Madden–Julian svängning
Madden –Julian-oscillationen ( MJO ) är den största delen av den intrasäsongsbetonade (30- till 90-dagars) variationen i den tropiska atmosfären. Den upptäcktes 1971 av Roland Madden och Paul Julian från American National Center for Atmospheric Research ( NCAR). Det är en storskalig koppling mellan atmosfärisk cirkulation och tropisk djup atmosfärisk konvektion . Till skillnad från ett stående mönster som El Niño–Southern Oscillation (ENSO), är Madden–Julian oscillationen ett färdmönster som fortplantar sig österut, med cirka 4 till 8 m/s (14 till 29 km/h; 9 till 18 mph), genom atmosfären ovanför de varma delarna av Indiska och Stilla havet. Detta övergripande cirkulationsmönster visar sig tydligast som onormalt regn.
Madden-Julian-svängningen kännetecknas av en österut progression av stora regioner med både förstärkt och undertryckt tropisk nederbörd, främst observerad över Indiska och Stilla havet. Den onormala nederbörden är vanligtvis först uppenbar över västra Indiska oceanen och förblir uppenbar när den fortplantar sig över det mycket varma havsvattnet i västra och centrala tropiska Stilla havet. Detta mönster av tropiskt nederbörd blir i allmänhet obeskrivligt när det rör sig över det i första hand svalare havsvattnet i östra Stilla havet, men dyker upp igen när det passerar över det varmare vattnet över Stillahavskusten i Centralamerika . Mönstret kan också ibland återkomma med låg amplitud över den tropiska Atlanten och högre amplitud över Indiska oceanen. Den våta fasen av ökad konvektion och nederbörd följs av en torr fas där åskvädersaktiviteten undertrycks. Varje cykel varar cirka 30–60 dagar. På grund av detta mönster är Madden-Julian-oscillationen också känd som 30- till 60-dagarssvängningen , 30- till 60-dagarsvågen eller intrasäsongssvängning .
Beteende
Distinkta mönster av avvikelser i atmosfärisk cirkulation på lägre nivå och övre nivå åtföljer det MJO-relaterade mönstret av ökat eller minskat tropiskt regn över tropikerna. Dessa cirkulationsegenskaper sträcker sig över hela jordklotet och är inte begränsade till endast det östra halvklotet. 8 m/s (29 km/h, 18 mph) över tropikerna, och korsar jordens tropikerna i 30 till 60 dagar – med den aktiva fasen av MJO spårad av graden av utgående långvågsstrålning, som mäts av infrarödavkännande geostationära vädersatelliter . Ju lägre mängd utgående långvågsstrålning, desto starkare är åskkomplexen, eller konvektion, inom den regionen.
Förstärkta ytliga (övre nivå) västliga vindar förekommer nära den västra (östra) sidan av den aktiva konvektionen. Havsströmmar, upp till 100 meter (330 fot) djupa från havsytan, följer i fas med östvindskomponenten i ytvindarna. I förväg, eller öster om den MJO-förstärkta aktiviteten, är vindarna västliga vindar. I dess kölvatten, eller väster om det förstärkta nederbördsområdet, är vindarna östliga vindar. Dessa vindförändringar i luften beror på avvikelsen som finns över de aktiva åskvädrarna under den förstärkta fasen. Dess direkta inflytande kan spåras mot polen så långt som 30 graders latitud från ekvatorn på både norra och södra halvklotet, och fortplantar sig utåt från dess ursprung nära ekvatorn på cirka 1 grads latitud, eller 111 kilometer (69 mi), per dag.
Oegentligheter
MJO:s rörelse runt jordklotet kan ibland sakta ner eller avstanna under sommaren på norra halvklotet och tidig höst, vilket leder till konsekvent ökad nederbörd på ena sidan av jordklotet och konsekvent minskad nederbörd på andra sidan. Detta kan också hända tidigt på året. MJO kan också vara tyst under en period, vilket leder till icke-avvikande stormaktivitet i varje region av världen.
