stringtranslate.com

Атлантическое многодесятилетнее колебание

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. Также ведется 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] , как рассказал Манн, 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. Это удаление тренда предназначено для исключения из анализа влияния 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 ТПО . 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 единой 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] Характер осадков затрагивается в северо-восточной части Бразилии и африканском Сахеле. 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]

Климатические модели предполагают, что теплая фаза АМО усиливает летние дожди над Индией и Сахелем , а также активность тропических циклонов в Северной Атлантике . [22] Палеоклиматологические исследования подтвердили эту закономерность — увеличение количества осадков в теплой фазе АМО и уменьшение в холодной фазе — для Сахеля за последние 3000 лет. [23]

Связь с ураганами в Атлантике

Активность тропических циклонов в Северной Атлантике согласно Индексу накопленной энергии циклонов , 1950–2015 гг. Глобальный график ACE можно посмотреть по этой ссылке [ мертвая ссылка ]. Архивировано 2 ноября 2018 г. на Wayback Machine .

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 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 некоторую 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 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 детерминированном 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 приполярном круговороте , теплые температуры в субтропиках и прохладные аномалии над тропиками.Трипольный характер аномалий увеличил субполярный и субтропический меридиональный градиент в ТПО, которые не представлены значением индекса АМО, но которые могут привести к увеличению атмосферных 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 отсутствовало колебательное поведение 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 своем 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

  1. ^ «Многодесятилетние изменения климата». Лаборатория геофизической гидродинамики.
  2. ^ 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.
  3. ^ 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.
  4. ^ 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. 
  5. ^ 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.
  6. ^ 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.
  7. ^ 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.
  8. ^ 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 . 
  9. ^ 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 .
  10. ^ 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 .
  11. ^ 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.
  12. ^ «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.
  13. ^ 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 .
  14. ^ 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 .
  15. ^ Юань, Т.; Л. Ореопулос; М. Залинка; Х. Ю; Дж. Р. Норрис; М. Чин; С. Платник; К. Мейер (2016). «Положительная обратная связь с низкой облачностью и пылью усиливает многодесятилетние колебания в тропической Северной Атлантике». Письма о геофизических исследованиях . 43 (3): 1349–1356. Бибкод : 2016GeoRL..43.1349Y. дои : 10.1002/2016GL067679 . ПМК 7430503 . PMID  32818003. S2CID  130079254. 
  16. ^ 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. 
  17. ^ Гош, Рохит; Мюллер, Вольфганг А.; Бэр, Джоанна; Бадер, Юрген (28 июля 2016 г.). «Воздействие наблюдаемых многодесятилетних изменений в Северной Атлантике 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.
  18. ^ 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.
  19. ^ 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.
  20. ^ 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.
  21. ^ ab «Часто задаваемые вопросы Национального управления океанических и атмосферных исследований об атлантическом многодесятилетнем колебании». Архивировано из оригинала 26 ноября 2005 г.
  22. ^ 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.
  23. ^ 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. 
  24. ^ 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 .
  25. ^ 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.
  26. ^ 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.
  27. ^ «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 )
  28. ^ 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.
  29. ^ 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. 
  30. ^ Манн, Майкл. «Взлет и падение «Атлантического многодесятилетнего колебания»». michaelmann.net . Проверено 14 сентября 2023 г.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с атлантическим многодесятилетним колебанием .