Климатический цикл, влияющий на температуру поверхности Северной Атлантики.
Пространственная картина атлантических многодесятилетних колебаний, полученная как регрессия ежемесячных аномалий температуры поверхности моря HadISST (1870–2013 гг.).Индекс атлантического многодесятилетнего колебания по методологии, предложенной ван Олденборгом и др. 1880–2018.Индекс атлантических многодесятилетних колебаний, рассчитанный как линейно вычтенные аномалии температуры поверхности моря в Северной Атлантике за 1856–2022 годы.
Атлантическое многодесятилетнее колебание ( AMO ), также известное как атлантическая многодесятилетняя изменчивость ( AMV ), [1] представляет собой теоретическую изменчивость температуры поверхности моря (SST) в северной части Атлантического океана во временном масштабе в несколько десятилетий. [2]
Несмотря на некоторую поддержку 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. Ведется также дискуссия о том, можно ли объяснить изменение температуры поверхности моря естественными или антропогенными причинами, особенно в тропических районах Атлантического океана, важных для развития ураганов. [3] Атлантические многодесятилетние колебания также связаны с изменениями в активности ураганов, характере и интенсивности осадков, а также изменениями в популяциях рыб. [4]
Определение и история
Доказательства многодесятилетних климатических колебаний с центром в Северной Атлантике начали появляться в 1980-х годах в работе Фолланда и его коллег, показанных на рис. 2.dA [5]. Эти колебания были единственным предметом внимания Шлезингера и Раманкутти в 1994 году, [6] но Фактический термин «Атлантическое многодесятилетнее колебание» (АМО) был придуман Майклом Манном в телефонном интервью с Ричардом Керром в 2000 году, [7] по рассказу Манна, стр. 30 в «Хоккейной клюшке и климатических войнах: послания с передовой» (2012).
Сигнал АМО обычно определяется по закономерностям изменчивости ТПМ в Северной Атлантике после удаления любого линейного тренда. Удаление тренда призвано исключить из анализа влияние глобального потепления , вызванного парниковыми газами . Однако если сигнал глобального потепления существенно нелинейен во времени (т.е. это не просто плавное линейное увеличение), изменения вынужденного сигнала будут просачиваться в определение AMO. Следовательно, корреляции с индексом АМО могут маскировать эффекты глобального потепления , как считают Манн, Штейнман и Миллер [8] , что также дает более подробную историю развития науки.
Индекс АМО
Было предложено несколько методов для устранения глобального тренда и влияния Эль-Ниньо-Южного колебания (ЭНСО) на североатлантическое ТПМ . Тренберт и Ши, предполагая, что эффект глобального воздействия на Северную Атлантику аналогичен эффекту глобального океана, вычли глобальное (60° с.ш.–60° ю.ш.) среднее значение ТПМ из североатлантического ТПМ, чтобы получить пересмотренный индекс АМО. [9]
Тинг и др. однако утверждают, что схема принудительного ТПМ не является единообразной в глобальном масштабе; они разделили вынужденную и внутренне генерируемую изменчивость, используя анализ EOF с максимизацией сигнала к шуму . [3]
Ван Олденборг и др. получил индекс AMO как среднее значение SST над внетропической частью Северной Атлантики (чтобы устранить влияние ЭНСО, которое сильнее в тропической широте) за вычетом регрессии на глобальную среднюю температуру. [10]
Гуан и Нигам исключили нестационарный глобальный тренд и естественную тихоокеанскую изменчивость, прежде чем применить анализ EOF к остаточной ТПМ в Северной Атлантике. [11]
Индекс с линейным удалением тренда предполагает, что аномалия ТПО в Северной Атлантике в конце двадцатого века поровну разделена между компонентом внешнего воздействия и изменчивостью, вызванной внутренними причинами, и что текущий пик аналогичен середине двадцатого века; напротив, другие методологии предполагают, что большая часть аномалий в Северной Атлантике в конце двадцатого века возникла извне. [3]
