Sacharos ekologiškumas slopino enso aktyvumą holoceno viduryje gamtos komunikacijos

Sacharos ekologiškumas slopino enso aktyvumą holoceno viduryje gamtos komunikacijos

Anonim

Dalykai

  • Atmosferos dinamika
  • Paleoklimitas
  • Fizinė okeanografija

Anotacija

El Niño-Pietinio svyravimo (ENSO) raida holoceno metu išlieka neaiški. Visų pirma, daugybė naujų paleoklimatinių įrašų rodo, kad ENSO vidinis kintamumas ar kiti išoriniai jėgos galėjo nuvertinti gana kuklų ENSO atsaką į prieštaringus insoliacijos pokyčius, imituojamus klimato modeliuose. Čia, naudodamiesi visiškai sujungtais vandenyno ir atmosferos modelio modeliavimais, parodome, kad vegetatyvinės ir mažiau dulkėtos Sacharos vidurio holoceno vidurkis, palyginti su priešindustriniu klimatu, gali sumažinti ENSO kintamumą 25%, daugiau nei dvigubai mažiau, nei gaunant naudojant vien tik orbitą. Mes nustatome tropinio Atlanto vidurkio būklės pokyčius ir kintamumą, kurį sukelia momentinis Vakarų Afrikos musono (WAM) sustiprėjimas, kaip kritinius veiksnius, stiprinančius ENSO atsaką į insoliacijos jėgas, keičiant Walkerio cirkuliaciją. Taigi mūsų rezultatai rodo, kad galimi WAM pokyčiai dėl antropogeninio atšilimo gali turėti įtakos ENSO kintamumui ir ateityje.

Įvadas

„El Niño-Southern Oscillation“ (ENSO) sistema yra pagrindinis tropinio klimato kintamumo komponentas ir žinoma, kad ji daro įtaką klimatui visame pasaulyje 1 . Tiek stebėjimai, tiek klimato modelio modeliavimas rodo, kad ENSO elgesys ilgainiui gali pasikeisti, atsižvelgiant į dabartinę pasaulinio atšilimo tendenciją 2, 3, 4, 5, 6 . Todėl labai svarbu suprasti buvusio ENSO kintamumo pobūdį ir priežastis, kad būtų apriboti galimi pokyčiai ateityje. Paleoklimito archyvai, tokie kaip jūrinių 7 ir ežerų 8 nuosėdų įrašai, foraminifera 9 iš Ramiojo vandenyno rytinės pusiaujo dalies, laminuotų ežerų nuosėdos Ekvadore 10, 11 ir iškastiniai koralai 12, 13 iš vakarų pusiaujo Ramiojo vandenyno, rodo, kad ENSO kintamumas galėjo būti sumažintas 30–60 % (žr. 12, 14, 15) per holoceno vidurį (MH, – 4–7 000 metų BP), palyginti su vėlyvojo holoceno (0–2 000 metų BP) (1 pav.). Keli tyrimai rodo, kad tokius holoceno ENSO charakteristikų pokyčius sukėlė žemės orbitos parametrų pokyčiai 15, 16 (1 ir 2 papildomos pastabos). Tačiau naujausi tyrimai, kuriuose naudojami iš pusiaujo esančio Ramiojo vandenyno iškastiniai koralai ir moliuskų apvalkalai 17, 18, rodo, kad tropinio Ramiojo vandenyno klimatas taip pat išgyveno ramybės laikotarpius visame holocene, kurie nebuvo tiesiogiai susiję su orbitos privertimu. Šie nauji tyrimai pabrėžia ENSO elgesio sudėtingumą ir galimybę, kad kiti išoriniai ar vidiniai jėgos gali paveikti ENSO reagavimo į insoliacijos pokyčius pobūdį.

Image

a ) Tarpinių archyvų su rekonstruotais klimato pokyčiais tarp holoceno vidurio (5500–60000 metų BP) ir vėlyvojo holoceno / šiuolaikinio klimato (0–2 000 metų BP) vietos, kaip nustatyta sintezėje, pateiktoje 1 ir 2 papildomose lentelėse. šešėliavimas žymi priešindustrinio klimato metinį klimatologinį vidurkį, kurį modeliuoja EB žemė. Nuosėdų raudonos spalvos intensyvumo b pokytis 11 ; c ) smėlio koncentracija (grūdų koncentracija) El Junco ežere 8 ; d ) V21–30 šerdies atskirų G. ruber foraminifera δ 18 O (nuoroda 9); e ) ir koralų δ 18 O tarpšventinis dispersija nuo Ramiojo vandenyno centrinės dalies 17, 74 . Žaliasis atspalvis rodo Žaliosios Sacharos laikotarpio, pasibaigusio Shanahan ir kt ., Pabaigą. 34 .

Visas dydis

Daugelio šiuolaikinių MH modelių (kurių orbitalinė insoliacija siekia 6000 metų BP) modeliavimas rodo tik nedidelį ENSO dispersijos sumažėjimą, palyginti su priešindustrinėmis sąlygomis, maždaug 5–15% (nuoroda 19), nukrenta toli. neužtenka užfiksuoti visą holoceno ENSO pokyčius - 30–60%, parodyti paleoklimatiniuose įrašuose. Šio tarpinio serverio modelio neatitikimo priežastys vis dar nėra aiškios.

Dauguma MH klimato modeliavimų atliekama naudojant Paleoclimate Modeling Intercomparison Project Phase / Coupled Model Intercomparison Project (PMIP / CMIP) protokolą, kuriame daroma prielaida, kad priešindustrinė augalijos danga ir dulkių koncentracijos yra 20 . PMIP / CMIP dizainas buvo imtasi daugiausia tam, kad būtų išbandyti modelio atsakai į pokyčius verčiant veržlumą ir insoliacijos sezoniškumą. Tačiau pagal įgaliojimus gauti įrodymai parodė, kad MH metu, palyginti su ikindustriniu laikotarpiu, pasaulinė augmenija ir dulkės smarkiai skyrėsi. Pvz., Dėl drėgnesnių klimato sąlygų MH 21, 22, 23 metu augalijos danga labai išsiplėtė Sacharoje, o Sacharos dulkių išmetimas buvo drastiškai sumažėjęs - 24, 25 . Nors kai kurie modeliavimo tyrimai, pavyzdžiui, (26, 27), apima interaktyvias augmenijos schemas, tačiau jie neatkuria įgaliotųjų duomenų siūlomo vegetacijos išplėtimo masto, todėl didžioji Sacharos dalis yra sausringi. Naujausios modeliavimo pastangos parodė, kad reikia atsižvelgti ne tik į platesnį Sacharos ekologiškumą, bet ir įtraukti į tai susijusį dulkių išmetimo sumažinimą, kad būtų tinkamiau imituoti Vakarų Afrikos musono (WAM) 28 stiprėjimą per MH. ir jo nuotoliniai ryšiai toli 29, 30, 31 . Įdomu tai, kad pagal kai kuriuos tarpinius archyvus ENSO erdvinių ir laiko savybių pokyčiai galėjo įvykti apytiksliai sinchroniškai su Žaliosios Sacharos laikotarpio pabaiga apytiksliai. 3500–500 m . BP 25, 32, 33, 34 (1b – d pav.).

