Todos os sabores de El Niño têm origens semelhantes

O ultimo importante estúdio sobre o fenômeno da ciclicidade do Niño e Niña.

O artigo é muito técnico e indi rizado aos universitários de geografia e aos técnicos do  clima

Artigo original: http://www.nature.com/nclimate/journal/vaop/ncurrent/full/nclimate1600.html

O fenômeno El Niño / Oscilação Sul, caracterizado por temperaturas do mar e ventos anômalos de superfície no Pacífico tropical, afeta o clima em todo o mundo 1 . El Niños ocorrem a cada 2-7 anos, enquanto o El Niño Oscilação / Sul em si varia em escalas de tempo decadal na frequência e amplitude, com um padrão diferente espacial das anomalias de superfície 2 cada vez que o Pacífico tropical passa por uma mudança de regime. Um trabalho recente demonstrou que Bjerknes realimentação 3 , 4 (acoplamento da atmosfera e do oceano através de alterações na ventos equatoriais impulsionadas por alterações no mar devido a temperatura da superfície a inibição da ressurgência equatorial do Pacífico leste) não é necessário 5 para o desenvolvimento de um El Niño. Assim, não está claro o que permanece constante através de regimes e é crucial para produzir as anomalias reconhecidas como El Niño. Aqui nós mostramos que o processo de subsuperfície de descarregar as águas quentes sempre começa no verão boreal / outono do ano antes do evento (até 18 meses antes do pico), independente de regimes, identificando o processo de descarga como fundamental para o início do El Niño. Portanto, é imperativo que os modelos de capturar esse processo com precisão para ampliar o nosso conhecimento teórico, melhorar as previsões e prever como o El Niño / Oscilação Sul podem responder à mudança climática.

Números num relance

Um modelo teórico que tem sido amplamente bem sucedido em explicar o El Niño / Oscilação Sul (ENOS) é o oscilador de recarga 6 , 7 , que vê ENOS como um ciclo em que os trópicos são recarregadas com água morna 8 durante  La Niña e fases neutras pelos giros subtropicais e, em seguida descarregar esta água para as regiões subtropicais, produzindo anomalias quentes na forma de um El Niño. A periodicidade do ciclo é atribuída ao ruído do tempo, mas se ENSO é realmente cíclico ou uma série de eventos,  é debatido9 , 10 . Um estudo utilizando análise de funções ortogonais empíricas revela uma inclinação da termoclina equatorial 11 com duas dominantes padrões espaciais: a meridional e um padrão zonal com o ex-líder o último por aproximadamente nove meses. Durante a fase de recarga, a termoclina aprofunda devido à acumulação de água quente nos trópicos. O início de um El Niño é caracterizado por achatamento da termoclina (a inclinação anômala zonal que traz a descarga), mas quando e por que esse processo começa permanecem inexplicados.

ENSO também apresenta variabilidade em escalas de tempo decadal 2 em termos de amplitude, freqüência e distribuição espacial das anomalias de superfície. As mudanças na freqüência e amplitude do fenômeno ENOS não parece ser significativa se o estado fundo mudança no Pacífico tropical é responsável por 2 , mas as mudanças nas expressões de superfície não são compreendidas. O início do El Niño nos anos 1980 e 1990 começou com a temperatura quente da superfície do mar (TSM) anomalias perto da data limite que se espalhou para o leste enquanto os acontecimentos anteriores iniciou-se com anomalias na costa oeste da América do Sul e oeste propagação 12 . El Niños seguido esse novo padrão até o final de 1990 (ref.  13 ), mas um outro padrão espacial das anomalias quentes concentradas no Pacífico central 14 , 15 , em vez de a região de afloramento do leste, juntamente com uma amplitude e uma mudança de freqüência, tem sido dominante desde 2000. Essas mudanças nos padrões espaciais levantam uma questão importante: se El Niño início pode ocorrer sem envolver a ressurgência oriental, é o feedback Bjerknes essencial para ENSO? Um mecanismo alternativo, o acoplado termicamente Walker modo, tem sido proposto recentemente, que se baseia em fluxos de calor latente, em vez de ressurgência para proporcionar atmosfera-oceano acoplamento 5 , com o feedback Bjerknes servindo apenas para reforçar eventos.