Фрайка-Вильямс и др. В 2017 году было отмечено, что недавние изменения в охлаждении субполярного круговорота , теплые температуры в субтропиках и прохладные аномалии над тропиками увеличили пространственное распределение меридионального градиента температуры поверхности моря, которое не фиксируется индексом AMO. [4]
Механизмы
Судя по 150-летним инструментальным данным, квазипериодичность составляет около 70 лет с несколькими отчетливыми более теплыми фазами между ок. Выявлены 1930–1965 гг. и после 1995 г., а также прохлада между 1900–1930 гг. и 1965–1995 гг. [12]
В моделях АМО-подобная изменчивость связана с небольшими изменениями в североатлантической ветви термохалинной циркуляции . [13] Однако исторических океанических наблюдений недостаточно, чтобы связать полученный индекс АМО с современными аномалиями циркуляции. [ нужна цитата ] Модели и наблюдения показывают, что изменения в атмосферной циркуляции, которые вызывают изменения в облаках, атмосферной пыли и приземном тепловом потоке, в значительной степени ответственны за тропическую часть АМО. [14] [15]
Атлантическое многодесятилетнее колебание (АМО) важно для того, как внешние воздействия связаны с ТПМ в Северной Атлантике. [16]
Влияние климата 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. [17] [18] Через изменения атмосферной циркуляции АМО может также модулировать весенний снегопад над Альпами [19] и изменчивость массы ледников. [20] На характер выпадения осадков влияет северо-восточная часть Бразилии и африканский Сахель. Это также связано с изменениями частоты засух в Северной Америке и отражается на частоте сильных ураганов в Атлантике . [9]
Недавние исследования показывают, что AMO связана с произошедшими в прошлом крупными засухами на Среднем Западе и Юго-Западе США. Когда АМО находится в теплой фазе, эти засухи имеют тенденцию быть более частыми или продолжительными. Две из самых сильных засух 20-го века произошли во время положительного АМО между 1925 и 1965 годами: « Пыльный котел» 1930-х годов и засуха 1950-х годов. Во Флориде и на северо-западе Тихого океана ситуация противоположная: теплая АМО, больше осадков. [21]
Исследование 2008 года сопоставило Атлантический многодесятилетний режим (AMM) с данными HURDAT (1851–2007 гг.) и отметило положительную линейную тенденцию для небольших ураганов (категории 1 и 2), но исчезло, когда авторы скорректировали свою модель с учетом недооцененных штормов, и заявил: «Если и происходит увеличение активности ураганов, связанное с глобальным потеплением, вызванным парниковыми газами, в настоящее время оно скрыто 60-летним квазипериодическим циклом». [24] При полном учете метеорологической науки количество тропических штормов, которые могут перерасти в сильные ураганы, намного больше во время теплых фаз АМО, чем во время прохладных фаз, по крайней мере в два раза больше; АМО отражается на частоте сильных ураганов в Атлантике. [21] Исходя из типичной продолжительности отрицательных и положительных фаз АМО, ожидается, что нынешний теплый режим сохранится как минимум до 2015 года и, возможно, даже до 2035 года. Enfield et al. предположим, что пик произойдет примерно в 2020 году. [25]
Однако в 2006 году Манн и Эмануэль обнаружили, что «антропогенные факторы ответственны за долгосрочные тенденции изменения температуры в тропиках Атлантического океана и активности тропических циклонов» и «очевидной роли АМО нет». [26]
В 2014 году Манн, Штейнман и Миллер [8] показали, что потепление (и, следовательно, любое воздействие на ураганы) не было вызвано АМО, написав: «некоторые процедуры, использованные в прошлых исследованиях для оценки внутренней изменчивости, и, в частности, внутренних многодесятилетних колебаний названное «Атлантическим многодесятилетним колебанием» или «АМО», не удается выявить истинную внутреннюю изменчивость, хотя она априори известна. Такие процедуры дают сигнал АМО с завышенной амплитудой и смещенной фазой, что объясняет часть недавнего повышения средней температуры СП. Напротив, истинный сигнал АМО, по-видимому, в последние десятилетия находился в фазе охлаждения, компенсируя часть антропогенного потепления».
