As relações entre a atividade solar e variações em SST e circulação atmosférica na estratosfera e troposfera

Um artigo para os cientistas e pesquisadores do clima.

1. Introdução

O clima global tem experimentado mudanças pronunciadas no passado ( Lamb, 1972 ).Uma série de fenômenos cíclicos e quase-cíclicos climáticos como El Niño e a oscilação quase-bienal (QBO) afetam o clima em uma escala de tempo inter anual. Média do vento zonal, que tem um sinal QBO forte na estratosfera tropical, alterna entre as fases de oeste e leste em um prazo de aproximadamente 27 meses ( Pascoe et al., 2005 , Inoue e Takahashi, 2009  e  Inoue e Yamakawa, 2010 ). Anéis de árvores, núcleos de gelo, sedimentos do oceano, corais e estalagmites tem exibido um comportamento cíclico no passado ( Lamb, 1972 , Burroughs de 2003 , Burroughs de 2007 , Yamaguchi et al., 2010 e  Kataoka, et al. 2012 ). O clima da Terra é influenciado por flutuações naturais. Desastres meteorológicos, que causam grandes danos à sociedade humana, os sistemas econômicos, e os ecossistemas são considerados para ser associados com muitos fatores que se sobrepõem como parte das variações naturais no sistema climático ( Yamakawa, 2005  e  Yamakawa e Suppiah, 2009 ).

O ciclo de 11 anos (ciclo de Schwabe; . Miyahara et al, 2010 ) detectado no número de manchas solares está fortemente relacionada a mudanças na radiação solar. A variação em número de manchas solares é utilizado como um indicador de variação na atividade solar. As manchas solares e / ou grupos de manchas solares individuais aparecem primeiro nas latitudes médias. À medida que o ciclo solar avança, as manchas solares tendem a aparecer em latitudes mais baixas. Quando as manchas solares diminuem em baixas latitudes, eles reaparecem em latitudes médias, e o ciclo se repete. O campo magnético solar, que se caracteriza por polaridade oposta nos dois hemisférios, inverte em torno do pico da atividade solar. O período de 22 anos em que o campo magnético inverte e retorna ao seu estado original de polaridade, o chamado “ciclo de Hale”, foi identificada em anéis de árvores ( Douglass, 1919 , Biondi et al., 2001  e  Miyahara et al., 2010 ). Os ciclos dos número de manchas solares de 11 anos e duplas (ciclo de hale de 22 anos) são considerados como indicadores importantes da atividade solar, e são os eventos periódicos mais marcantes dos padrões da circulação do sol.

A ligação entre a variação dos raios  cosmicos  e a variabilidade do Sol no clima terrestre tem sido amplamente relatado na literatura. No entanto, resultados contraditórios têm sido relatados sobre a relação entre a atividade solar e do clima da Terra. O sol é a fonte primária de energia para a Terra, e quaisquer alterações no equilíbrio de energia pode ter um efeito significativo no clima da Terra. Muitos estudos têm afirmado correlações entre os ciclos de manchas solares de 11 e 22 anos e as áreas troposféricas ou de superfície nos padrões climáticos ( Pittock, 1978  e  Pittock, 1983 ). Por exemplo, Xanthakis (1973)mostrou correlações entre chuvas e atividade solar em muitos locais, com as correlações também mostrando sinais contraditórios. No entanto, Duffy et al. (2009) argumentou que não há nenhuma relação entre a atividade solar e o aquecimento final do século XX. Apesar da grande quantidade de literatura sobre o assunto, Pittock (2009) identificou uma série de problemas associadas com os resultados obtidos a partir desses estudos, incluindo a má qualidade dos dados (especialmente os pobres datação de dados não-instrumentais), seleção de dados, suavização de dados e autocorrelação, e elaboração post hoc de hipóteses para explicar discrepâncias.

Ultimamente, as análises das relações entre a atividade solar e a temperatura da superfície, precipitação, pressão ao nível do mar (PNM), a temperatura da superfície do mar (TSM), a temperatura do oceano superior, e outros fatores têm sido realizados por diversos pesquisadores ( e . G ., White et al., 1997 , van Loon et al., 2007 , Meehl e Arblaster de 2009 , Zhou e Tung de 2010 , Gray et al., 2010 , Semeniuk et al., 2011 , Gray et al., 2013 , Hood et al. de 2013 , Kuchar et al., 2014  e  Yamakawa e Ohishi de 2015 ). À luz dos muitos resultados controversos sobre a variabilidade solar e clima que têm sido relatados no passado, que investigou as relações regionais e globais entre a atividade solar e variações de SST e circulação atmosférica durante o período de registro instrumental.

2. Os dados e métodos

O número de manchas solares relativos (SSN) foram obtidos a partir dos Quadros Científico Cronológico publicados pelo Observatório Astronómico Nacional do Japão.Os dados globais de TSM foram obtidos do Centro Hadley para Pesquisa e Previsão Climática, British Meteorological Office. Este conjunto de dados tem uma resolução horizontal de 1 ° de latitude × 1 ° de longitude.