Čia mes tiriame Sacharos ekologiškumo ir sumažėjusio dulkių išmetimo, kurie nėra tinkamai parodyti dabartiniuose modeliuose, įtaką ir galimą WAM stiprumo ir ENSO aktyvumo nuotolinį ryšį. Mūsų rezultatai rodo, kad WAM sustiprėjimas, susijęs su Sacharos ekologiškumu, keičia tropinio Atlanto vandenyno vidurkį ir jo kintamumą, o tai savo ruožtu daro įtaką ENSO veiklai keičiant Walkerio cirkuliaciją. Todėl augalijos ir dulkių grįžtamasis ryšys yra svarbūs veiksniai, stiprinantys ENSO atsaką į priverstinį insoliaciją.

Rezultatai

Mažesnis ENSO kintamumas, padidintas Sacharos ekologiškumas

Mes išanalizuojame idealizuoto klimato modelio modeliavimo rinkinį, kuriame keičiama nustatyta Sacharos augmenija ir dulkių koncentracijos, kad ištirtume iki šiol neištirtą Sacharos želdynų poveikį ENSO erdvės ir laiko charakteristikoms MH metu. Pagrindinis mūsų tikslas yra geriau suprasti galimo ENSO elgesio pokyčių MH metu mechanizmus, tiriant telekomunikacijas tarp pusiaujo Atlanto ir Ramiojo vandenyno, kuriems įtakos galėjo turėti Sacharos augmenijos pokyčiai ir dulkių išmetimas.

Kaip išeities tašką mes laikome priešindustrinį klimatą (PI), kurį modeliuoja visiškai susietas klimato modelis (EC-Earth 3.1 versija (nuoroda 35)). Tada buvo atliktas kitas eksperimentas (MH PMIP ), siekiant modeliuoti MH klimatą, naudojant insoliaciją ir šiltnamio efektą sukeliančių dujų ribines sąlygas pagal PMIP3 / CMIP5 protokolą. Mes taip pat atsižvelgiame į du papildomus MH eksperimentus, kuriuose Sacharos žemės danga yra nustatyta krūmas (MH GS ), o dulkių koncentracija (MH GS + RD ) sumažėja net 80% (1 lentelė, 1 pav. Ir papildomas 1 pav. Pausata ir kt ., 28 ). Kiekviename eksperimente analizuojame 200 metų integraciją po atskyrimo (žr. Skyrių „Metodai“).

Pilno dydžio lentelė

MH PMIP modeliavimas rodo reikšmingą ENSO kintamumo sumažėjimą maždaug 10% (1 lentelė ir 2d pav.), Kas atitinka daugumą MH PMIP eksperimentų 36, kuriuose atsižvelgiama tik į insoliacijos prievartą. El Niño įvykių didžiausio dažnio laikas taip pat keičiamas mūsų MH PMIP eksperimente, palyginti su PI (3a pav.), Parodantis kelių mėnesių sezoniškumo pokytį žiemos pabaigoje / pavasario pradžioje, suderinant su ankstesniais tyrimais 37 . Kai augalija užliejama Sacharoje, ENSO kintamumas slopinamas maždaug 23%, o El Niño įvykių trukmė sumažėja maždaug 20%. Kai dulkių koncentracija taip pat sumažėja po vegetatyvinės Sacharos (MH GS + RD ), modelis imituoja tolesnį ENSO kintamumo sumažėjimą iki maždaug 25%, palyginti su PI (1 lentelė ir 2f pav.), Ir beveik 50% ilgio slopinimą. El Niño įvykių (3a pav.), palyginti su PI eksperimentu. Šie rezultatai rodo, kad Sacharos ekologiškumas yra svarbus veikėjas, darantis įtaką ENSO veiklai, be saulės insoliacijos pokyčių.

Image

a ) kiekvieno mėnesio klimatologinio SST standartinio nuokrypio išilginis pjūvis pusiaujo Atlante (3 ° S – 3 ° N) ir b ) Ramiajame vandenyne (5 ° S – 5 ° N) kiekvieną mėnesį; ir c, d ) SST standartinio nuokrypio pokyčius MH PMIP ir ( e, f ) MH GS + RD eksperimentus dviejuose regionuose. Iškrautos teritorijos atspindi regionus, kuriuose pokyčiai nėra reikšmingi esant 95% pasikliovimo lygiui, įvertintam naudojant dvipusį t- testą.

Visas dydis

Image

a ) Niño 3.4 indekso kompozicija apie vidutinį El Niño išsivystymą ir skilimą ikipramoniniame (PI), MH PMIP (tik orbitos pokyčiai), MH GS (orbitos ir augmenijos pokyčiai) ir MH GS + RD (orbitos, augmenijos ir dulkių pokyčiai) ). Šešėliai rodo standartinę vidurkio paklaidą. Statistinis pokyčių reikšmingumas buvo papildomai patikrintas naudojant „bootstrap“ metodą, naudojant išplėstinę PI imitaciją - 575 metai (papildomas 9 pav.); ( b ) Bendras Bjerknes teigiamų atsiliepimų indeksas (BPF) ir kiekvienas atskiras komponentas (Thermocline - TH, Upwelling - UP ir Zonal Advection - ZA feedback) kiekvienam eksperimentui. Bendras BPF ir santykinė etaloninė vidurkio paklaida yra: ± ± 0, 2 metai −1 PI; 2, 65 ± 0, 09 metų −1 MH PMIP ; ir 2, 5 ± 0, 2 metų −1 tiek MH GS, tiek MH GS + RD eksperimentams. Vidutinė standartinė paklaida buvo apskaičiuota atliekant BPF 30 ir 10 metų žingsnių stumdomiems langams.