Периодичность и прогноз смен АМО
Имеются данные всего за 130–150 лет, основанные на данных приборов, а это слишком мало выборок для традиционных статистических подходов. С помощью прокси-реконструкции, рассчитанной на несколько столетий, Энфилд и Сид-Серрано использовали более длительный период в 424 года в качестве иллюстрации подхода, описанного в их статье под названием «Вероятностная проекция климатического риска». [27] Их гистограмма интервалов пересечения нуля из набора из пяти повторных выборок и сглаженной версии Gray et al. (2004) вместе с гамма-распределением оценки максимального правдоподобия, соответствующим гистограмме, показали, что наибольшая повторяемость интервала режима составляла около 10–20 лет. Совокупная вероятность для всех интервалов 20 лет и менее составила около 70%. [ нужна цитата ]
Не существует продемонстрированной предсказуемости того, когда произойдет переключение AMO, в каком-либо детерминистском смысле. Компьютерные модели, такие как те, которые предсказывают Эль-Ниньо , далеки от того, чтобы это сделать. Энфилд и его коллеги рассчитали вероятность того, что изменение AMO произойдет в течение заданного периода времени в будущем, предполагая, что историческая изменчивость сохранится. Вероятностные прогнозы такого рода могут оказаться полезными для долгосрочного планирования в чувствительных к климату приложениях, таких как управление водными ресурсами.
Исследование 2017 года предсказывает продолжающийся сдвиг похолодания, начиная с 2014 года, и авторы отмечают: «…в отличие от последнего холодного периода в Атлантике, пространственная структура аномалий температуры поверхности моря в Атлантике не является равномерно прохладной, а вместо этого имеет аномально низкие температуры. в субполярном круговороте , теплые температуры в субтропиках и прохладные аномалии над тропиками . Тройной характер аномалий увеличил субполярный и субтропический меридиональный градиент в ТПО, который не представлен значением индекса АМО, но может привести к увеличению атмосферы. бароклинность и бурность». [4]
Критика
В исследовании Майкла Манна и других, проведенном в 2021 году, было показано, что периодичность АМО в последнем тысячелетии определялась извержениями вулканов и другими внешними воздействиями, и, следовательно, нет убедительных доказательств того, что АМО является колебанием или циклом. [28] Также наблюдалось отсутствие колебательного поведения в моделях на временных масштабах, превышающих Южное колебание Эль-Ниньо; AMV неотличим от красного шума — типичной нулевой гипотезы, позволяющей проверить наличие колебаний в модели. [29] Ссылаясь на исследование 2021 года, Майкл Манн, создатель термина АМО, изложил его более лаконично в сообщении в блоге по этому вопросу: «Мы с коллегами предоставили то, что мы считаем наиболее убедительным доказательством того, что АМО на самом деле не существует». [30]
Рекомендации
^ «Многодесятилетние изменения климата». Лаборатория геофизической гидродинамики.
^ Джерард Д. Маккарти; Иван Д. Хэй; Жоэль Дж. М. Хирши; Джереми П. Грист и Дэвид А. Смид (27 мая 2015 г.). «Влияние океана на десятилетнюю изменчивость атлантического климата, выявленное наблюдениями за уровнем моря» (PDF) . Природа . 521 (7553): 508–510. Бибкод : 2015Natur.521..508M. дои : 10.1038/nature14491. PMID 26017453. S2CID 4399436.
^ abc Минфан, Тинг; Йоханан Кушнир; Ричард Сигер; Цуйхуа Ли (2009). «Вынужденные и внутренние тенденции ТПМ двадцатого века в Северной Атлантике». Журнал климата . 22 (6): 1469–1481. Бибкод : 2009JCli...22.1469T. дои : 10.1175/2008JCLI2561.1 . S2CID 17753758.
^ abc Элеонора Фрайка-Уильямс; Клоди Болье; Орели Дюшес (2017). «Новый отрицательный индекс атлантического многодесятилетнего колебания, несмотря на теплые субтропики». Научные отчеты . 7 (1): 11224. Бибкод : 2017NatSR...711224F. дои : 10.1038/s41598-017-11046-x. ПМЦ 5593924 . ПМИД 28894211.
^ Фолланд, СК; Паркер, Д.Э.; Кейтс, FE (1984). «Колебания морской температуры во всем мире 1856–1981». Природа . 310 (5979): 670–673. Бибкод : 1984Natur.310..670F. дои : 10.1038/310670a0. S2CID 4246538.