A aparente ausência de qualquer componente imutável no desenvolvimento de eventos ENSO através de regimes implica que não podemos compreender alguns aspectos fundamentais do sistema. Cada ano, o Pacífico experimenta um ciclo sazonal, com um achatamento do gradiente de temperatura zonal em Primavera boreal 16 , mas o acoplamento ocorre apenas em anos de El Niño. Alguns precursores que implicam uma persistência através da barreira da mola foram identificadas 17 , 18 , 19 , 20 mas a falta de acoplamento durante a maioria dos anos implica que alguns aspectos do sistema é definido antes da mola, a preparação do Pacífico para um modo crescente levando a uma El Niño mais tarde nesse ano.

Para identificar as características de início, que permanecem constantes através de regimes, calculou-se compósitos separados para cada um dos três regimes (regime 1: 1958-1976; regime 2: 1977-2000; regime 3: 2001-2011) com base no regime observada desloca 21 . Estes compostos foram calculados pela média de vários parâmetros para todos os eventos de El Niño a partir de Junho do ano antes do evento (chamado de ano (-1)) para maio do ano do evento (ano (0)), onde o pico da evento ocorreu no mês de dezembro do ano (0) (ver Métodos ).

SSTs compostos são mais quentes para os anos de El Niño do que para todos os outros anos, já em junho-agosto do ano (-1) na região Niño-4. Figura 1 mostra anomalias de TSM e vento-velocidade durante junho-novembro (-1) para cada regime. Embora os padrões de grande escala de TSM e vento não são idênticos, uma pequena anomalia positiva de TSM podem ser vistos no extremo oeste do Pacífico (130 ° -160 °  E, 0 ° -15 °  S-indicados pela caixa vermelha) em todos os regimes .

Figura 1: anomalias de TSM para os compósitos de El Niño calculados a partir de SODA mostra versão 2.1.6 que há sempre uma pequena anomalia quente no Pacífico oeste (130 ° -160 °  E, 0 ° -15 °  S, mostrada na caixa vermelha) logo em Junho e Agosto (-1).
Anomalias de TSM para os compósitos El Niño calculados a partir de SODA mostra versão 2.1.6 que há sempre uma pequena anomalia quente no Pacífico oeste (130 [graus] -160 [graus] [thinsp] E, 0 [graus] -15 graus [ ] [thinsp] S, mostrada na caixa vermelha), já em Junho e Agosto (-1).

As anomalias de vento (vetores) são do NCEP e do Centro Nacional para Pesquisa Atmosférica Reanálise, versão 1.

Descobrimos que os fluxos de superfície de calor sobre o Pacífico oeste durante junho-agosto (-1) não explicam o aparecimento desta anomalia quente de TSM. Examinando as anomalias de temperatura subsuperficiais (com respeito a uma climatologia para todo o período) foi mais instrutivo. Durante este período, o oeste piscina Pacífico quente é anormalmente quente sob a superfície em todos os três regimes ( Fig. 2 ). Os spreads de anomalias quentes do subsolo através do Pacífico, atingindo a costa leste até março-maio do ano (0). Esta anomalia subsuperficial parece se desenvolver de forma diferente em cada regime. No entanto, quando se representou o estado de fundo mudando no Pacífico 2 por anomalias de cálculo em cada regime com respeito a uma climatologia separado (calculado como a média do ciclo sazonal sobre apenas a duração do referido regime) em vez de uma climatologia longo prazo único, o processo é visto como sendo quase idêntico: a anomalia quente no oeste espalha para leste ao longo da termoclina e atinge a superfície no leste marco-Maio de anos (0) como se vê na fig. 3 . Esse aquecimento de oeste para leste subsuperfície corresponde ao achatamento zonal da termoclina 12 e permanece consistente através de regimes. Apesar da curta duração do regime 3, o processo ainda é inconfundível.Isso é notável porque regime 3 incluiu muitos Pacífico central El Niños, que têm uma manifestação superficial muito diferente em comparação com Niños canônicos El e até mesmo ter sido argumentado ter se tornado o sabor dominante de El Niño com aquecimento antropogênico continuada 22 . Isto implica que o início do processo de descarga manteve-se o mesmo através de todos os regimes, apesar das diferenças dramáticas na expressões de superfície, e deve, portanto, ser um processo fundamental para o aparecimento de El Niño e podem permanecer assim, mesmo num mundo aquecimento.