Lokala effekter
Anslutning till monsunen
Under sommarsäsongen på norra halvklotet är de MJO-relaterade effekterna på den indiska och västafrikanska sommarmonsunen väl dokumenterade. MJO-relaterade effekter på den nordamerikanska sommarmonsunen förekommer också, även om de är relativt svagare. MJO-relaterade effekter på de nordamerikanska sommarnederbördsmönstren är starkt kopplade till meridionala (dvs nord–sydliga) justeringar av nederbördsmönstret i östra tropiska Stilla havet. Ett starkt samband mellan det ledande sättet för intrasäsongsvariation i det nordamerikanska monsunsystemet, MJO och ursprungspunkterna för tropiska cykloner finns också.
En period av värmande havstemperaturer påträffas fem till tio dagar före en förstärkning av MJO-relaterad nederbörd över södra Asien. Ett avbrott i den asiatiska monsunen, normalt under juli månad, har tillskrivits Madden–Julian-svängningen efter att dess förstärkta fas flyttat till öster om regionen in i det öppna tropiska Stilla havet.
Inflytande på tropisk cyklogenes
Tropiska cykloner förekommer under hela den boreala varma säsongen (vanligtvis maj–november) i både norra Stilla havet och norra Atlanten – men varje givet år har perioder av ökad eller undertryckt aktivitet under säsongen. Bevis tyder på att Madden-Julian-oscillationen modulerar denna aktivitet (särskilt för de starkaste stormarna) genom att tillhandahålla en storskalig miljö som är gynnsam (eller ogynnsam) för utveckling. MJO-relaterad nedåtgående rörelse är inte gynnsam för utveckling av tropiska stormar. MJO-relaterad stigande rörelse är dock ett gynnsamt mönster för bildandet av åskväder inom tropikerna, vilket är ganska gynnsamt för utveckling av tropiska stormar. När MJO fortskrider österut, skiftar den gynnade regionen för tropisk cyklonaktivitet också österut från västra Stilla havet till östra Stilla havet och slutligen till Atlanten.
Ett omvänt förhållande finns mellan tropisk cyklonaktivitet i västra norra Stillahavsbassängen och norra Atlanten. När en bassäng är aktiv är den andra normalt tyst, och vice versa. Den främsta anledningen till detta verkar vara fasen av MJO, som normalt är i motsatta lägen mellan de två bassängerna vid varje given tidpunkt. Även om detta förhållande verkar robust, är MJO en av många faktorer som bidrar till utvecklingen av tropiska cykloner. Till exempel måste havsytans temperaturer vara tillräckligt varm och vertikal vindskjuvning måste vara tillräckligt svag för att tropiska störningar ska bildas och kvarstå. Men MJO påverkar också dessa förhållanden som underlättar eller undertrycker tropisk cyklonbildning. MJO övervakas rutinmässigt av både USA National Hurricane Center och USA Climate Prediction Center under den atlantiska orkansäsongen ( tropisk cyklon ) för att hjälpa till att förutse perioder av relativ aktivitet eller inaktivitet.
Nedströms effekter
Länk till El Niño-södra oscillationen
Det finns en stark år-till-år (mellanårlig) variation i Madden–Julian svängningsaktivitet, med långa perioder av stark aktivitet följt av perioder då svängningen är svag eller frånvarande. Denna mellanåriga variation av MJO är delvis kopplad till El Niño–Southern Oscillation ( ENSO) cykeln. I Stilla havet observeras stark MJO-aktivitet ofta 6 till 12 månader före början av en El Niño -episod, men är praktiskt taget frånvarande under maxima för vissa El Niño-episoder, medan MJO-aktivitet vanligtvis är större under en La Niña -episod. Starka händelser i Madden–Julian-svängningen under en serie månader i västra Stilla havet kan påskynda utvecklingen av en El Niño eller La Niña men leder vanligtvis inte i sig till att en varm eller kall ENSO-händelse börjar. Observationer tyder dock på att El Niño 1982-1983 utvecklades snabbt under juli 1982 som ett direkt svar på en Kelvin-våg utlöst av en MJO-händelse i slutet av maj. Vidare kan förändringar i strukturen för MJO med säsongscykeln och ENSO underlätta mer betydande effekter av MJO på ENSO. Till exempel är de västliga ytvindarna associerade med aktiv MJO-konvektion starkare under avancemang mot El Niño och de östliga ytvindarna associerade med den undertryckta konvektionsfasen är starkare under avancemang mot La Niña. Globalt sett bestäms den årliga variabiliteten av MJO mest av atmosfärisk inre dynamik, snarare än ytförhållanden. [ förtydligande behövs ]