Visas dydis

„Walker“ cirkuliacijos pokyčiai susilpnina ENSO kintamumą

Atmosferos cirkuliacijos pokyčiai mūsų MH modeliavimuose daro įtaką Walkerio cirkuliacijos stiprumui ir padėčiai (4 pav.), Sukeldami konvergencijos ir divergencijos maksimumų poslinkį į vakarus. Visų pirma per centrinę ir rytinę Ramiojo vandenyno dalis per visus MH modeliavimus išsivysto anomali skirtinga srovė, kuri MH GS + RD ir MH GS yra stipresnė nei MH PMIP modeliavimas (plg. 4a – c ir 5a pav. e, i). Skirtingi srautai sustiprina rytų vėjus vakarų pusiaujo Ramiajame vandenyne, bet silpnina juos rytinėje Ramiojo vandenyno dalyje MH modeliavimuose, palyginti su PI. Dėl silpnesnių rytų Ramiojo vandenyno prekybos vietų vasaros metu sumažėja aukštaūgiai ir rugpjūčio – lapkričio mėnesiais gilesnė termoklinija (5b pav., F, l) tame regione. Tuo tarpu stipresni sandoriai centrinėje-vakarinėje baseino dalyje sukelia termoklino išsiskyrimą centrinėje Ramiojo vandenyno dalyje vasarą ir su tuo susijusios šaltos anomalijos keliauja į rytus (Kelvino banga), žiemą pasiekdamos Ramiojo vandenyno rytus (5b, f pav., l). Todėl žiemą La Niña sąlygos laikinai susiformuoja pusiaujo Ramiajame vandenyne. Vakarinė banga (Rossby banga), kurią vasarą sužadina stipresni prekybai Ramiojo vandenyno vakarinėje dalyje, sukelia gilėjančias termoklinų anomalijas į vakarus, kurios vėliau atsispindi kaip Kelvino banga (5c pav., G, m). Kelvino banga skatina pagilėjusios termoklininės anomalijos paplitimą vakarų Ramiajame vandenyne vasaros pabaigoje ir rytinėje baseino pusėje pasiekia kitą pavasarį (5b pav., F, l). Todėl MH simuliacijose, palyginti su PI, nuo ankstesnio pavasario iki vėlyvo kritimo termoklinas rytinėje Ramiojo vandenyno dalyje galutinai sustiprėjo. Sumažėjęs pakilimas ir gilesnė termoklinija (mažesnė temperatūros stratifikacija) rytinėje Ramiojo vandenyno dalyje silpnina termoklino ir aukštyn kylančių teigiamų atsiliepimų mechanizmus. Tai yra pagrindiniai veiksniai, slopinantys ENSO kintamumą sumažinant grįžtamąjį vandenyno atmosferos kiekį (Bjerkneso grįžtamasis ryšys) MH eksperimentuose, palyginti su PI modeliavimu.

Image

Walkerio cirkuliacijos PI klimatologinio zoninio srauto funkcija (kontūrai: 0, 2 × 10 11 Kg s –1 intervalas nuo –1, 4 iki 1, 4 × 10 11 kg s –1 ; 0 linija paryškinta) ir susiję pokyčiai (šešėliai) kiekviename MH eksperimente ( a - c ) PI atžvilgiu.

Visas dydis

Image

( a - c ) Klimatoologinio vėjo vėjo streso trukmės ilgumos ir ilgumos pokyčiai kas mėnesį į rytus, ( d - f ) termoklino gylis, užfiksuotas 20 ° C izoterma, ( g - i ) paviršiaus vandenyno srovės greitis ir ( j - l ) stratifikacija. (SST – T 50 m gylyje) tarp PI ir kiekvieno MH eksperimento. Visų laukų vidurkis yra tarp 5 ° S ir 5 ° N. Išperinti plotai nurodo regionus, kuriuose pokyčiai nėra reikšmingi esant 95% pasikliovimo lygiui, įvertintam naudojant dvipusį t- testą.

Visas dydis

Norėdami dar labiau įvertinti vandenyno ir atmosferos jungties stiprumo pokyčius, kurie daro įtaką ENSO kintamumui MH eksperimentuose, mes apskaičiuojame tris pagrindinius teigiamus grįžtamuosius ryšius, nustatytus šioje jungtyje, ir apibrėžiame Bjerknes teigiamų atsiliepimų (BPF) indeksą kaip šių trijų sumą. komponentai (žr. skyrių „Metodai“). Vandenyno ir atmosferos jungimosi stiprumą daugiausia lemia zonos vėjo anomalijos, kurią sukelia jūros paviršiaus temperatūros anomalijos, dydis ir tai, kiek jo impulsų perkeliama kaip stresas į viršutinį vandenyno sluoksnį. Tada abu moduliuoti pagal duotą vandenyno vidutinę būseną, visų pirma, pakilimo greitį, stratifikaciją ir zoninį SST nuolydį.

Atliekant MH modeliavimą, sumažėja tiek ENSO amplitudė (2d ir 3a pav.), Tiek BPF indeksas (3b pav.), Palyginti su PI, atsižvelgiant į viršutinės vandenyno vidurkio būsenos pokyčius, parodytus 5 pav. BPF indekso analizė patvirtina, kad sumažėjusį ENSO kintamumą pirmiausia lemia sumažėjęs termoklinų grįžtamasis ryšys, o vidutinis grįžtamojo ryšio poveikis yra vidutiniškas (3b pav.). MH GS ir MH GS + RD eksperimentai rodo didesnį BPF sumažėjimą (abiem atvejais po 17%) nei MH PMIP modeliavimą (11%), palyginti su PI (3b pav.), O tai atitinka stipresnį skirtingą srautą centrinėje - rytinėje Ramiojo vandenyno dalyje, didesnės termoklininių anomalijų ir silpnesnės nuotaikos rodomos vasarą (plg. 5b, f, l pav.).

BPH sumažėjimas mūsų MH PMIP modeliavime yra toks pat, kaip ir ankstesniame modeliavimo tyrime, atliktame su Bendrijos klimato sistemos modeliu, kuriame BPF buvo aiškiai apskaičiuotas (sumažėjimas 11%) 15 . Pavyzdžiui, daugumoje ankstesnių modeliavimo tyrimų (žr. 19, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43), tiriant ENSO kintamumo pokyčius MH, nebuvo pateiktas tiesioginis BPF pokyčių įvertinimas, bet parodė vandenyno ir atmosferos cirkuliacijos pokyčius, labai panašius į tuos, kuriuos matėme mūsų MH PMIP modeliavime. Atmosferos cirkuliacijos pokyčiai, dėl kurių padidėja ENSO stabilumas, buvo susiję su orbitos sukeltu Pietų Azijos musono 38, 40 sustiprėjimu . Kiti tyrimai atkreipė dėmesį, kad ENSO dispersijos sumažėjimą MH lemia tropinio Ramiojo vandenyno būklės pokyčiai (asimetrinė vakarų – rytų temperatūros reakcija 16 arba sumažėjęs vandens garų grįžtamasis ryšys 43 ), kaip tiesioginė reakcija į orbitos jėgas. Tačiau mūsų MH GS + RD eksperimentas rodo, kad dulkių sumažinimas padidina trumpabangių bangų spinduliuotę paviršiaus virš rytinės pusiaujo Ramiojo vandenyno dalyje (papildomas 1c, d pav.) Ir, galbūt, ten sušildo SST (papildomas 2 pav.). Tada tai turėtų sumažinti rytų – vakarų pusiaujo Ramiojo vandenyno temperatūros gradientą MH GS + RD, palyginti su MH GS . Pagal Clement ir kt . Pasiūlytą mechanizmą. 16 pav ., Orbitos privertimas turėtų skatinti stipresnį atmosferos atsaką - didesnį įkaitimą - vakaruose nei rytinėje pusiaujo Ramiojo vandenyno dalyje. Todėl sumažėjęs rytų – vakarų temperatūros gradientas, atsirandantis dėl dulkių sumažėjimo sukelto atšilimo rytinėje Ramiojo vandenyno dalyje MH GS + RD, turėtų sukelti padidintą, o ne sumažėjusį ENSO dispersiją, palyginti su MH GS . Panašu, kad mūsų jautrumo eksperimentai teikia pirmenybę dinaminiam, o ne tiesioginiam radiacijos efektui, aiškindami skirtumą tarp MH GS + RD ir MH GS eksperimentų: MH GS modeliavimas jau rodo didelius pusiaujo Ramiojo vandenyno SST pokyčius, kur nekinta radiacijos jėgos pokyčiai. atsižvelgiant į MH PMIP atsiranda (papildomas 2 pav.). MH GS, palyginti su MH PMIP eksperimentu, pastebimas Walkerio cirkuliacijos sustiprėjimas ir pasislinkimas į vakarus (4a, b pav.). Mūsų rezultatai iš tikrųjų pabrėžia, kad Walkerio cirkuliacijos anomalijos, vėjo stresas, termoklinas, vandenyno srovės greitis ir temperatūros stratifikacija yra kažkaip proporcingos WAM stiprumui (5 pav.; PI) PMIP GS GS + RD), teigdamas, kad slopinant MH ENSO kintamumą gali būti svarbus kitas nei manyta anksčiau mechanizmas. Tai taip pat pabrėžia glaudų klimatologinio WAM intensyvumo, Walkerio cirkuliacijos stiprumo ir padėties bei ENSO aktyvumo ryšį.