Dados mensais de altura geopotencial, temperatura do ar e horizontal ( u -wind, v- vento) e do vento vertical (omega abaixo de 100 hPa) foram obtidos a partir dos Centros Nacionais de Previsão Ambiental / Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica (NCEP / NCAR) mundial dados de reanálise atmosféricos ( Kalnay et al., 1996 ). Estes conjuntos de dados têm uma resolução de grade de 2,5 ° x 2,5 °. Dados de radiação de onda longa (ROL) também foram obtidos a partir do arquivo NCAR. Dados de precipitação mensal para as mesmas grades foram obtidos a partir do Centro de Previsão do Clima (CPC) Incorporada Análise de precipitação (CMAP) dataset ( Xie e Arkin, 1997 ). Os coeficientes de correlação entre número de manchas solares anuais e SST mensal 1901-2011 foram calculados, e as áreas onde as r -Valores eram igual ou maior do que o nível de significância de 95% (p <0,05) foram plotados ( Fig. 1 ). Para determinar a influência da variabilidade solar das condições meteorológicas durante a fase de máximo solar, foram selecionados três períodos (9 anos no total) quando a atividade solar era, no máximo, durante o período de 1979 a 2011: 1979-1981, 1989-1991 e 2000 -2002.

distribuição global dos coeficientes de correlação (r) entre manchas solares anual ...

FIG. 1.

Distribuição global dos coeficientes de correlação ( r ) entre número de manchas solares anual (SSN) e as temperaturas da superfície do mar (TSM) em (a) de julho de (b) de agosto de (c) de setembro de (d) de outubro de (e) de novembro de e (f) dezembro de 1901 a 2011. as linhas grossas indicam as fronteiras das regiões acima do nível de confiança de 95% (n = 111).

Para elementos climáticos, tais como altura geopotencial, vento, SLP, ROL e precipitação, as diferenças em relação à média de 30 anos foram determinadas por um teste t de duas faces. Diferenças com P <0,05 foram considerados significativos. Alturas geopotencial em nove níveis (10, 50, 70, 100, 200, 300, 500, 850 e 1000 hPa), foram examinados, mas os resultados apenas para seis níveis (50, 70, 100, 200, 500 e 850 hPa), foram apresentados Aqui. Nós investigamos a resposta climática com um atraso de 1 a 36 meses. Áreas significativas foram plotados em Fig. 4 , Fig. 5 , Fig. 6 , Fig. 7 ,Fig. 8 , Fig. 9 , Fig. 10  e  fig. 11 . A percentagem de grades significativas foi calculada. As áreas de importância foram geralmente mais evidente no segundo ano do que no primeiro ano. No terceiro ano, foram identificadas áreas significativas na estratosfera, mas áreas menos significativas e flutuantes foram reconhecidos na troposfera. Portanto, nós nos concentramos sobre a resposta climática no segundo ano.

Variações seculares em número de manchas solares (SSN) e as temperaturas da superfície do mar (TSM) no ...

FIG. 2.

Variações seculares em número de manchas solares (SSN) e as temperaturas da superfície do mar (TSM) em três locais: C, ao largo do norte da Califórnia (38 ° N-126 ° W); N, Nauru costeira (EQ-167 ° E); J, fora leste do Japão (35 ° N-156 ° E). A escala SSN é um quinto dos valores reais. Os valores de SST [° C] são anomalias de uma média de 11 anos a executar.

diagramas de dispersão de número de manchas solares (SSN) e as temperaturas da superfície do mar (TSM) no ...

FIG. 3.

Diagramas de dispersão de número de manchas solares (SSN) e as temperaturas da superfície do mar (TSM) em C, ao largo do norte da Califórnia (38 ° N-126 ° W); N, Nauru costeira (EQ-167 ° E); e J, fora leste do Japão (35 ° N-156 ° E) em dezembro. Os valores de SST [° C] são anomalias de uma média de 11 anos a executar. Os coeficientes de correlação ( r ) foram C: 0,26 (acima do nível de confiança de 99%) e N: 0,21, J: 0,23 (ambos em relação ao nível de significância de 95%).

Globais anomalias altura geopotencial [gpm] (a, d) 50 hPa, (b, e) 70 hPa, e (c, f) ...

FIG. 4.

Globais anomalias altura geopotencial [gpm] (a, d) 50 hPa, (b, e) 70 hPa, e (c, f) 100 hPa na estratosfera.Distribuições em Novembro (a, b, c), e em Dezembro (d, e, f) são mostrados à esquerda e direita, respectivamente. As linhas grossas indicam as fronteiras das regiões aqueles são iguais ou superiores ao nível de significância de 95% (n = 9) 1979-2011.

anomalias de altura geopotencial globais [gpm] em (a, d) 200 hPa, (b, e) 500 hPa, e ...

FIG. 5.

anomalias altura geopotential globais [gpm] em (a, d) 200 hPa, (b, e) 500 hPa, e (C, F) 850 hPa na troposfera. Distribuições em Novembro (a, b, c), e em Dezembro (d, e, f) são mostrados à esquerda e direita, respectivamente. As linhas grossas indicam as fronteiras das regiões aqueles são iguais ou superiores ao nível de significância de 95% (n = 9) 1979-2011.

anomalias vento meridional [m / s] em (a) 100 hPa e (b) 850 hPa em dezembro de ...

FIG. 6.

anomalias meridional de vento [m / s] em (a) 100 hPa e (b) 850 hPa em Dezembro do segundo ano do máximo solar. As linhas grossas indicam as fronteiras das regiões aqueles são iguais ou superiores ao nível de significância de 95% (n = 9) 1979-2011.

Vertical p-velocidade (Omega) anomalias [10-3 Pa / s] em (a) 100 hPa e (b) 850 hPa ...

FIG. 7.