Nordamerikansk vinternederbörd
De starkaste effekterna av intrasäsongsvariationer på USA inträffar under vintermånaderna över västra USA. Under vintern får denna region huvuddelen av sin årliga nederbörd . Stormar i denna region kan pågå i flera dagar eller mer och åtföljs ofta av ihållande atmosfäriska cirkulationsegenskaper . Särskilt oroande är extrema nederbördshändelser kopplade till översvämningar . Starka bevis tyder på en koppling mellan väder och klimat i denna region från studier som har relaterat El Niño Southern Oscillation till regional nederbördsvariabilitet. I det tropiska Stilla havet kännetecknas vintrar med svag till måttlig kyla, eller La Niña, episoder eller ENSO-neutrala förhållanden ofta av ökad 30- till 60-dagars Madden-Julian-svängningsaktivitet. Ett färskt exempel är vintern 1996–1997, som innehöll kraftiga översvämningar i Kalifornien och i Pacific Northwest (uppskattade skadekostnader på 2,0–3,0 miljarder dollar vid tidpunkten för händelsen) och en mycket aktiv MJO. Sådana vintrar kännetecknas också av relativt små havstemperaturavvikelser i det tropiska Stilla havet jämfört med starkare varma och kalla episoder. Under dessa vintrar finns det en starkare koppling mellan MJO-händelserna och extrema nederbördshändelser på västkusten.
Ananas Express-evenemang
Det typiska scenariot som kopplar mönstret av tropiskt nederbörd i samband med MJO till extrema nederbördshändelser i Pacific Northwest har ett progressivt (dvs. österut) cirkulationsmönster i tropikerna och ett retrograderande (dvs. västerut) cirkulationsmönster i mitten av latituderna Norra Stilla havet. Typiska vinteravvikelser som föregår kraftiga nederbördshändelser i nordvästra Stilla havet är följande:
- 7–10 dagar före händelsen med kraftig nederbörd: Kraftig tropisk nederbörd i samband med MJO skiftar österut från östra Indiska oceanen till västra tropiska Stilla havet. En fuktplym sträcker sig nordost från västra tropiska Stilla havet mot Hawaiiöarnas allmänna närhet . En stark blockerande anticyklon finns i Alaskabukten med en stark polär jetström runt sin norra flank.
- 3–5 dagar före den kraftiga nederbörden: Kraftig tropisk nederbörd skiftar österut mot datumlinjen och börjar minska. Den associerade fuktplymen sträcker sig längre mot nordost och korsar ofta Hawaiiöarna. Den starka blockerande högen försvagas och skiftar västerut. jetströmmen i norra Stilla havet utvecklas, kännetecknad av en ökning av amplituden och arean av de övre troposfäriska västliga zonvindarna på blockets södra flank och en minskning på dess norra flank. De tropiska och extra tropiska cirkulationsmönstren börjar "fasa", vilket gör det möjligt för ett utvecklande medelhög latitud att knacka på fuktplymen som sträcker sig från de djupa tropikerna.
- Den kraftiga nederbörden: När mönstret av ökat tropiskt nederbörd fortsätter att skifta längre österut och försvagas, sträcker sig den djupa tropiska fuktplymen från det subtropiska centrala Stilla havet till mitten av latitudtråget som nu ligger utanför Nordamerikas västkust. Jetströmmen på övre nivåer sträcker sig över norra Stilla havet med den genomsnittliga jetpositionen in i Nordamerika i nordvästra USA. Det djupa lågtrycket som ligger nära Stilla havets nordvästra kust kan ge upp till flera dagar av kraftigt regn och möjliga översvämningar. Dessa händelser kallas ofta Pineapple Express -evenemang, så namngivna eftersom en betydande del av den djupa tropiska fukten passerar Hawaiiöarna på väg mot västra Nordamerika.
Under hela denna utveckling observeras retrogression av de storskaliga atmosfäriska cirkulationsegenskaperna i den östra Stillahavs-Nordamerikanska sektorn. Många av dessa händelser kännetecknas av utvecklingen av den tyngsta nederbörden från söder till norr längs Stilla havets nordvästra kust under en period av flera dagar till mer än en vecka. Det är dock viktigt att skilja de enskilda i synoptisk skala, som i allmänhet rör sig från väst till öst, från det övergripande storskaliga mönstret, som uppvisar retrogression.