Pusiaujo Atlanto vandenyno pokyčiai keičia Walkerio cirkuliaciją

Pagrindinis klausimas, iškylantis dėl ankstesnių rezultatų, yra tai, kaip Sacharos ekologiškumas ir su tuo susijęs WAM sustiprėjimas gali paveikti MH ENSO veiklą. Norėdami atsakyti į šį klausimą, kreipiame dėmesį į pusiaujo Atlanto vandenyną. Pusiaujo Atlanto SST kintamumui taip pat būdingas kvazperiodinis tarp metų klimato modelis, panašus į Ramiojo vandenyno El Niño, kuris vadinamas Atlanto Niño; tačiau Atlanto Niño viršūnės Šiaurės pusrutulio vasaros sezono metu, liepos – spalio mėn. (JASO), o ne žiemą.

Mūsų modelis rodo padidėjusį SST sezoninį ciklą su atšilimu nuo vasaros pabaigos iki žiemos pabaigos / pavasario pradžios. Atrodo, kad atšilimo stiprumas yra susijęs su WAM intensyvumu (papildomas 2 pav.). JASO rytų – vakarų temperatūros gradientas sumažėjo atitinkamai 97%, 250% ir 225% MH PMIP, MH GS ir MH GS + RD (1 lentelė). Kartu su Atlanto SST sezoniškumo pokyčiais MH simuliacijose imituojamas didesnis Atlanto Niño kintamumo slopinimas (1 lentelė), kuris taip pat susijęs su WAM stiprinimu (papildomas 3 pav.): Atlanto Niño kintamumo sumažėjimas. eina nuo 17% MH PMIP, iki 37% MH GS, iki 46% MH GS + RD eksperimente (1 lentelė).

Mūsų simuliacijose WAM intensyvinimas vėlyvą pavasarį ir vasarą kartu su susijusiomis vėjo anomalijomis (papildomas 3 pav.) Sumažina atsikvėpimą Gvinėjos įlankoje, sukeldamas vidutinį SST būsenos atšilimą JASO metu (Atlanto Niño atsakas; Papildomas 2 ir 4 pav.).

Ankstyvasis WAM atsiradimas MH modeliavime (vėlyvas pavasaris, papildomas 3 pav.) Kartu su atogrąžų konvergencijos zonos (ITCZ) poslinkiu į šiaurę išstumia maksimalaus vėjo variacijos regioną į šiaurę nuo pusiaujo (papildomos fig. 5 ir 6 bei 3 papildomą pastabą). Dėl to sumažėjęs paviršiaus vėjo kintamumas vakarinėje pusiaujo Atlanto dalyje vėlyvą pavasarį ir vasarą sumažina SST kintamumą rytinėje baseino pusėje JASO (1 lentelė ir 2 pav.), O tai reikšmingai koreliuoja su zonų paviršiaus vėjo kintamumu vakaruose Atlanto vandenynas pavasario metu tiek stebint 44 ( R = ∼ 0, 5), tiek pagal mūsų modelį ( R = ∼ 0, 4 PI modeliavimui). Čia aprašyti pokyčiai yra didesni MH GS + RD nei MH GS ir MH PMIP eksperimentuose (2 pav. Ir papildomi 5 ir 6 pav.), Atspindintys WAM stiprumą.

Atlanto Niño atsakas ir sumažėjęs jo kintamumas greičiausiai gali paveikti ENSO erdvės ir laiko savybes keičiantis Walkerio cirkuliacijos stiprumui ir jo kylančių bei besileidžiančių šakų padėčiai, kaip parodyta šiuolaikinių Atlanto Niño įvykių metu 45, 46 . Walkerio cirkuliacijos pokyčiai mūsų MH modeliavime iš tiesų yra nepaprastai panašūs į tuos, kurie parodyti Atlanto Niño įvykių metu šiomis sąlygomis (plg. 4 pav. Ir 1c pav. Li ir kt . 46 ). Rodríguez-Fonseca ir kt . 45 parodė, kad Atlanto Niños vasara sustiprina Walker cirkuliaciją su intensyvesne žemėjančia šaka virš Ramiojo vandenyno centrinės dalies, o tai palankios La Niña sąlygoms sekančią žiemą, kaip matyti iš mūsų MH modeliavimo. Martín-Rey ir kt . 47 taip pat parodė, kad sumažėjęs SST kintamumas pusiaujo Atlante gali sumažinti ENSO amplitudę. Naudodamiesi sujungtu vandenyno ir atmosferos modeliu, Martín-Rey ir kt . 47 parodė, kad nustatant ir nustatant atogrąžų Atlanto SST pagal stebimą mėnesio klimatologiją, ENSO kintamumas yra mažesnis nei tada, kai SST interaktyviai imituojami abiejuose baseinuose. Tai dar labiau sustiprina ryšį tarp Atlanto ir Ramiojo vandenyno SST kintamumo, kuris atitinka mūsų tyrimo rezultatus.

Norėdami įvertinti, ar Atlanto Niño gali paveikti Walkerio cirkuliaciją mūsų modelyje ir dėl to sukelti ENSO erdvinių ir laiko charakteristikų pokyčių MH simuliacijose priežastis, atlikome Walkerio cirkuliacijos anomalijų, susijusių su Atlanto Niño, sudėtinę dalį. fazė PI modeliavime (6 pav.). Analizė rodo grynąjį Walkerio cirkuliacijos pokytį vakarų kryptimi, susijusį su teigiamomis Atlanto Niño fazėmis, kuris iš esmės primena poslinkį, kurį matė MH modeliavimas, ypač per vakarinę ir centrinę Ramiojo vandenyno bei vakarinę Atlanto dalį. Virš rytinės pusiaujo Atlanto kompozicija rodo ryškų PI modeliavimo konvekcijos sustiprėjimą, kuris suderinamas su padidėjusiais krituliais per Gvinėjos įlanką teigiamų Atlanto Niños metu (papildomas 7 pav.). Atliekant MH modeliavimą, toks konvekcijos padidėjimas per vakarinę pusiaujo Atlanto vandenyną yra daug silpnesnis ir sekliau (plg. 4 ir 6 pav.), Nes lietaus diržas gerai matosi į Sahelio / Sacharos regioną ir dėl to išdžiūvo per Persijos įlanką. Gvinėja (papildomas 3 pav.). Santykinis kritulių sumažėjimas per Gvinėjos įlanką, susijęs su WAM išsiplėtimu į šiaurę ir rytinės pusiaujo Atlanto vandenyno atšilimo atšilimu, atitinka 48, 49 įgaliojimo įrodymus (1a pav.).