Figura 2: anomalias de temperatura subsuperficiais dos compósitos El Niño de SODA versão 2.1.6 calculados em relação a uma climatologia de longo prazo mostram uma anomalia quente de TSM no oeste.
Anomalias de temperatura de subsuperfície do El Nino compósitos a partir da versão 2.1.6 SODA calculado em relação a uma climatologia de longo prazo mostram uma anomalia quente de TSM no oeste.

As anomalias quentes (média de mais de 5 °  N-5 °  S) desenvolvem de forma diferente para atingir a costa leste de março a maio (0). A linha preta representa a termoclina longo prazo climatológica ea linha branca da termoclina para os compósitos.

Figura 3: subsuperficiais anomalias de temperatura (média de mais de 5 °  N-5 °  S) para os compósitos de El Niño calculados em relação a uma climatologia separado para cada período mostram que os spreads de anomalias quentes do oeste em junho-agosto (-1) ao longo da termoclina para chegar ao leste entre Março e Maio (0) em todos os três regimes.
Subsuperfície anomalias de temperatura (média de mais de 5 [graus] [thinsp] N-5 [graus] [thinsp] S) para os compósitos El Niño calculados em relação a uma climatologia separado para cada período mostram que os spreads de anomalias quentes do oeste em junho de agosto (-1) ao longo da termoclina para chegar ao leste entre Março e Maio (0) em todos os três regimes.

As linhas a preto e branco são os mesmos como aqueles em Fig. 2 , enquanto que a linha azul representa a termoclina a partir da climatologia regime específico.

O diagrama de dispersão de Fig. 4 mostra a anomalia SST média sobre a área de anomalia de TSM quente em Fig. 1 (130 ° -160 °  E, 0 ° -15 °  S), no extremo oeste do Pacífico e da anomalia termoclina profundidade no Pacífico oeste (10 °  N-10 °  S, 150 °  E-150 °  W), em agosto Para todos os anos utilizados no estudo. A anomalia termoclina profundidade representa o volume acumulado de água quente tropical abaixo da superfície (possivelmente o ponto culminante da inclinação da termoclina meridional), enquanto a anomalia de TSM é a manifestação da superfície da anomalia subsuperfície quente. Todos os anos (-1) (cruzes vermelhas) caem no quadrante superior direito, com as excepções de 1967, 1993 e 2005, todos os quais só ambiguamente qualificar como El Niño (-1) anos 23 (ver Métodos ). A anomalia de TSM também pode ser responsável por dirigir as anomalias de vento visto na fig. 1 .

Figura 4: Plotagem médias de Agosto de cada ano, um diagrama de dispersão mostra que tudo o El Nino (-1) ano queda (cruzes vermelhas) no quadrante superior direito, ou seja, todos eles têm valores positivos da termoclina profunda anomalia em 10 °  N -10 °  S, 150 °  E-150 °  W e SST anomalia em 130 ° -160 °  E, 0 ° -15 °  S.
Plotagem médias de Agosto de cada ano, um diagrama de dispersão mostra que a queda de todos os El Niño (-1) ano (cruzes vermelhas) no quadrante superior direito, ou seja, todos eles têm valores positivos da termoclina profunda anomalia em 10 [graus] [thinsp ] N-10 [graus] [thinsp] S, 150 [graus] [thinsp] E-150 [graus] [thinsp] W e SST anomalia em 130 [graus] -160 [graus] [thinsp] E, 0 [graus ] -15 [graus] [thinsp] S.