Vertical anomalias p-velocidade (omega) [10 -3 Pa / s] em (a) 100 hPa e (b) 850 hPa em dezembro do segundo ano do máximo solar. Os valores negativos e positivos mostram correntes ascendentes e descendentes, respectivamente. As linhas grossas indicam as fronteiras das regiões aqueles são iguais ou superiores ao nível de significância de 95% (n = 9) 1979-2011.

pressão ao nível do mar (PNM) Anomalias [hPa] em dezembro do segundo ano do ...

FIG. 8.

pressão ao nível do mar (PNM) Anomalias [hPa] em dezembro do segundo ano do máximo solar. As linhas grossas indicam as fronteiras das regiões aqueles são iguais ou superiores ao nível de significância de 95% (n = 9) 1979-2011.

radiação de onda longa (ROL) anomalias [W / m2], em Dezembro do segundo ...

FIG. 9.

Radiação de onda longa (ROL) anomalias [W / m 2 ] em Dezembro do segundo ano do máximo solar. As linhas grossas indicam as fronteiras das regiões aqueles são iguais ou superiores ao nível de significância de 95% (n = 9) 1979-2011.

anomalias de precipitação [mm / dia] em Dezembro do segundo ano do sol ...

FIG. 10.

anomalias de precipitação [mm / dia] em Dezembro do segundo ano do máximo solar. As linhas grossas indicam as fronteiras das regiões aqueles são iguais ou superiores ao nível de significância de 95% (n = 9) 1979-2011.

p-velocidade vertical [10-2 Pa / s] em (a) a secção transversal de latitude-pressão ao longo ...

FIG. 11.

Vertical p-velocidade [10 -2 Pa / s] em (a) a secção transversal latitude-pressão ao longo de 180 ° E e (b) a secção transversal longitude-pressão ao longo de 5 ° N em dezembro do segundo ano do máximo solar .Os valores negativos e positivos indicam correntes ascendentes e descendentes, respectivamente. As linhas grossas indicam as fronteiras das regiões aqueles são iguais ou superiores ao nível de significância de 95% (n = 9) 1979-2011.

Além disso, o período de análise incluiu a forte evento El Niño em 1982 e a erupção do Monte Pinatubo em 1991. Os resultados obtidos não apresentaram diferenças significativas quando esses eventos foram excluídos da análise.

Os dados relativos à SSN mensal, Oscilação Decadal do Pacífico (PDO), Central-Pacífico (CP) e Oriental-Pacífico (EP) El Niño, El Niño Modoki (ENM) e Índice de Oscilação Sul (IOS) foram obtidos a partir das fontes citadas abaixo. Dados SSN foram adquiridos de WDC-SILSO, do Observatório Real da Bélgica, Bruxelas. Dados de índice DOP foram obtidos a partir da Agência Meteorológica, Japão (http://www.data.jma.go.jp/kaiyou/data/shindan/b_1/pdo/pdo.html ). Dados CP e índice EP El Niño foram obtidos a partir de conjunto de dados ERSST (http://www.ess.uci.edu/~yu/2OSC/ ), calculado pelo método de regressão-EOF ( Kao e Yu de 2009  e  Yu e Kim de 2010 ). Dados de índice ENM foram fornecidos pela JAMSTEC (Agência Japonesa para Marine-Earth Ciência e Tecnologia;http://www.jamstec.go.jp/frcgc/research/d1/iod/modoki_home.html.en ).Índice SOI foram obtidos a partir do Centro de Previsão do Clima (http://www.cpc.ncep.noaa.gov/data/indices/soi ).

3. As relações entre SSN e SST em 1901-2011

Os coeficientes de correlação positiva ( r ) entre a atividade solar e média global SST foram relatados por Reid, 1987  e  Reid de 1991 . No entanto, uma investigação detalhada das relações entre a atividade solar e as características regionais de SST não tenha sido tentada. Coeficientes de correlação Portanto, calculados entre SSN relativa média anual e mensal SST para investigar variações regionais ao longo do globo. Correlações positivas significativas foram encontradas em várias áreas durante o período 1901-2011, que incluiu oito ciclos de variações solares. Neste estudo, as zonas com maior ou igual do que o nível de significância de 95%, i . E ., R  = 0,187, n  = 111, foram considerados.

As distribuições globais dos coeficientes de correlação ( r ) entre SSN anual e SST de Julho a Dezembro, para o período 1901-2011 são mostrados na Fig. 1 . No presente estudo, nós nos concentramos em áreas com um nível de significância maior que 95%, o que representou 11,7% da superfície do mar global em dezembro; correlação com base em latitudes não foram tentadas.

Estamos focados nos resultados de outono para o inverno cedo porque alguns resultados interessantes eram aparentes de novembro para dezembro ( Fig. 4 , Fig. 5 ,Fig. 6 , Fig. 7 , Fig. 8 , Fig. 9 , Fig. 10  e  Fig . 11 ), no segundo ano do máximo solar.Ambas as áreas significativas positivos de correlação (SPCAs) e as áreas significativas correlação negativa (SNCAs) foram considerados neste estudo. As características regionais de cada região marítima de julho a dezembro foram as seguintes.

Os SPCAs tendem a ocorrer na Circum-Pacífico Norte. Em julho, SPCAs no Pacífico Circum-Norte foram distribuídos em todo o Japão através das Ilhas Aleutas, a oeste da América do Norte.