Image

Walkerio cirkuliacijos PI klimatologinio zoninio srauto funkcija (kontūrai: 0, 2 × 10 11 Kg s –1 intervale nuo –1, 4 iki 1, 4 × 10 11 Kg s –1 ; 0 linija paryškinta) periodu nuo birželio iki spalio ir jo sudėtinės anomalijos ( teigiamas minusas neigiamas), susijęs su Atlanto Niño faze. Apskaičiuotas zoninės srauto funkcijos kompozicija, įskaitant anomalijas, susijusias su Atlanto Niño ir Niña įvykiais, viršijančiais 1, 5 sd (0, 69 ° C).

Visas dydis

Kaip paskutinis bandymas dar labiau patvirtinti, kad Atlanto Niño atsaką sukelia atmosferos cirkuliacijos pokyčiai (tai yra ne tiesioginis atsakas į insoliaciją) ir yra svarbus ENSO veiklos pokyčių veikėjas, mes atliekame papildomą modeliavimą, identišką MH. GS + RD, tačiau su šiuolaikinių insoliacijos verčia (PI GS + RD ). Tai darydami išskiriame Sacharos ekologiškumo ir dulkių mažinimo poveikį. Mūsų rezultatai rodo panašius, nors ir silpnesnius, SST ir kritulių pokyčius, kaip matyti iš MH GS + RD eksperimentų (plg. 7a, b pav. Ir papildomus 2f ir 3f pav.): Stipresnis WAM išsivysto per Šiaurės Afriką ir Atlanto vandenyną. Yra Niño sąlygos (7a, b pav.). Walkerio cirkuliacija pasislenka į vakarus (7c pav.), O „La Niña“ reakcija vystosi žiemą (papildomas 8 pav.). Lyginamasis Atlanto temperatūros gradientas, palyginti su PI eksperimentu, sumažėja 140%. Galiausiai, PI GS + RD modeliavimas taip pat rodo, kad Atlanto Niño indekso standartinis nuokrypis yra sumažėjęs maždaug. 40%, o Niño 3.4 indeksas apytiksliai lygus 13%. Šis papildomas eksperimentas padeda atskirti Sacharos augmenijos ir dulkių sumažinimo padarinius nuo insoliacijos poveikio, pabrėždamas santykinę Sacharos ekologiškumo įtaką ENSO veiklai. Mūsų rezultatai rodo, kad kintamumo pusiaujo Atlanto SST šaltiniai yra išorinio triukšmo jėgos šaltiniai, kurie tiesiogiai veikia kintamumą ENSO regione, o vidutinės būklės pokyčiai (Atlanto Niño anomalija) daro įtaką ENSO stabilumui per Walkerio cirkuliacijos pokyčius. Todėl jie sąveikauja ir trukdo ENSO veiklai. Mūsų eksperimentai rodo, kad ENSO kintamumas iš tikrųjų pasiekia mažiausią MH GS + RD reikšmę, kai Atlanto Niño kintamumas yra minimalus, o ekvatorinis Atlanto temperatūros gradientas yra stipriai sumažėjęs, palyginti su PI. Tačiau ENSO aktyvumas MH GS + RD yra tik 2% mažesnis nei MH GS eksperimente - nors ir pastebimas Atlanto Niño kintamumo skirtumas (9% skirtumas, 1 lentelė). Tai greičiausiai todėl, kad ekvatorinis Atlanto temperatūros gradientas MH GS + RD yra mažiau sumažintas nei MH GS eksperimente (25%), todėl iš dalies neutralizuoja Atlanto Niño kintamumo sumažėjimą (1 lentelė). MH GS + RD temperatūros gradiento padidėjimas, palyginti su MH GS, greičiausiai atsiranda dėl sumažėjusio dulkių išmetimo, kuris linkęs sušildyti vakarinėje pusiaujo Atlanto pusėje (papildomas 3e, f pav.).

Image

( a ) SST (šešėliai) ir SLP (kontūrai: 0, 25 hPa intervalas nuo –3, 5 iki 3, 5 hPa; 0 reikšmė praleista siekiant aiškumo) pokyčiai ir b ) krituliai (šešėliai) ir 10 m vėjas (vektoriai) JASO PI GS + RD imitacija PI atžvilgiu. Tam tikros reikšmės, 95% pasikliovimo lygiu įvertintos naudojant dvipusį t- testą, yra šešėlinės. c ) Walkerio cirkuliacijos PI klimatologinio zoninio srauto funkcija (kontūrai: 0, 2 × 10 11 Kg s –1 intervale nuo –1, 4 iki 1, 4 × 10 11 Kg s –1 ; 0 linija paryškinta) ir su ja susiję pokyčiai (šešėliai) PI GS + RD eksperimentas, palyginti su JASO PI.

Visas dydis

Apibendrinant galima teigti, kad WAM sustiprėjimas MH modeliavime sukelia Atlanto Niño atsaką ir sumažina pusiaujo Atlanto SST kintamumą. Šios sąlygos virš pusiaujo Atlanto sustiprina ir perkelia kylančiąją Walkerio cirkuliacijos šaką į vakarus borealine vasara, todėl padidėja centrinės pusiaujo Ramiojo vandenyno skirtumas (4, 5a, e, i ir 8 pav.). Anomalinis paviršiaus nukrypimas gilina termokriną rytuose (5b pav., F, l) ir sukelia termoklino nusidėvėjimą centrinėje baseino dalyje. Dėl sumažėjusio termoklino pagerėjimo ir gilėjimo rytinėje Ramiojo vandenyno dalyje vasarą - sezoną, kuriame vystosi El Niño - sumažėja Bjerkneso atsiliepimų stiprumas (2b pav.). Termokrininės anomalijos (negilios) centrinėje Ramiojo vandenyno dalyje vasarą keliauja į rytus, o žiemą palankesnės „La Niña“ reakcijai (8 pav.). Todėl mūsų rezultatai rodo, kad orbitalės jėgos poveikis ENSO kintamumui yra didžiąja dalimi netiesioginis ir veikia pagal savo poveikį WAM stiprumui.