En koherent samtidig relation finns mellan den longitudinella positionen för maximal MJO-relaterad nederbörd och platsen för extrema nederbördshändelser på västkusten. Extrema händelser i Pacific Northwest åtföljs av ökad nederbörd över det västra tropiska Stilla havet och regionen i Sydostasien som av meteorologer kallas den maritima kontinenten , med undertryckt nederbörd över Indiska oceanen och centrala Stilla havet. När området av intresse skiftar från Pacific Northwest till Kalifornien , flyttas regionen med ökad tropisk nederbörd längre österut. Till exempel, extrema nederbördshändelser i södra Kalifornien åtföljs vanligtvis av ökad nederbörd nära 170°O. Det är dock viktigt att notera att den övergripande kopplingen mellan MJO och extrema nederbördshändelser på västkusten försvagas när området av intresse förskjuts söderut längs USA:s västkust.
Det finns variation från fall till fall i amplituden och longitudinell utsträckning av den MJO-relaterade nederbörden, så detta bör endast ses som ett allmänt samband.
Förklara MJO:s dynamik med ekvatorialmodoner och ekvatorialjustering
Utbredningsstruktur österut av barotropisk ekvatorialmodon
2019 rapporterade Rostami och Zeitlin en upptäckt av stadiga, långlivade, långsamt österutgående storskaliga koherenta tvillingcykloner, så kallade ekvatorialmodoner, med hjälp av en fuktkonvektiv roterande grunt vattenmodell. De grövsta barotropiska egenskaperna hos MJO såsom utbredning österut längs ekvatorn, långsam fashastighet, hydrodynamisk koherent struktur, den konvergenta zonen av fuktig konvektion, fångas av Rostami och Zeitlins modon. Att ha en exakt lösning av strömlinjer för inre och yttre regioner av ekvatorial asymptotisk modon är en annan egenskap hos denna struktur. Det visas att sådana österutgående koherenta dipolära strukturer kan produceras under geostrofisk justering av lokaliserade storskaliga tryckanomalier i den diabatiska fuktkonvektiva miljön på ekvatorn.
Generering av MJO-liknande struktur genom geostrofisk justering i den nedre troposfären
År 2020 visade en studie att processen med avslappning (justering) av lokaliserade storskaliga tryckavvikelser i den nedre ekvatorialtroposfären, genererar strukturer som starkt liknar Madden Julian Oscillation (MJO)-händelserna, som ses i virvel-, tryck- och fuktfält . Det har faktiskt visat sig att baroklinitet och fuktig konvektion väsentligt förändrar scenariot för den kvasi-barotropiska "torra" justeringen, som etablerades inom ramen för modellen för ett lager grunt vatten och som i långvågssektorn består av utsläpp av ekvatoriala Rossby-vågor, med dipolär meridional struktur, i väster, och av ekvatoriala Kelvin-vågor, i öster. Om fuktig konvektion är tillräckligt stark, omvandlas en dipolär cyklonstruktur, som uppträder i justeringsprocessen som ett Rossby-vågssvar på störningen, till en koherent modonliknande struktur i det nedre lagret, som kopplas ihop med en baroklinisk Kelvin-våg genom en zon med förstärkt konvektion och producerar, i de inledande stadierna av processen, ett självupprätthållande långsamt österut-utbredning zonalt dissymmetriskt kvadrupolär virvelmönster.