Esta relação era menos evidente em agosto e setembro, mas SPCAs estavam concentrados nas regiões orientais do Circum-Pacífico Norte em outubro, centrado off norte da Califórnia, o que se manteve ao longo de dezembro.

Em dezembro, os SPCAs no Circum-Pacífico Norte deslocou mais longe em direção à parte sul, e eles estavam ligados a SPCAs torno das ilhas havaianas ( Fig. 1 f). SPCAs eram evidentes perto do Japão, especialmente off Japão oriental, em julho e de novembro a dezembro, embora fossem menos comum, de agosto a outubro.

No Hemisfério Sul, SPCAs foram encontrados sobre o sul do Oceano Pacífico, incluindo off leste da Austrália e pela Nova Zelândia. Estes estendida no Oceano Antártico em agosto e deslocado para o sul em dezembro. Os SPCAs oeste de Chile atingiu o pico em setembro e diminuiu em tamanho, em dezembro. SNCAs foram reconhecidas ao longo da zona de convergência do Pacífico Sul (SPCZ), especialmente em dezembro.

No período de formação de gelo de novembro para dezembro, SNCAs ocorreu continuamente no Estreito de Davis entre Baffin Island, no Canadá e no sudoeste da Groenlândia. No Golfo do México, SPCAs estavam presentes no outono e expandiu-se para as águas das Bermudas em novembro.

No Oceano Índico norte, SPCAs ocorreu continuamente ao longo da Baía ocidental da Bengala e sudoeste de Sumatra e Java. SPCAs ocorreu de julho a setembro ao longo do Canal de Moçambique, antes de desaparecer em dezembro, e eles foram separados dos SPCAs no Oceano Antártico. Leste de Madagáscar, SPCAs estavam presentes no período de setembro a dezembro, com um pico em outubro.

No Oceano Antártico, SPCAs ocorreu em um anel em torno de 40-60 ° S, excluindo a área correlação negativa localizado na parte sudeste do Pacífico Sul.

anomalias negativas eram geralmente predominante em grandes áreas do Oceano Ártico. Em setembro, quando a área de gelo do mar em geral chegaram a um mínimo anual, SPCAs foram observadas no nordeste da Islândia, na costa norte da Escandinávia, o Mar de Barents e no Mar da Sibéria Oriental, enquanto o Mar de Beaufort eo mar de Kara eastern tinha as características anomalias de negativos.

3.1. Relação entre a atividade solar e SST em três áreas selecionadas

Com base na Fig. 1 f, três estações distintas, que está fora do norte da Califórnia (38 ° N-126 ° W: C ponto), costeira Nauru (EQ-167 ° E: ponto N), e desligar leste do Japão (35 ° N-156 ° E : ponto J), foram selecionados para examinar as características temporais da relação entre a atividade solar e SST. Os três pontos foram tratados como casos típicos devido a fortes relações aparentes entre a atividade solar e SST entre as áreas mais significativas. As correlações positivas atingiu um máximo em dezembro off norte da Califórnia, com significância estatística em um nível de confiança de 99%, e off leste do Japão e na vizinhança de Nauru, com significância estatística ao nível de confiança de 95%. Embora a sincronicidade nem sempre foi clara, em geral, correlações positivas entre SSN e SST foram observados durante uma escala de tempo longa ( Fig. 2 ).

Dos três pontos, o ponto C (localizado ao largo da Califórnia) tinha o valor máximo R -valor ( Fig. 3 ). O comportamento do Pacífico Norte alta ea corrente quente do oceano Pacífico Norte é uma questão que deve ser abordada. A SST nesta área foi influenciado por relativamente flutuações de curto prazo, como o ENSO, que tem um ciclo de 4 a 5 anos, em média.

O ponto J está localizado sobre a Kuroshio Extension, onde duas correntes oceânicas atender. A relação entre anomalias de TSM e da circulação atmosférica também é influenciada pelas variações de pressão no Pacífico Norte alta. Esta região desempenha um papel importante na interação ar-mar.

A r -valor foi menor no N do que no ponto C, mas as relações entre anomalias de TSM e campos atmosféricos sobre o ponto N são discutidos na próxima seção.

4. características atmosféricas durante o forte fase de atividade solar

Dos 9 anos selecionados para análise, relações claras foram encontradas no segundo ano do máximo solar, e foram identificados locais com relações perceptíveis.Estatisticamente significativas relações tendem a aparecer como padrões contínuos em novembro e dezembro ( Fig. 4 ).

Na estratosfera do hemisfério norte, quando a força dos aumentos de oeste jet stream de final do outono para o inverno cedo (cerca de Novembro e Dezembro), as ondas planetárias ( i . E ., Ondas de Rossby) pode se propagar para cima. Pensa-se que a resposta estratosférica à atividade solar é possivelmente relacionada com a circulação troposférica, precipitação e anomalias de TSM perto do Pacífico tropical, como indicado abaixo.

Aos 50, 70 e 100 hPa, anomalias positivas ocorreram ao longo de uma grande área centrada nas ilhas havaianas. Aos 50 hPa no hemisfério norte ( Fig. 4 , um d), áreas positivas expandido a partir do subtropical meio do Pacífico, que compreende as ilhas havaianas, os Estados Unidos, México, América Central e Grandes Antilhas, até a África do noroeste e a região do Mediterrâneo. As anomalias positivas de alta altura geopotencial coberta zonal cerca de dois terços do modo de anular. Do mesmo modo, as camadas superiores na estratosfera, tais como a 20 hPa (não mostrado) foram caracterizados por o modo anelar.