Image

a ) WAM stiprumo ir ITCZ ​​vietos pokyčiai vasarą (JASO) (1) sukelia Atlanto Niño atsaką ir slopina jo kintamumą (2). Šios pusiaujo Atlanto sąlygos keičia Walkerio cirkuliaciją į vakarus, priversdamos skirtingą srautą Ramiojo vandenyno centrinėje dalyje (3). Šis srautas vėsina vakarinę Ramiojo vandenyno dalį ir sušildo rytinę Ramiojo vandenyno dalį, dėl to vakaruose termoklina yra sekli, o rytuose - gilėjanti (4) (vertikalaus profilio įdėklas). Gilinantis termoklinas ir susilpnėjęs klimatas rytinėje Ramiojo vandenyno dalyje per El Niño vystymo sezoną, sumažėja Bjerkneso atsiliepimų stiprumas (4). b ) Termoklininės anomalijos Ramiojo vandenyno centrinėje dalyje žiemą eina į rytus link Ramiojo vandenyno rytinės dalies, o klimatologinė vidutinė La Niña būklė yra žiemą (5).

Visas dydis

Modelio ir tarpinio serverio palyginimas

Atsižvelgiant į Sacharos ekologiškumą ir sumažintą dulkių išmetimą, daugiau nei dvigubai padidėjo sumodeliuotas ENSO kintamumo sumažėjimas per MH (6000 metų BP orbitos privertimas). Keletas pagrindinių Vakarų 12 ir rytų 7, 8, 9, 10, 11 Ramiojo vandenyno įrašų rodo reikšmingą kintamumo padidėjimą apytiksliai. 3500–500 metų BP, tai maždaug sutampa su 34, 50 Žaliosios Sacharos laikotarpio pabaiga (1b – d pav.). Pavyzdžiui, foraminifera 9 ir ežero 8 nuosėdų duomenys iš rytinio Ramiojo vandenyno rodo, kad ENSO kintamumas yra ankstyvojo ir viduriniojo holoceno metu (1c, d pav.), Kai Sachara buvo daugiausiai vegetuojama. Be to, abu įrašai rodo aiškų ir pastovų vėlyvojo holoceno verčių kitimo padidėjimą, pradedant maždaug nuo 4500–5 000 metų BP, o tai atitinka praneštą laipsniško Sacharos dykumėjimo laikotarpio 25, 34 laikotarpį . Tačiau naujausias kas mėnesį ar kasmet išskiriamų rekonstrukcijų, pagrįstų koralais ir moliuskais, rinkinys, atrodo, prieštarauja mūsų rezultatams 14, 17, 18 (1 pav. 1), kurie rodo, kad ENSO aktyvumas sumažėjo žaliosios Sacharos laikotarpio pabaigoje (3500). –5 500 metų BP). Tokie duomenų rinkiniai, nors ir kritiškai svarbūs holoceno ENSO tyrimui, apima tik 2000 holoceno metų (∼ 20%), o vidutinis individualių įrašų ilgis yra apie 50 metų 18 . Akivaizdu, kad ENSO raida baseino mastu holoceno metu vis dar yra labai neaiški, o norint patikimai palyginti holoceno ENSO duomenų modelį, reikia žymiai daugiau tarpinių duomenų rinkinių iš visos pusiaujo Ramiojo vandenyno. Net jei tokių duomenų būtų, labai idealizuotas mūsų modelių pobūdis gali neužfiksuoti sudėtingos tropinio Ramiojo vandenyno kintamumo evoliucijos holoceno metu. Be to, dauguma, jei ne visi, paleo-ENSO tarpiniai rodikliai atspindi regioninės hidrologijos ir temperatūros pokyčius, todėl, kad imituoti ENSO pokyčiai gali būti užtemti dėl ENSO susijusios temperatūros ir kritulių įtakos santykio pokyčių įvairiose įgaliotose vietose. .

Atsižvelgiant į SST pokyčius ir kritulių vidurkį tropiniame Ramiajame vandenyne, atrodo, kad tarpiniai archyvai patvirtina „Walker“ apyvartos pokytį į vakarus, kai kritulių kiekis padidėjo, o Vakarų Ramiojo vandenyno vakariniame šiltame baseine buvo šiltesnis SST, palyginti su šiuolaikiniu klimatu (1 pav. ). MH įgaliotinio duomenys taip pat rodo padidintą zoninį SST nuolydį per pusiaujo Ramųjį vandenyną, kai SST aušina rytinėje baseino dalyje ir atšilia vakaruose (1 pav.). Priešingai, mūsų modelis imituoja metinį grynąjį atšilimą abiejose baseino pusėse (papildomas 10 pav.). Nepaisant to, mūsų sumodeliuoti MH sezoniniai SST nuolydžiai iš tikrųjų rodo artimą tarpinių duomenų įrašų ir modeliuotų SST nuolydžių borealinę žiemą / ankstyvą pavasarį atitiktį. Gali būti, kad kai kurios proxy pagrindu sukurtos pusiaujo Ramiojo vandenyno SST rekonstrukcijos galėtų atspindėti konkrečius sezonus, o ne metines priemones, kaip siūloma ankstesniuose tyrimuose 51, 52, 53 . Pvz., Vėsesnis šiltųjų mėnesių laikotarpis ir šaltesnių mėnesių atšilimas Pusiaujo Ramiajame vandenyne per MH galėjo pakeisti ankstesnį auginimo sezoną, palyginti su šiandiena.

Pusiaujo Atlanto vandenyno du tarpiniai įrašai iš 48, 49 (1a pav.), Kuris yra jautriausias WAM stiprumo pokyčiams ir vandenyno pakilimui, rodo šiltesnį SST ankstyvojo ir viduriniojo holoceno metu, palyginti su vėlyvuoju holocenu. Centrinės pusiaujo Atlanto 54 įgaliotiniai taip pat rodo, kad žaliosios Sacharos laikotarpiu šiltesnės SST (1a pav.). Todėl MH įgaliotieji archyvai siūlo La Niña sąlygų pokyčius kartu su Atlanto Niño vidutine būsena, palyginti su šiandiena, o tai atitinka mūsų modelio rezultatus.

Diskusija

The changes in insolation during the early and middle Holocene caused a strengthening of the Indian and African Monsoon systems and the greening of both Asian and African deserts. The hyper-arid Sahara desert became a lush expanse of grass 21, 22 and mineral dust emissions were consequently very much reduced 24, 25 . Previous model studies on ENSO activity in the MH have shown a reduction of its variability around 10%, but they have focused on changes in orbital forcing alone for example 15, 37, 38, 43, ignoring modifications in vegetation and dust conditions. Sediment and foraminifera records 7, 8, 9, 10, 11 have instead suggested a larger suppression of ENSO activity (30–60%) during the MH 12, 14, 15 . In the attempt to explain the underlying causes of such changes in ENSO behaviour, previous studies have pointed either to the direct response to the orbital forcing in altering the tropical Pacific mean state 16 or to enhanced trades winds associated to stronger Asian monsoon 38, 40, 42 . Here, we propose that the changes in the WAM are instead the crucial factor for altering the Walker circulation, through changes in equatorial Atlantic SSTs (Atlantic Niño) (Fig. 8). We demonstrate the importance of Saharan vegetation and the associated decrease in airborne dust concentration in amplifying the mechanisms by which the ENSO variability is reduced in the MH PMIP simulation. The Saharan vegetation and dust reduction act as additional players in enhancing the WAM northward expansion and its associated feedbacks.