^ Шлезингер, Мэн (1994). «Колебания глобальной климатической системы периода 65–70 лет». Природа . 367 (6465): 723–726. Бибкод : 1994Natur.367..723S. дои : 10.1038/367723a0. S2CID 4351411.
^ Керр, Ричард К. (2000). «Североатлантический климатический кардиостимулятор на века». Наука . 288 (5473): 1984–1985. дои : 10.1126/science.288.5473.1984. PMID 17835110. S2CID 21968248.
^ Аб Манн, Майкл; Байрон А. Стейнман; Соня К. Миллер (2014). «О вынужденных изменениях температуры, внутренней изменчивости и АМО». Письма о геофизических исследованиях . 41 (9): 3211–3219. Бибкод : 2014GeoRL..41.3211M. CiteSeerX 10.1.1.638.256 . дои : 10.1002/2014GL059233 .
^ аб Тренберт, Кевин; Деннис Дж. Ши (2005). «Атлантические ураганы и естественная изменчивость в 2005 году». Письма о геофизических исследованиях . 33 (12): L12704. Бибкод : 2006GeoRL..3312704T. дои : 10.1029/2006GL026894 .
^ ван Ольденборг, GJ; ЛА те Раа; Х.А. Дейкстра; С.Ю. Филип (2009). «Частотно- или амплитудно-зависимые эффекты меридионального опрокидывания Атлантического океана на тропическую часть Тихого океана». Наука об океане. 5 (3): 293–301. Бибкод : 2009OcSci...5..293В. дои : 10.5194/os-5-293-2009 .
^ Гуань, Бин; Сумант Нигам (2009). «Анализ изменчивости Атлантической температуры с учетом межбассейновых связей и векового тренда: уточненная структура атлантического многодесятилетнего колебания». Дж. Климат . 22 (15): 4228–4240. Бибкод : 2009JCli...22.4228G. дои : 10.1175/2009JCLI2921.1 . S2CID 16792059.
^ «Климатические явления и их значение для будущего регионального изменения климата» (PDF) . МГЭИК AR5 . 2014. Архивировано из оригинала (PDF) 7 декабря 2017 г. Проверено 9 октября 2017 г.
^ О'Рейли, CH; Л.М. Хубер; Т. Вулингс; Л. Занна (2016). «Признак низкочастотного океанического воздействия в Атлантическом многодесятилетнем колебании». Письма о геофизических исследованиях . 43 (6): 2810–2818. Бибкод : 2016GeoRL..43.2810O. дои : 10.1002/2016GL067925 .
^ Браун, ПТ; М. С. Лозье; Р. Чжан; В. Ли (2016). «Необходимость обратной связи облаков для атлантического многодесятилетнего колебания в масштабе бассейна». Письма о геофизических исследованиях . 43 (8): 3955–3963. Бибкод : 2016GeoRL..43.3955B. дои : 10.1002/2016GL068303 .
^ Юань, Т.; Л. Ореопулос; М. Залинка; Х. Ю; Дж. Р. Норрис; М. Чин; С. Платник; К. Мейер (2016). «Положительная обратная связь от низкой облачности и пыли усиливает многодесятилетние колебания в тропической Северной Атлантике». Письма о геофизических исследованиях . 43 (3): 1349–1356. Бибкод : 2016GeoRL..43.1349Y. дои : 10.1002/2016GL067679 . ПМЦ 7430503 . PMID 32818003. S2CID 130079254.
^ Мадс Фауршу Кнудсен; Бо Холм Якобсен; Марит-Сольвейг Зайденкранц и Йеспер Ольсен (25 февраля 2014 г.). «Доказательства внешнего воздействия атлантического многодесятилетнего колебания после окончания малого ледникового периода». Природа . 5 : 3323. Бибкод : 2014NatCo...5.3323K. doi : 10.1038/ncomms4323. ПМЦ 3948066 . ПМИД 24567051.