A área de anomalias positivas a 70 hPa ( Fig. 4 b.e) tendem a estar num estado de transição de modo anelar a prevalência restrito no Pacífico central. Em dezembro, marcada anomalias positivas foram observadas em 100 hPa ( Fig. 4 f) em torno das ilhas havaianas para leste Nauru offshore. A área de anomalias positivas tendem a concentrar-se no Pacífico central com ampla área positiva em dezembro do que em novembro. No hemisfério sul, anomalias positivas significativas foram encontradas sobre o sul da Polinésia, em torno Peru e no Oceano Antártico perto do Atlântico Sul (Fig. 4 ).

Por outro lado, anomalias negativas significativas foram encontradas em torno de Greenland em novembro ( Fig. 4 c) e na costa norte da Sibéria em dezembro ( Fig. 4 f), no segundo ano do máximo solar. Estas alturas geopotential baixa coincidiu com a área de baixa temperatura. No inverno, as nuvens estratosféricas polares (PSCs) forma sobre o Ártico ( Jensen et al., 2002 ). Na primavera, com o retorno da luz solar e aumento da radiação solar, PSCs sublimar e destruir algum do ozono. Estas áreas de anomalias negativas são de importância do ponto de vista da destruição do ozônio no Ártico.

Com base nas alturas na estratosfera e troposfera, a anomalia positiva em torno das ilhas havaianas se estendia desde a estratosfera para a troposfera ( Fig. 5 ). A julgar pelas anomalias positivas de geopotencial entre 200 e 500 hPa, a tropopausa foi considerada maior que a média em Novembro e Dezembro. Embora tenha havido uma área significativa de encolhimento em torno da tropopausa entre 100 e 200 hPa ( Fig. 5um, d), pode ser confirmado se a 500 hPa ( Fig. 5 b). Pelo contrário, uma área negativa significativa ficou claro no Pacífico Central e Oriental em 850 hPa ( Fig. 5 c, f) e 1000 hPa (não mostrado).

Vento ( u , v componentes e omega) análises produzidas padrões coerentes com o campo de pressão. Na Fig. 6 , que mostra o v-vento, é claro que as anomalias do sul foram encontrados indo de leste-nordeste ao largo da Indonésia no Pacífico tropical em direção ao sudeste do Japão em 100 hPa ( Fig. 6 a) e indo do Pacífico central em direção leste de Japão em 850 hPa ( Fig. 6 b).

Na Fig. 7 , o que indica o vento vertical (omega), como para os mid-Pacífico, anomalias negativas significativas do norte, i . E . ascendente correntes, foram observados ao redor da área tropical, a 100 e 850 hPa, enquanto anomalias positivas significativas, i . e .descendente queridos, foram encontrados nas regiões subtropicais e latitudes médias, com dois centros de ambos 20 ° N e 45 ° N a 850 hPa ( Fig. 7 b). Em resposta às anomalias de correntes ascendentes, anomalias negativas foram observadas na pressão do nível do mar (SLP) ( Fig. 8 ) e ROL ( Fig. 9 ), com a convecção ativa aparente sobre essas regiões. O padrão de anomalia SLP correspondeu bem com os padrões de SST anomalia ( Fig. 1 e, f) e indicou áreas positivas nas áreas do Pacífico e negativos ocidentais no Pacífico central e oriental.

O ROL ( Fig. 9 ) e os padrões de precipitação ( Fig. 10 ) foram característicos de zonas ativas de Convergência Intertropical (ZCIT) no Pacífico central e oriental. Por outro lado, sugere-se a partir de fig. 9  e  Fig. 10 que as secas tendem a ocorrer nas Filipinas, noroeste e Austrália central e nordeste do Brasil.

Quando uma circulação de alta pressão reforçada no Pacífico Norte e os ventos sopraram predominantemente, forte advecção de ar quente a 100 hPa, como mencionado acima, se expandiu para a vizinhança do Japão ( Fig. 6 a). Os ventos do sul sudoeste of Hawaii tendem a descer em torno da área de 25-30 ° N na secção transversal ao longo de 180 ° E ( Fig. 11 A). Além disso, fortes correntes ascendentes apareceu em torno da área de 170 ° a 170 ° E W em corte transversal ao longo de 5 ° N (Fig. 11 b) devido à elevada TSM. Conclui-se que as correntes ascendentes foram reforçadas ea circulação Walker tornou-se mais intensa a nível global na seção transversal leste-oeste ao longo de 5 ° N ( Fig. 11 b).

Com base na seção transversal norte-sul, ao longo de 180 ° E ( Fig. 11 a), a circulação Hadley foi reforçada não só no verão do Pacífico central do Sul, mas também no inverno centro de North Pacific, em particular, na região norte do mid-Pacífico em torno da Linha Internacional de Data com um atraso de 1 a 2 anos, de modo que as elevações do Pacífico Norte e do Pacífico Sul desenvolvidas simultaneamente, fortalecendo ondas de leste de ventos e ondas de oeste nas latitudes médias do norte. O desenvolvimento destes padrões de circulação pode, por vezes, levar à formação de altos bloqueio, visto como a 100 hPa a América do Norte em dezembro ( Fig. 4 f). Com base na Fig. 11 , a tropopausa foi considerado como sendo maior do que a média, i . E . até cerca de 16 km, e, portanto, a altura do topo da cumulonimbus (Cb) nuvem se elevou substancialmente.