In summary, our study suggests that ENSO variability is sensitive to the strength of the WAM-a finding with implications for the study of both past and future ENSO. Recent modeling studies indeed suggest a strengthening of the WAM and less dusty Sahara in a future warmer climate 55, 56, 57, which may in turn affect ENSO activity as shown in our work. Hence, to better represent past and future ENSO response, modeling studies should include changes in Saharan vegetation and dust emissions. More continuous and high-resolution proxy records from both the Pacific and Atlantic Ocean that are able to capture both SST mean state and variance are critically needed. These proxy archives will allow for the quantification of relative contributions of forced versus internal variabiilty in ENSO and better elucidate the climatic changes that occurred in the tropics throughout the Holocene. Our study suggests that improvements in the simulation of vegetation and dust feedbacks are of paramount importance in modeling future tropical climate changes that will strongly affect the livelihoods of millions of people.

Metodai

Modelio aprašymas

We used version 3 of the climate model EC-Earth 35 to design numerical simulations of the preindustrial and the mid-holocene climates. The atmospheric model is based on the Integrated Forecast System (IFS cycle 36r4) developed by the European Centre for Medium-range Weather Forecasts, including the H-TESSEL land model. The simulation is run at T159 horizontal spectral resolution (roughly 1.125° × 1.125°) with 62 vertical levels.

The ocean model is version 3.3.1 of the Ocean General Circulation Model-NEMO 58 . It solves the primitive equations discretized on a curvilinear horizontal mesh with a horizontal resolution of about 1° × 1° and 46 vertical levels. At the surface, the model is coupled every model hour with the Louvain-la-Neuve Ice Model-LIM3 (ref. 59) that as the same horizontal resolution as NEMO. The coupling between the NEMO-LIM system and the atmospheric model IFS was carried out with the coupler OASIS3 (ref. 60).

EC-Earth has been extensively used for simulating past, historical and future climate contributing to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change 61 and to the Paleoclimate Modeling Intercomparison 62 . EC-Earth has shown good skills in representing monsoonal precipitation both temporally and spatially in present day climate 28, 62 . The tropical variability over the Pacific is well capture, however, somewhat underestimate compared to observations (Table 1 and Hazeleger et al . 35 ). The typical ENSO pattern is present in EC-Earth, but it extends too far to the west compared to observation and the ENSO return time is around ∼ 7 years (3–7 years in observations). The atmospheric aspects of ENSO are well captured in EC-Earth and the Walker circulation is correctly represented (cf. contours in Fig. 4 and Fig. 2a in Bayr et al . 63 ). EC-Earth is unable to correctly capture the SST gradient across the equatorial Atlantic, problem common to many climate models. Nevertheless, the model is able to correctly capture Atlantic Niño variability in terms of seasonality and variability (0.46 versus ∼ 0.4 in observations, Fig. 1b in Nnamchi et al . 44 ). The model is also able to simulate the correlation between the strength of surface wind in spring and summer ATL Niño 3 variability ( ∼ 0.4 versus 0.5 in observations, see Fig. 1a in Nnamchi et al . 44 ). For a detailed description of EC-Earth performance refer to Hazeleger et al . 35, 64 .

Boundary conditions for the mid-Holocene control (MH PMIP ), except for the orbital forcing and greenhouse gases, were set at preindustrial values according to the PMIP/CMIP5 protocol 20 . This includes land surface, aerosols, ice sheets, topography and coastlines. The orbital forcing was set at 6, 000 years BP values and computed internally using the method of Berger 65 . Differences in the Earth's orbit in the MH enhanced the amplitude of the seasonal cycle in Northern Hemisphere insolation by ∼ 5% compared to present day values. For the greenhouse gases we changed methane concentration from 760 ppmv PI value to 650 ppmv for MH according to PMIP3/CMIP5 protocol, and kept CO 2 and other greenhouse gases the same as PI. Vegetation cover and properties, and dust concentrations are prescribed. The dust distribution used in this study and in Pausata et al . 28 was taken from the Community Atmosphere Model (CAM) 66, which is used in the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP) phase 5. A second set of experiments is carried out in which the vegetation type over the Sahara domain (11°–33° N and 15° W–35° E) is set to shrub (MH GS ) and the PI dust amount is also reduced by up to 80% (Fig. 1 and Supplementary Fig. 1 in Pausata et al . 28 ), based on recent estimates of Saharan dust flux reduction during the MH 24, 25 (MH GS+RD ). The vegetation change corresponds to a reduction in the surface albedo from 0.3 to 0.15 and an increase in the leaf area index from 0.2 to 2.6 (mainly desert and shrub, respectively, Table 1 in ref. 28). The dust reduction leads to a decrease in the dust aerosol optical depth of almost 60% and in the global total AOD of 0.02 (Fig. 1 in Pausata et al . 28 ). The 80% dust reduction was applied over a broad area around the Sahara desert from the nearby Atlantic Ocean to the Middle East and throughout the troposphere (up to 150 hPa). A smoothing filter was used to avoid abrupt transitions in dust concentrations (Supplementary Fig. 1b, d, f in Pausata et al . 28 ). Above 150 hPa the dust reduction was more evenly applied due to the fact that aerosol particles are uniformly distributed at those elevations. The change in dust concentration and vegetation cover are not meant to provide a faithful representation of the MH conditions over the Sahara and nearby regions, since no accurate vegetation reconstruction is available at the moment. They have instead been designed to more easily disentangle the effects of land surface cover and dust loading on atmospheric circulation. The details of the boundary conditions for the sensitivity experiments are listed in Table 1. Initial conditions for the MH experiments were taken from a 700-year preindustrial spin-up run, and the simulations were then run for about 300/400 years. The climate reaches quasi-equilibrium after 100–200 years, depending on the experiment. In this paper, we focus on the equilibrium responses, and only the last 200 years of each sensitivity experiment are analysed.

NIÑO3.4 and ATL NIÑO 3 indices

The ENSO index used in this study consists of monthly mean SST anomalies spatially averaged over the Nino3.4 region (5° N–5° S and 170° W–120° W). A 5-mo running mean is applied to damp uncoupled intra-seasonal variations in SST. El Niño events are defined as the periods during which the 5-mo running mean of the SST index anomaly is greater than +0.4 °C for at least six consecutive months. Changes in the ENSO variability are measured as changes in the SST SD in the Niño 3.4 area. The ATL Niño 3 index is defined in the following domain 3° S–3°N and 15–0° W.

Significance of ENSO and ATL NIÑO changes

To quantify the changes in ENSO activity, we have used the standard deviation because Brown et al . 19 found it to be preferable to event frequency or size as event-based measures are highly dependent on the choice of threshold and may be unreliable for a small number of events. To test whether the changes in ENSO and Atlantic Niño standard deviation and seasonal cycle in the MH experiments were significant we have extended the PI simulation to 575 years. Hence, through a bootstrap technique, we have randomly extracted 100 random sub-samples of continuous 200 years from the original pool of 575 years. We then calculate the standard deviation for each sub-sample: The standard deviation of bootstrapped quantities is by definition an empirical estimate of the standard error of the mean 67 and is what we have used to determine whether the changes in the standard deviations of Niño 3.4 and ATL Niño 3 indexes in the MH experiments were significantly different from the PI reference simulation. We also make the Niño 3.4 index composite as shown in Fig. 3 for each of the 100 sub-samples of the PI experiment to explore the maximum range of variability (Supplementary Fig. 9 and Supplementary Note 4). The analysis shows that the changes in the Niño 3.4 seasonal cycle in the MH GS+RD are significantly different from the PI experiment (>99th percentile).