^ Гош, Рохит; Мюллер, Вольфганг А.; Бэр, Джоанна; Бадер, Юрген (28 июля 2016 г.). «Воздействие наблюдаемых многодесятилетних изменений Северной Атлантики на европейский летний климат: линейная бароклинная реакция на нагрев поверхности». Климатическая динамика . 48 (11–12): 3547. Бибкод : 2017ClDy...48.3547G. дои : 10.1007/s00382-016-3283-4. hdl : 11858/00-001M-0000-002B-44E2-8 . ISSN 0930-7575. S2CID 54020650.
^ Зампиери, М.; Торети, А.; Шиндлер, А.; Скоччимарро, Э.; Гуальди, С. (апрель 2017 г.). «Влияние атлантических многодесятилетних колебаний на погодные режимы Европы и Средиземноморья весной и летом». Глобальные и планетарные изменения . 151 : 92–100. Бибкод : 2017GPC...151...92Z. doi :10.1016/j.gloplacha.2016.08.014.
^ Зампиери, Маттео; Скоччимарро, Энрико; Гуальди, Сильвио (01 января 2013 г.). «Влияние Атлантики на весенний снегопад в Альпах за последние 150 лет». Письма об экологических исследованиях . 8 (3): 034026. Бибкод : 2013ERL.....8c4026Z. дои : 10.1088/1748-9326/8/3/034026 . ISSN 1748-9326.
^ Гус, Матиас; Хок, Регина; Баудер, Андреас; Фанк, Мартин (01 мая 2010 г.). «100-летние массовые изменения в Швейцарских Альпах, связанные с атлантическим многодесятилетним колебанием» (PDF) . Письма о геофизических исследованиях . 37 (10): L10501. Бибкод : 2010GeoRL..3710501H. дои : 10.1029/2010GL042616 . ISSN 1944-8007.
^ ab «Часто задаваемые вопросы Национального управления океанических и атмосферных исследований об атлантическом многодесятилетнем колебании». Архивировано из оригинала 26 ноября 2005 г.
^ Чжан, Р.; Делворт, ТЛ (2006). «Влияние многодесятилетних колебаний Атлантики на осадки в Индии/Сахеле и ураганы в Атлантике». Геофиз. Рез. Летт . 33 (17): L17712. Бибкод : 2006GeoRL..3317712Z. дои : 10.1029/2006GL026267. S2CID 16588748.
^ Шанахан, ТМ; и другие. (2009). «Атлантическое воздействие устойчивой засухи в Западной Африке». Наука . 324 (5925): 377–380. Бибкод : 2009Sci...324..377S. CiteSeerX 10.1.1.366.1394 . дои : 10.1126/science.1166352. PMID 19372429. S2CID 2679216.
^ Чилек, П. и Лесинс, Г. (2008). «Многодесятилетняя изменчивость активности ураганов в Атлантике: 1851–2007 гг.». Журнал геофизических исследований . 113 (Д22): Д22106. Бибкод : 2008JGRD..11322106C. дои : 10.1029/2008JD010036 .
^ Энфилд, Дэвид Б.; Сид-Серрано, Луис (2010). «Вековые и многодесятилетние потепления в Северной Атлантике и их связь с крупными ураганами». Международный журнал климатологии . 30 (2): 174–184. дои : 10.1002/joc.1881. S2CID 18833210.
^ Манн, Мэн; Эмануэль, К.А. (2006). «Тенденции ураганов в Атлантике, связанные с изменением климата». ЭОС . 87 (24): 233–244. Бибкод : 2006EOSTr..87..233M. дои : 10.1029/2006EO240001 . S2CID 128633734.
^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 26 августа 2014 г. Проверено 23 августа 2014 г.{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
^ Манн, Майкл Э.; Штейнман, Байрон А.; Бруйетт, Дэниел Дж.; Миллер, Соня К. (05 марта 2021 г.). «Многодесятилетние климатические колебания в течение последнего тысячелетия, вызванные вулканическим воздействием». Наука . 371 (6533): 1014–1019. Бибкод : 2021Sci...371.1014M. doi : 10.1126/science.abc5810. ISSN 0036-8075. PMID 33674487. S2CID 232124643.