Sob estas circunstâncias, o sinal significativo na estratosfera devido à forte atividade solar parece atingir a troposfera.

5. Discussão

Sabe-se que a média global SST foi positivamente correlacionada com a atividade solar ( Reid, 1987  e  Reid, 1991 ). No entanto, a relação entre a atividade solar e SST regional não tem sido investigada em detalhe. Este estudo tentou determinar as relações entre a atividade solar e SST. Dados instrumentais de 1901 a 2011 revelou uma relação positiva significativa em uma base global.

De Haigh (1999) o modelo mostrou uma relação significativa entre a radiação solar e circulação estratosférica, mas a resposta na troposfera não estava clara. Kodera e Kuroda (2002) sugeriu que o jato subtropical foi mais forte devido ao aumento da energia solar forçando durante o máximo solar, que poderia levar a mudanças na circulação meridional e do aquecimento na baixa estratosfera, devido à interação entre ondas planetárias e o fluxo médio. Estes estudos não mostraram uma resposta troposférica notável a atividade solar, e os nossos resultados são consistentes com a deles no que diz respeito à estratosfera.

No presente estudo, confirmamos relações positivas significativas entre os sistemas de atividade e de circulação solar na troposfera. Porque  dominam na maior parte da estratosfera no final do outono e inverno, ondas planetárias podem se propagar para cima na estratosfera em novembro e dezembro. Portanto, a resposta troposférica à variação estratosférica podem ser detectadas mais facilmente do que em outras estações ( Inoue et al., 2011  e  Inoue e Takahashi, 2013 ). Como resultado, estratosféricas anomalias altura geopotencial parecem atingir a troposfera em novembro e dezembro.

 Labitzke e van Loon (1992) relataram uma relação positiva significativa entre as ondas altas e eletromagnéticos subtropicais no comprimento de onda de 10,7 cm a 30 hPa em Julho e Agosto. Nossos resultados indicaram que a influência positiva da atividade solar na zona de alta pressão subtropical é evidente tanto na estratosfera e troposfera, em termos de estrutura barotrópica durante a segunda metade do ano. Portanto, nossos resultados sugerem que uma investigação mais aprofundada sobre a relação entre a atividade solar e sistemas de circulação da Terra seria benéfico para entender clima incomum, incluindo padrões de teleconexões. No começo do inverno no hemisfério norte, i . E ., Em Novembro e Dezembro, no segundo ano do máximo solar, mais elevados anomalias altura geopotential ocorreu ao longo dos domínios subtropicais, não só na estratosfera, mas também na troposfera. Estas anomalias tendem a desenvolver no início do inverno.

Na troposfera inferior i . E . em 850 e 1000 hPa, foram identificadas áreas negativas mais amplas com 95% de nível de significância, em comparação com a alta troposfera durante o inverno do norte no início do segundo ano do máximo solar; Portanto, é provável que a atividade solar também parece ter uma influência sobre a atmosfera através da superfície do mar.

Como para a distribuição de SST, van Loon et ai. (2007) encontrou uma resposta a eventos em como La Niña-like ou fria para picos nas atividades DSO (Decadal Oscillation Solar), seguido por um evento morno lag ou resposta El Niño-like ( Meehl e Arblaster de 2009 ). Eles analisaram as observações e os resultados de dois modelos climáticos acoplados globais em defasagens em dezembro, janeiro e fevereiro. Um ou dois anos depois, com um deslocamento para o leste em águas quentes ao longo do equador, um bando de águas quentes foram apontados de oeste na costa da Califórnia para o leste fora do Japão. Suas conseqüências foram consistentes com este trabalho como para aquecer resposta a eventos em como em atrasos tempo. Os resultados das simulações recentes focada em SST e SLP afetados por energia solar forçando porHood et al. (2013) foram também consistentes com este estudo. Além disso, Gray et al.(2013) realizou uma pesquisa modelo sobre SST e da temperatura no Atlântico e da Europa, e seus resultados foram coerentes com este papel, na medida SST no Pacífico está em causa.

FIG. 1 f revelou forte correlação positiva entre SSN e SST no segundo ano do máximo solar no tropical central e oriental do Pacífico, que se assemelhava um pouco um evento quente. No entanto, a correlação foi bastante mais fraca ao largo da costa do Peru com algumas anomalias negativas. Portanto, não é identificado como o convencional El Nino.Northeastward altas anomalias positivas positivos e sudeste, menos alta, centradas no Pacífico central tropical foram encontrados na figura. Nas latitudes mais altas, onde essas bandas anomalia positiva foram localizados, áreas de anomalias negativas foram encontradas quase paralelo a essas bandas.

Em comparação, há semelhanças entre a distribuição das áreas com significativos r -Valores em Fig. 1 ea CP padrão de El Niño ( Yu e Kim, 2010 ) e o padrão El Niño Modoki (ENM) ( Ashok et al., 2007 ). Além disso, a Fig. 1 f também é semelhante à área da DOP, com uma ferradura arco ( Roy e Haigh de 2010  e  Gray et al., 2013 ), no Pacífico central e oriental. Na fase positiva da DOP, SST em baixas latitudes do central e oriental do Pacífico torna-se maior, com uma pronunciada tendência para uma maior SST em torno das ilhas havaianas em águas costeiras da Califórnia. Lower SST tende a aparecer a partir do oeste tropical do Pacífico noroeste. No segundo ano do máximo solar, um padrão semelhante ao da fase positiva da DOP tendem a ocorrer. Além disso, também há semelhanças entre DOP e CP El Niño nos termos de distribuição espacial.