2022 avancerade Rostami et al sin teori. Med hjälp av en ny flerlagers pseudospektral fuktkonvektiv Thermal Rotating Shallow Water (mcTRSW) modell i en hel sfär, presenterade de en möjlig ekvatorial justering bortom Gills mekanism för MJO:s tillkomst och dynamik. Enligt denna teori kan en MJO-liknande struktur som utbreder sig österut genereras på ett självförsörjande och självgående sätt på grund av olinjär avslappning (justering) av en storskalig positiv flytkraftsanomali, deprimerad anomali eller en kombination av dem, så snart denna anomali når en kritisk tröskel i närvaro av fuktig konvektion vid ekvatorn. Denna MJO-liknande episod har en konvektivt kopplad "hybridstruktur" som består av en "kvasi-ekvatoriell modon", med ett förstärkt virvelpar och en konvektivt kopplad baroklinisk Kelvin-våg (BKW), med högre fashastighet än den för dipolär struktur på den intrasäsongsbetonade tidsskalan. Interaktion av BKW, efter att ha cirkumnavigerat runt ekvatorn, med en ny storskalig flytkraftsanomali kan bidra till excitation av en återkommande generation av nästa cykel av MJO-liknande struktur. Sammantaget fångar den genererade "hybridstrukturen" några av de råaste egenskaperna hos MJO, inklusive dess fyrpolära struktur, konvektiv aktivitet, kondensationsmönster, virvelfält, fashastighet och västliga och östliga inflöden i den nedre och övre troposfären. fuktmatad konvektion är en nödvändig förutsättning för att "hybridstrukturen" ska exciteras och bibehållas i den föreslagna teorin i denna teori, den skiljer sig fundamentalt från fuktmoden. Eftersom den barotropiska ekvatorialmodonen och BKW också finns i " torra" miljöer, medan det inte finns några liknande "torra" dynamiska grundstrukturer i moisture-mode-teorierna. Den föreslagna teorin kan vara en möjlig mekanism för att förklara MJO:s tillkomst och ryggradsstruktur och för att konvergera några teorier som tidigare verkade divergerande.
Klimatförändringarnas inverkan på MJO
MJO färdas en sträcka på 12 000–20 000 km över de tropiska haven, främst över Indo-Stillahavsbadet, som har havstemperaturer som i allmänhet är varmare än 28 °C. Den här varma poolen från Indo-Stillahavsområdet har värmts upp snabbt och förändrat MJO:s uppehållstid över de tropiska haven. Medan den totala livslängden för MJO förblir i 30–60 dagars tidsskalan, har dess uppehållstid förkortats över Indiska oceanen med 3–4 dagar (från i genomsnitt 19 dagar till 15 dagar) och ökat med 5–6 dagar över västra Stilla havet (från i genomsnitt 18 dagar till 23 dagar). Denna förändring av MJO:s uppehållstid har förändrat regnmönstren över hela världen.
externa länkar
- "Dagliga Madden–Julian Oscillation Index" . National Weather Service Climate Prediction Center . Hämtad 29 mars 2005 .
- "MJO hemsida" . Forskningsenheten för jordbruksproduktionssystem . Arkiverad från originalet den 12 juni 2007 . Hämtad 13 juli 2007 .
- "Inflytandet av intrasäsongsvariationer av tropisk konvektion på havsytans temperaturer i början av El Niño 1997–98" . NOAA-CIRES Climate Diagnostics Center Climate Research Spotlight . Hämtad 29 mars 2005 .
- Lin, J.; Kiladis, GN; Mapes, BE; Weickmann, KM; Sperber, KR; Lin, W.; Wheeler, MC; Schubert, SD; Del Genio, A.; Donner, LJ; Emori, S.; Gueremy, J.; Hourdin, F.; Rasch, PJ; Roeckner, E.; Scinocca, JF (2006). "Tropisk intrasäsongsvariation i 14 IPCC AR4 klimatmodeller. Del I: Konvektiva signaler". Journal of Climate . 19 (12): 2665–90. Bibcode : 2006JCli...19.2665L . doi : 10.1175/JCLI3735.1 . hdl : 11858/00-001M-0000-0011-FC85-9 .
- Kim, J.; Ho, C.; Kim, H.; Sui, C.; Park, SK (2008). "Systematisk variation av sommarens tropiska cyklonaktivitet i västra norra Stilla havet i förhållande till Madden-Julian-oscillationen" . J. Klimat . 21 (6): 1171–91. Bibcode : 2008JCli...21.1171K . doi : 10.1175/2007JCLI1493.1 .
- Ho, C.-H.; Kim, J.-H.; Jeong, J.-H.; Kim, H.-S.; Chen, D. (2006). "Variation av tropisk cyklonaktivitet i södra Indiska oceanen: El Niño–södra oscillation och Madden–Julian oscillationseffekter". Journal of Geophysical Research . 111 (D22): D22101. Bibcode : 2006JGRD..11122101H . doi : 10.1029/2006JD007289 .