^ Манн, Майкл Э.; Штейнман, Байрон А.; Миллер, Соня К. (3 января 2020 г.). «Отсутствие внутренних многодесятилетних и междекадных колебаний в моделях климата». Природные коммуникации . 11 (1): 49. Бибкод : 2020NatCo..11...49M. дои : 10.1038/s41467-019-13823-w . ISSN 2041-1723. ПМК 6941994 . ПМИД 31900412.
^ Манн, Майкл. «Взлет и падение «Атлантического многодесятилетнего колебания»». michaelmann.net . Проверено 14 сентября 2023 г.
дальнейшее чтение
Андронова, Н.Г.; Шлезингер, Мэн (2000). «Причины глобальных изменений температуры в XIX и XX веках». Геофиз. Рез. Летт. 27 (14): 2137–2140. Бибкод : 2000GeoRL..27.2137A. дои : 10.1029/2000GL006109 .
Делворт, ТЛ; Манн, Мэн (2000). «Наблюдаемая и смоделированная многодесятилетняя изменчивость в Северном полушарии». Климатическая динамика . 16 (9): 661–676. Бибкод : 2000ClDy...16..661D. дои : 10.1007/s003820000075. S2CID 7412990.
Энфилд, Д.Б.; Местас-Нуньес, AM; Тримбл, П.Дж. (2001). «Атлантическое многодесятилетнее колебание и его связь с осадками и речными стоками в континентальной части США» Geophys. Рез. Летт . 28 (10): 2077–2080. Бибкод : 2001GeoRL..28.2077E. CiteSeerX 10.1.1.594.1411 . дои : 10.1029/2000GL012745. S2CID 53534572.
Гольденберг, С.Б. (2001). «Недавнее увеличение активности ураганов в Атлантике: причины и последствия». Наука . 293 (5529): 474–479. Бибкод : 2001Sci...293..474G. дои : 10.1126/science.1060040. PMID 11463911. S2CID 29147811.
Грей, СТ (2004). «Реконструкция Атлантического многодесятилетнего колебания на основе годичных колец с 1567 года нашей эры» Geophys. Рез. Летт . 31 (12): L12205. Бибкод : 2004GeoRL..3112205G. дои : 10.1029/2004GL019932 .
Керр, Р.А. (2000). «Кардисмекер климата Северной Атлантики на протяжении веков». Наука . 288 (5473): 1984–1986. дои : 10.1126/science.288.5473.1984. PMID 17835110. S2CID 21968248.
Керр, Р.А. (2005). «Кульминатор атлантического климата на протяжении тысячелетий прошлого и десятилетий спустя?». Наука . 309 (5731): 41–43. дои : 10.1126/science.309.5731.41. PMID 15994503. S2CID 40555628.
Маккейб, Дж.Дж.; Палецкий, Массачусетс; Бетанкур, JL (2004). «Влияние Тихого и Атлантического океана на частоту многодесятилетних засух в Соединенных Штатах». ПНАС . 101 (12): 4136–4141. Бибкод : 2004PNAS..101.4136M. дои : 10.1073/pnas.0306738101 . ПМЦ 384707 . ПМИД 15016919.
Саттон, RT; Ходсон, Л.Р. (2005). «Атлантическое воздействие на летний климат Северной Америки и Европы». Наука . 309 (5731): 115–118. Бибкод : 2005Sci...309..115S. дои : 10.1126/science.1109496. PMID 15994552. S2CID 19372166.
Тигаварапу, РСВ; Голи, А.; Обейсекера, Дж. (2013). «Влияние атлантических многодесятилетних колебаний на региональные экстремальные осадки». Журнал гидрологии . 495 : 74–93. Бибкод : 2013JHyd..495...74T. doi :10.1016/j.jгидрол.2013.05.003.
Голи, Аниш; Тигаварапу, Рамеш С.В. (2014). «Индивидуальное и совместное влияние АМО и ЭНСО на региональные характеристики осадков и экстремальные явления». Исследования водных ресурсов . 50 (6): 4686–4709. Бибкод : 2014WRR....50.4686G. дои : 10.1002/2013WR014540 .
Внешние ссылки
Викискладе есть медиафайлы, связанные с атлантическим многодесятилетним колебанием .