Não há ambigüidade sobre se 1968, 1993 e 2005 foram de El Niño (-1) anos e estes estão fora deste quadrante. Três anos sem El Niño (símbolos pretos) também se enquadram no quadrante superior direito e são abortados El Niños. Os quadrados verdes representam El Niño (0) e (+1) anos. 2011 é marcado com uma cruz azul.

Os três anos que não são El Niños mas aparecem neste quadrante são 1974, 1978 e 1989. Verificou-se que nestes anos, a descarga começou em junho-agosto, mas não resultou em El Niños durante o ano seguinte. Apesar de anomalias quentes fez aparecer na superfície durante o ano seguinte, tanto para 1978 e 1989, estes não eram fortes o suficiente para se qualificar como El Niños. No caso de 1974, a descarga começou, mas as anomalias não se alcançar a superfície em Março a Maio de (0). Estes Niños abortadas El mostram que a iniciação da descarga não é uma condição suficiente para a ocorrência de um El Niño, é possível que a descarga pode ser iniciada por um gatilho, tais como em grande escala variabilidade atmosférica.

As diferenças dramáticas em SST e anomalias de vento entre El Niño significa que estes podem ser uma resposta aos processos que já estão em andamento, como a descarga de subsuperfície, na verdade, a relação entre Bjerknes feedback e estrutura espacial das anomalias de superfície não é evidente em todos os El Niños, o que implica que este gabarito não pode ser fundamental para o início de um El Niño. Embora o feedback Bjerknes pode ocorrer nos estágios iniciais de alguns eventos, há muitos eventos onde este não é o caso, apoiar esta afirmação (ver Informação Complementar ). A quitação se manifesta como anomalias quentes do subsolo espalhando de oeste para leste ocorre quase de forma idêntica para todos os eventos numa fase determinista em seu ciclo de vida, bem antes das manifestações superficiais do El Niño.Portanto, o processo subsuperfície pode ser considerado um condutor fundamental do início ENSO enquanto que as manifestações de superfície siga mais tarde.

Portanto, é fundamental que os modelos de concentrar-se neste processo de subsuperfície, em vez de as anomalias de superfície, que são apenas uma conseqüência de um processo mais fundamental no trabalho, longe dos olhos dos satélites olhando para a superfície. O uso de SSTs como um indicador é generalizada ea existência de uma miríade de SST baseados em índices de 24 reflete a natureza mutável das anomalias de superfície; as listas resultantes de numerosos passado El Niños 23 são tanto um indicador de e motivo de confusão. Embora as assinaturas TSM e ventos são cruciais para determinar os impactos globais do fenômeno ENSO, concentrando-se sobre o início da descarga, que ocorre bem antes de qualquer precursores ENSO conhecidos no presente, não só irá melhorar a nossa compreensão desse fenômeno, mas deve também levar as previsões mais fiáveis com prazos mais longos. Este aspecto fundamental do sistema também pode fornecer uma estrutura mais robusta para a compreensão do impacto do aquecimento global sobre ENSO, que até agora manteve-se altamente incerto 25 .

É importante observar que, embora o foco deste trabalho é o regime independente de processo de subsuperfície, há, sem dúvida, um papel desempenhado pelo ambiente no início de um evento de El Niño.O trabalho futuro irá detalhar o comportamento da atmosfera durante os primeiros estágios de início ENSO.Outros estudos também vão analisar as gatilhos para o processo de descarga, tentativa de identificar uma condição suficiente para produzir um El Niño e traçar o desenvolvimento de eventos de El Niño para além de Agosto (-1), incluindo o papel do feedback Bjerknes eo potencial impacto do aquecimento antropogênico em tais processos. A totalidade das mudanças naturais e antrópicas ENSO pode ser decifrado apenas por preencher essas lacunas em nossa compreensão do fenômeno com um alcance global.

