DJ, Alexander M, Fontaine A (2009) Midlatitude excitation of tropical variability in the pacific: the role of thermodynamic coupling and seasonality. J Clim 22:518–534
Wang C (2006) An overlooked feature of tropical climate: inter-Pacific–Atlantic variability. Geophys Res Lett 33:L12702. doi:10.1029/2006GL026324
Watanabe M, Jin F-F (2002) Role of Indian Ocean warming in the development of Philippine Sea anticyclone during ENSO. Geophys Res Lett 29. doi:10.1029/2001GL014318
Welch PD (1967) The use of fast Fourier transform for the estimation of power spectra: a method based on time averaging over short, modified periodograms. IEEE Trans Audio Electroacoust 15(2):70–73
White WB, Annis J (2004) Influence of the Antarctic Circumpolar Wave on El Niño and its multidecadal changes from 1950–2001. J Geophys Res 109(C0):6019. doi:10.1029/2002JC001666
White WB, Chen S-C, Allan RJ, Stone RC (2002) Positive feedbacks between the Antarctic Circumpolar Wave and the global El Niño-Southern Oscillation Wave. J Geophys Res 107(C10):3165. doi:10.1029/2000JC000581
Wright PB (1986) Precursors of the Southern Oscillation. J Climatol 6:17–30
Wu RG, Kirtman BP (2004) Understanding the impacts of the Indian Ocean on ENSO variability in a coupled GCM. J Clim 17:4019–4031
Xie S-P, Philander SGH (1994) A coupled ocean–atmosphere model of relevance to the ITCZ in the eastern Pacific. Tellus 46A:340–350
Yu J-Y, Mechoso CR, McWilliams JC, Arakawa A (2002) Impacts of the Indian Ocean on the ENSO cycle. Geophys Res Lett 29:1204. doi:10.1029/2001GL014098
Yu L, Jin X, Weller RA (2008) Multidecade Global Flux Datasets from the Objectively Analyzed Air–sea Fluxes (OAFlux) Project: latent and sensible heat fluxes, ocean evaporation, and related surface meteorological variables. Woods Hole Oceanographic Institution, OAFlux Project Technical Report OA-2008-01. Woods Hole, MA, 64 pp
Zhang Y, Norris JR, Wallace JM (1998) Seasonality of large-scale atmosphere-ocean interaction over the North Pacific. J Clim 11:2473–2481