Pacífico oriental (EP) El Niño é característica de um anomalias superior à média em SST do Pacífico oriental tropical, que está acima de 0,5 ° C, enquanto a Central Pacific (CP) El Niño ( Yu e Kao de 2007  e  Kao e Yu , 2009 ) é típico de um maior anomalia semelhante no Pacífico central tropical. Ambos os tipos de El Niño tem um intervalo de tempo de vários meses. Anomalias mais elevadas de CP El Niño tendem a expandir a nordeste e sudeste.

Enquanto isso, a ENM é associado com forte aquecimento anômalo no Pacífico central tropical eo arrefecimento no Pacífico oriental e ocidental. Índice ENM é baseada principalmente na SST no Pacífico central tropical, subtraindo o SST em meia à margem oriental e ocidental do Pacífico tropical.

Neste estudo, as análises foram feitas pelo primeiro usando SSN anual como um índice que representa a atividade solar, na hipótese provisória que a relação com SST teria sido mais claro se as variações de curto prazo da atividade solar havia sido removido.No entanto, com o objectivo de elucidar relação quantitativa entre a atividade solar e índices como DOP e CP El Niño e assim por diante, as correlações mensais entre SSN e esses índices foram calculados a atrasos de até 60 meses ( Fig. 12 ). Como os padrões anômalos de TSM neste estudo mostrou uma maior semelhança com DOP e CP El Niño de ENM, em termos de distribuição espacial, coeficientes de correlação entre SSN e DOP e entre SSN e CP El Niño foram computados.

A série temporal de coeficientes mensais defasados de correlação (r) entre SSN e ...

FIG. 12.

A série temporal de coeficientes mensais defasados de correlação ( r ) entre SSN e DOP, SSN e CP El Niño, e SSN e ENM em atrasos de até 60 meses após a máxima solar.

Como diz respeito à relação entre a SSN e DOP, as análises foram feitas, divididos em 2 períodos de 1901-2014 e 1948-2014. Como resultado, as correlações mais elevado positivos foram estabelecidos ao nível de significância de 99% no período recente 1948-2014 em um lag de 7 a 45 meses, com um pico em um intervalo de 29 meses do que em um período a longo prazo 1901-2014 . Além disso, correlações positivas entre SSN e CP El Niño também foram reconhecidas ao nível de significância de 99% no período recente 1948-2014 em um lag de 8 a 39 meses, com um pico em um intervalo de 29 meses, mas uma subsequente redução rápida em coeficientes foi reconhecido. É digno de nota que os coeficientes mais fortes foram encontrados nas relações tanto entre SSN e DOP ( r  = 0,182) e SSN e CP El Niño ( r  = 0,173) a um atraso de 29 meses, respectivamente. Além disso, há permaneceu relativamente elevadas correlações positivas significativas entre CP El Niño e DOP até um atraso de 28 meses, com um pico em um intervalo de 0 meses ( r  = 0,359). Por outro lado, o documento EP El Nino não foi estatisticamente significativa com a SSN.

Quanto a ENM, maiores correlações positivas com SSN também foram encontrados em um nível de significância de 99% no período 1948-2014 em um lag de 0 a 44 meses, com um pico em um atraso de 26 meses, embora correlações positivas significativas com DOP manteve-se em um desfasamento de 0 a 18 meses com um pico a um intervalo de 6 meses ( r  = 0,193). Correlação concorrente entre CP El Niño e ENM foi provado ser r  = 0,821 ao nível de significância de 99%.

Em conexão com a atividade solar, a maior correlação negativa entre a SSN e SOI (Índice de Oscilação Sul) foi reconhecido em um lag de 26 meses com o nível de significância de 99% no período 1951-2014. É interessante que as maiores coeficientes foram encontrados em ambos os relacionamentos entre a SSN e ENM ( r  = 0,206) e entre a SSN e SOI ( r  = -0,220) em um intervalo de 26 meses, respectivamente.

O mecanismo entre a atividade solar e os padrões de SST prevalentes ainda está para ser esclarecida, mas é provável que o efeito da atividade solar sobre SST parece estar relacionada com a DOP. Deduzindo a partir de fig. 1 f no segundo ano do máximo solar, o padrão de SST maior parece conduzir ao desenvolvimento das elevações do Norte e do Pacífico Sul no Pacífico central e oriental. A distribuição SST associado a fortes elevações do Pacífico parece produzir um padrão que é semelhante à DOP. Um grande escala em forma de ferradura padrão El Niño-como longa vida, que é uma fase positiva da DOP ( Hare, 1996  e  Mantua e Hare, 2002 ), parece ser formado no Oceano Pacífico, com uma distribuição de mais quente SST em torno da SST Central e oriental Pacífico e mais frio tropical ao redor do Pacífico ocidental em uma escala de tempo de décadas.

Na seção transversal meridional ao longo de 180 ° E ( Fig. 11 a), as correntes ativas descendentes ao redor da zona de alta pressão subtropical a 25-30 ° N e os ventos do sul, no norte latitudes médias em torno de 40 ° N reforçada circulação meridional ( Fig . 6b), bem como ondas de oeste, i . e . Ondas de Rossby, provavelmente acompanhado pelo desenvolvimento de bloquear elevações em alguns casos ( Yamakawa e Ohishi de 2015 ). Bloqueio de padrões resulta em estagnação e persistência em condições climáticas, que tendem a provocar condições meteorológicas extremas, como chuva pluvial, inundações, secas e assim por diante.