Método

  • O cálculo de compósitos de El Niño para cada regime foi realizada pelo cálculo do valor médio de todos os anos de El Niño em que o regime para cada mês do período de junho (-1) a maio (0). Os anos de El Niño utilizados para calcular os compósitos foram escolhidos com base em Niño o Climate Prediction Center do 3.4 critérios, segundo a qual um ano qualifica-se como um ano de El Niño se a três meses rodando média da anomalia de TSM no 3,4 Niño região (120 ° -170 °  W, 5 °  N-5 °  S) permanece acima ou igual a 0,5  ° C durante cinco meses consecutivos. Os anos de El Niño utilizado neste estudo (listada como ano 0 do composto), com base nestes critérios são: Regime 1: 1963, 1965, 1972, 1976; Regime 2: 1982, 1986, 1991, 1997; Regime 3: 2002, 2004, 2009. Apesar de 1968-1969, 1994 e 2006 também se qualificam como anos de El Niño de acordo com os critérios do Centro de Previsão Climática, existe alguma ambiguidade quanto a saber se estes foram realmente El Niño eventos 23 . Em 1968, o aquecimento no 3,4 Niño região era fraco e não foi acompanhada por aquecimento em qualquer uma das outras regiões de índice Nino (todos os outros anos utilizados mostraram aquecimento em pelo menos uma das regiões de índice outros).O mesmo aconteceu de 1969, que pode ter sido uma continuação do aquecimento fraco em 1968. 1994 não foi considerado porque era uma continuação do aquecimento, que havia começado em 1990 (ref.  26 ) e, portanto, não mostram as características de início de interesse aqui. O evento de 2006 não pode ser considerada um evento El Niño de acordo com várias medidas, as medidas que se considerem um El Niño em desacordo quanto a saber se era um Pacífico central ou evento canônico.

Onde inferências foram feitas com base em uma característica observada em um composto, cada um dos anos utilizados no cálculo do compósito foi examinada individualmente para garantir que a característica estava presente.

Os dados de TSM do National Oceanic and Atmospheric Administration Optimum Interpolation (0,25 ° dia) misturado com o Advanced Very High Resolution Radiometer SST versão 2 (1981-2009), simples Oceano Assimilação de Dados (SODA) versão 2.1.6 (1958-2008, cinco por dia, 1 ° × 1 °) e as análises Hadley SST (1870-2008, mensalmente, 1 ° × 1 °) foram comparados para confirmar a existência do sinal no Pacífico oeste em Junho e Agosto de (-1). Vento-stress dados foram retirados do National Center for Environmental Prediction (NCEP) e do Centro Nacional para Pesquisa Atmosférica Reanálise, versão 1 (1948-2008, mensalmente, 2 ° × 2 °). Fluxos de superfície também foram tomadas a partir deste conjunto de dados.Temperaturas do subsolo eram de SODA versão 2.1.6 (1958-2008, mensalmente, 1 ° × 1 °). Para o terceiro regime, as TSMs utilizados eram da alta resolução SST global conjunto de dados (1981-presente, diariamente, 0,25 ° x 0,25 °) e as temperaturas abaixo da superfície do Oceano Global NCEP Dados conjunto assimilação de dados do sistema (1980-presente, mensal, 1/3 ° × 1/3 °), calculados para a mesma grelha como os dados de soda.

Todos os cálculos, análises e produção de figura neste trabalho foram realizadas usando o programa de Ferret, um produto da National Oceanic and Atmospheric Administration do Pacific Marine Environmental Laboratory.

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Baixe referências

Agradecimentos

  • Este trabalho foi realizado no Centro Divecha para as Alterações Climáticas, Indian Institute of Science, Bangalore-560012, Índia, ativado por doações do mesmo. Os autores gostariam de agradecer a J. Beauchamp para fornecer a SODA, Global Ocean sistema de assimilação de dados e dados globais de alta resolução de TSM. NR gostaria de agradecer ao SR Parampil para obter ajuda com o software Ferret.

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