Evaluation of the Atlantic/Pacific teleconnection in our model

Given the teleconnection between the tropical Atlantic and Pacific presented in this study, we deem relevant to test our model performances in capturing the ENSO/Atlantic Niño/WAM mode of variability. Previous studies 68, 69 have shown that although the models are able to reproduce the observe modes of variability, the impact of tropical SSTs on the WAM precipitation is generally overestimated. Here, we use the maximum covariance analysis (MCA) to evaluate this teleconnection. The MCA can be considered as a generalization of the principal component analysis. The MCA analysis looks for patterns in two space-time data sets (SST and precipitation in our case), which explain a maximum fraction of the covariance between them. The MCA provides two sets of singular vectors and a set of singular values that are associated with each pair of vectors. Each pair of vectors represents a fraction of the squared covariance between the two variables (SCF: squared covariance fraction). The expansion coefficients for each variable are calculated by projecting the respective data field onto the respective singular vector. The correlation value (Corr.) between the expansion coefficients of the two variables indicates how strongly related the coupled patterns are.

Mes palyginome atliktą MCA, naudodamiesi PI modeliavimo išvestimi, su MCA, apskaičiuota remiantis kritulių ir SST duomenų rinkiniu, kurį pateikė atitinkamai NOAA / OAR / ESRL PSD (Global Precipitation Climatology Project (GPCP)) kombinuoto kritulių duomenų rinkinio 2.2 versija: // www.esrl.noaa.gov/psd/) ir Hadley centre („HadlSST 70“ ) 1979–2013 m.

Analizė rodo, kad iš esmės modelis atkuria pagrindinį SST ir kritulių modelio kovariacijos būdą Šiaurės Afrikoje: Atlanto Niño ir La Niña sąlygos yra susijusios su padidėjusiu kritulių kiekiu per Gvinėjos įlanką. Nors mūsų modelyje rodoma panaši kvadratinė kovariacijos frakcija (62 palyginti su 67% mūsų modelyje) pagrindiniam kovariacijos būdui, taip pat koreliacija tarp SST ir kritulių per Šiaurės Afriką (0, 51 palyginti su 0, 61), kritulių anomalija yra per stipri, kaip ir daugumos klimato modelių, ir pasislinko į pietus, palyginti su reanalizės duomenų rinkiniais (papildomas 7b, d pav.). Mūsų modelyje SST modelis rodo silpnesnes anomalijas atogrąžų Ramiajame vandenyne ir stipresnį Atlante, palyginti su reanalize. Mūsų modelio poslinkis į pietus greičiausiai atsiranda dėl sauso WAM poslinkio: šiauriausias WAM laipsnis yra 14, 0 ° šiaurės platumos, maždaug 250 km per toli į pietus, palyginti su stebėjimu (papildomas 6 pav. Ir santykinė diskusija Pausata et al . 28 ).

Stiprus ryšys tarp plėtimosi koeficientų, susijusių su SST, ir kritulių laiko eilutės, buvo aiškinamas kaip musonų aktyvumo moduliavimas tropinio Ramiojo vandenyno SST 68, 69 . Tačiau musonų aktyvumo moduliavimą šiaurės Afrikoje taip pat sukelia Atlanto Niño fazė, kuri savo ruožtu gali paveikti tropinį Ramiojo vandenyno SST.

Mūsų modelyje SST modelis rodo silpnesnes anomalijas atogrąžų Ramiajame vandenyne ir stipresnį Atlante, palyginti su reanalize. Tai gali būti vertinama kaip stipresnis atogrąžų Ramiojo vandenyno poveikis Atlanto vandenyno SST arba silpnesnis Atlanto Niño poveikis ENSO mūsų modelyje, palyginti su reanalize. Todėl gali būti, kad poveikis ENSO veiklai MH metu, susijęs su Atlanto Niño reakcija, galėjo būti didesnis nei modeliuojamas. Tačiau norint išsiaiškinti šį aspektą, kuris nepatenka į šio tyrimo sritį, reikia atlikti išsamesnę analizę.

Bjerknes teigiamų atsiliepimų indeksas

BPF indeksą sudaro trys pagrindiniai teigiami atsiliepimai, nustatyti atmosferos ir vandenyno jungtyje: zoninio advekcijos grįžtamasis ryšys (ZA), Ekmano vietinio aukštėjimo (UP) grįžtamasis ryšys ir termoklino (TH) grįžtamasis ryšys 71 . Tada BPF indeksas gali būti išreikštas taip:

Image

kur perviršis žymi vidutinę metinę klimatologiją,

Image
ir
Image
, T yra jūros temperatūros anomalija, o kampiniai skliausteliuose nurodomi vidutiniai pusiaujo centrinės ir rytinės Ramiojo vandenyno dalies vidurkiai (5 ° S – 5 ° N, 180 ° E – 80 ° W). H 1 yra mišraus sluoksnio gylis ir vandenyno vertikalusis greitis. Koeficientai (1) lygtyje gali būti apskaičiuojami taikant mažiausio kvadrato regresijos metodą (daugiau informacijos žr. 15, 72, 73 ). Kiekvienas iš trijų dinaminių teigiamų atsiliepimų yra proporcingas atmosferos atsako jautrumui ( μa a ), o kiekvienas iš jų yra proporcingas savo okeaninio atsako jautrumui ( β ). Visi trys atsiliepimai yra foninės būsenos (
Image
,
Image
ir
Image
), atmosferos atsako jautrumas (arba jautrumas paviršiaus vėjo įtampai) SST ( μa ) ir vandenyno atsako jautrumas ekvatoriaus paviršiaus vėjo stresui ( β u , β w ir β h ), atspindintis kiekvieno elemento kritinį vaidmenį grįžtamojo ryšio generavimas. Be to, TH grįžtamasis ryšys yra proporcingas jautrumui pakilimo temperatūrai, reaguojant į vietinį termoklinos gylį ( a h ). BPF indeksas parodo bendrą teigiamą grįžtamąjį ryšį ir yra atmosferos ir vandenyno jungties rodiklis.

Duomenų prieinamumas

Dabartinių tyrimų metu sugeneruotus ir išanalizuotus duomenų rinkinius pagrįsto prašymo gali gauti iš atitinkamo autoriaus.

Papildoma informacija

PDF failai

  1. 1.

    Papildoma informacija

  2. 2.

    Tarpusavio apžvalgos byla

Komentarai

Pateikdami komentarą jūs sutinkate laikytis mūsų taisyklių ir bendruomenės gairių. Jei pastebite ką nors įžeidžiančio ar neatitinkančio mūsų taisyklių ar gairių, pažymėkite, kad tai netinkama.