Em 500 hPa, SNCAs foram encontrados em torno norte da Índia ( Fig. 5 e). É provável que o clima excepcionalmente frio tendem a ocorrer no norte da Índia, no início do inverno do segundo ano do máximo solar.

6. Conclusão

Uma análise da relação entre as variações na atividade solar e SST foi realizado neste estudo, utilizando análises estatísticas. Os resultados estão resumidos como se segue.

A análise da relação entre as variações na atividade solar e SST 1901-2011 indicou que manchas solares números e SST foram positivamente correlacionadas em áreas amplas, com correlações positivas estatisticamente significativas em muitas regiões. Apesar que o  SST não exibiu periodicidades, variações de longo prazo revelam uma ligação com a atividade solar. Nossos resultados mostraram que as correlações positivas atingiu o máximo off no norte da Califórnia, com significância estatística ao nível de confiança de 99%, e off no leste do Japão e na vizinhança de Nauru, com significância estatística ao nível de confiança de 95%.

As análises das relações entre a atividade solar e o sistema climático da Terra também revelou as relações entre as variações na atividade solar e circulação na troposfera. Estatisticamente foram encontradas correlações significativas sobre o Pacífico Norte, em particular sobre a localização do Pacífico Norte alta. A r padrão de distribuição no Pacífico correspondia com a fase positiva da DOP, a CP El Niño e padrão ENM. É digno de nota que os maiores coeficientes em um atraso de 29 meses foram encontrados nas relações tanto entre SSN e DOP, e SSN e CP El Niño com significância estatística ao nível de confiança de 99%, respectivamente ( Fig. 12 ).

No segundo ano do máximo solar, anomalias atmosféricas positivas significativas foram representados nas latitudes médias em novembro e dezembro. As distribuições de ventos zonal e meridional ( u e v ), vento vertical (omega), ROL e precipitação foram associados com a fase máximo de atividade solar. Particularmente no norte do Pacífico equatorial, ventos verticais exibido anomalias negativas significativas, i . E . ascendente correntes em 850 hPa e 100 hPa ( Fig. 7 ), enquanto que a norte destas anomalias, em torno de ambos 20 ° N e 45 ° N, anomalias positivas significativas, i . e . correntes descendentes foram observadas a 850 hPa, demonstrando a prevalência de circulação de Hadley ( Fig. 11 A). Em Novembro e Dezembro, o sinal de energia solar apresentado na estratosfera poderia atingir a troposfera com uma mudança na circulação meridional em associação com a actividade das ondas, e que poderia também ser ligado com o campo de circulação troposférico e o seu comportamento de precipitação.

No segundo ano do máximo solar, uma anomalia negativa significativa da altura geopotencial em 100 hPa foi reconhecido em toda a Groenlândia em novembro ( Fig. 4 c) e na costa norte da Sibéria em dezembro ( Fig. 4 f). No Ártico, PSCs ocorreu no inverno.Estas áreas anômalas são importantes do ponto de vista da destruição do ozono.

Na troposfera inferior i . E . em 850 e 1000 hPa, áreas negativas mais amplas com o nível de significância de 95% foram identificados do que as áreas positivas na troposfera superior na segunda Dezembro do máximo solar; Portanto, é provável que a atividade solar teve uma influência na troposfera não só a partir da estratosfera, mas também através da superfície do mar.

Vários dos resultados obtidos neste estudo necessitam de mais pesquisas para entender melhor as causas do clima incomum passado e meteorológica, desastres climáticos ( Yamakawa, 2010 ), do ponto de vista teleconecções. Os resultados destas análises devem ser analisadas em profundidade para compreender melhor as relações entre a atividade solar e do sistema climático da Terra.

Agradecimentos

Os autores agradecem Kunihiko Endo, professor emérito da Universidade de Nihon, para incentivar a pesquisa e para fornecer consistentemente conselhos valiosos. Muito obrigado são devido a muitos comentários úteis e construtivos dos revisores. Os autores reconhecem o uso dos dados fornecidos pela WDC-SILSO, do Observatório Real da Bélgica, Bruxelas, e do Centro Hadley para Pesquisa e Previsão Climática, British Meteorological Office. Este estudo foi baseado em NCEP / NCAR dados de reanálise e Centro de Previsão Climática (CPC) Incorporada Análise de precipitação (CMAP) dados fornecidos pela Terra Research Laboratory Divisão de Ciências Físicas System (NOAA / OAR National Oceanic and Atmospheric Administration / Oceanic and Atmospheric Research / / ESRL PSD), Boulder, Colorado, EUA.

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Autor correspondente.

3 Comments

  1. Alves
    Posted 21 novembro 2016 at 11:27 PM | Permalink

    Seu site é de longe um dos mais informativos e completos nas notícias que você divulga, uma riqueza suas postagens, parabéns.

  2. Sérgio Cardoso
    Posted 23 novembro 2016 at 12:34 AM | Permalink

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  3. Posted 26 novembro 2016 at 4:47 PM | Permalink

    Olá sand-rio! Como de hábito aqui, não consegui distinguir bem quem são os autores do artigo…. sand-rio e sand-rio? kkkkkk


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