Cyrkulacja termohalinowa na Atlantyku Północnym a temperatura powietrza w Polsce (1961-2010)

• Autorzy: Marsz A. A.

Warianty tytułu

EN

Thermohaline Circulation in the North Atlantic and the Air Temperature in Poland (1961-2010)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca omawia związki między zmiennością intensywności AMOC (Atlantic Meridional Overturning Circulation) a temperaturą powietrza w Polsce. Badany okres obejmuje lata 1961-2010. Zmienność AMOC charakteryzuje opracowany przez autora wskaźnik DG_3L (jego przebieg – patrz ryc. 5). Stwierdzono występowanie na obszarze Polski umiarkowanej siły, ale istotnych statystycznie ( r od +0,45 do 0,55) związków temperatury rocznej z tym wskaźnikiem (ryc. 1 i 2). Analiza związków miesięcznych wykazała występowanie w niektórych miesiącach roku (ryc. 3, tab. 1) istotnych statystycznie (p < 0,05) korelacji między DG_3L a temperaturą na części lub całym obszarze kraju. Najsilniejsze i obejmujące cały obszar Polski korelacje występują w kwietniu, lipcu i sierpniu (ryc. 3; IV, VII, VIII). Stwierdzono również występowanie słabszych związków asynchronicznych, w których zmiany DG_3L wyprzedzają w czasie o rok zmiany temperatury. Badania nad przyczynami występowania tych związków wykazały, że wraz ze wzrostem intensywności AMOC rośnie frekwencja wystąpienia makrotypu cyrkulacji środkowotroposferycznej W i jednocześnie maleje frekwencja makrotypu E według klasyfikacji Wangengejma-Girsa (tab. 2, ryc. 4). Stanowi to odbicie rozkładu przestrzennego zasobów ciepła w Atlantyku Północnym. Każdy z tych makrotypów, poprzez powiązane z nim sytuacje synoptyczne (pola SLP), modyfikuje kierunki napływu mas nad Polskę, zmieniając udział składowych strefowych i merydionalnych wiatru geostroficznego na dolnych poziomach. Wzrost frekwencji makrotypu W pociąga za sobą wzrost częstości napływu powietrza z W i S (tab. 3), a jednocześnie ogranicza frekwencję makrotypu E, z którym związane są napływy z kierunków N i E, co ostatecznie prowadzi do zmian temperatury powietrza w kierunku jej wzrostu. Z gwałtownym wzrostem natężenia AMOC po roku 1988 związany jest równie gwałtowny wzrost frekwencji makrotypu W i jednoczesny spadek frekwencji makrotypu E. Doprowadziło to do wzrostu częstości i intensywności napływów powietrza z SW i W, co skutkuje zróżnicowanym co do wartości wzrostem temperatury we wszystkich miesiącach roku. Ograniczenie frekwencji makrotypu E w chłodnej porze roku (ryc. 6) zmieniło charakter zim, w kierunku eliminacji zim ostrych i protekcji zim łagodnych. W rezultacie po roku1988 doszło do zmiany reżimu termicznego zim, co w konsekwencji zmieniło przebieg temperatury rocznej (nagły wzrost o 1°C i zmniejszenie zakresu jej zmienności (patrz ryc. 1 i 7). Konkluzją pracy jest stwierdzenie, że zmiany stanu termicznego Atlantyku Północnego, powodowane przez zmienność AMOC, poprzez sterowanie zmianami cyrkulacji atmosferycznej w atlantycko-eurazjatyckim sektorze cyrkulacyjnym, sterują zmianami klimatu na obszarze Europy i Polski. Przyczyną nagłej zmiany klimatycznej (climate shift) między rokiem 1987 a 1989 nad Europą, w tym i Polską, było gwałtowne przejście AMOC (i AMO) z fazy negatywnej do fazy pozytywnej. Wnioski te potwierdzają wyniki wcześniejszych badań Suttona i Donga (2012) oraz tych badaczy, którzy w zmianach stanu termicznego Atlantyku i zmianach intensywności cyrkulacji termohalinowej dopatrują się głównej przyczyny multidekadowych zmian klimatu.

EN

The work discusses the relationship between variability of intensity of AMOC (Atlantic Meridional Overturning Circulation) and the air temperature in Poland. The examined period covers the years from 1961 to 2010. AMOC variability is characterized by the author’s own DG_3L index (its course - see Fig. 5). Statistically significant (r from 0.45 to 0.55), although not very strong, correlation between DG_3L and annual air temperature was noted in Poland (Fig. 1 and 2). Analysis of monthly correlations showed the presence of statistically significant (p <0.05) correlation between DG_3L and temperature all over the country or over part of its region in certain months of the year (Fig. 3, Tab. 1). The strongest correlations occur in April, July and August and are observed all over Poland (Fig. 3, IV, VII, VIII). Weak asynchronous correlations were also noted but changes in DG3L occur one year before changes in temperature are observed. Research into the reasons for the occurrence of these correlations showed that the increase in the intensity of AMOC is accompanied by increase in frequency of occurrence of mid-tropospheric circulation of W macro-type, according to the Wangengejm-Girs classification, while the frequency of E macro-type decreases (Tab. 2, Fig. 4). This reflects spatial distribution of heat resources in the North Atlantic. Each of these macro-types, via their synoptic situation (SLP field), modifies the direction of flow of the masses over Poland, changing the share of meridional and zonal components of geostrophic wind in lower levels. The increase in frequency of W macro-type entails increase in the frequency of air flow from W and S (Tab. 3) at the same time reducing the frequency of E macro-type, which is connected with inflow from directions N and E. This eventually leads to changes in air temperature, i.e. its increase. The sharp increase in intensity of AMOC after 1988 is associated with an equally rapid increase in frequency of W macro-type and simultaneous decrease in frequency of E macro-type. This led to an increase in the frequency and intensity of air inflows from SW and W, which results in differing values of temperature increase in all months of the year. Limitation of E macro-type frequency in the cold season (Fig. 6) changed the nature of winters, i.e. eliminating severe winters and protecting mild winters. As a result, after 1988, there was a change in thermal regime of winters, which, in turn, changed the course of the annual temperature (sudden increase by 1°C and a reduction in the range of its variability (see Fig. 1 and 7). The conclusion of the work is that the changes in the thermal state of the North Atlantic, caused by the variability of AMOC, control climate changes in Europe and Poland, by controlling changes in the atmospheric circulation in the Atlantic-Eurasian circulation sector. The reason for abrupt climate shift between 1987 and 1989 over Europe, including Poland, was the violent transition of AMOC (and AMO) from a negative phase to a positive phase. These conclusions are confirmed by the results of earlier research by Sutton and Dong (2012), as well as by these researchers, who claim that the main cause of multi-decade changes in climate is attributed to thermal state of the Atlantic and changes in the intensity of thermohaline circulation.

Słowa kluczowe

PL

Polska; temperatura powietrza; cyrkulacja termohalinowa; Atlantyk Północny; cyrkulacja atmosferyczna

EN

Poland; surface air temperature; thermohaline circulation; North Atlantic; atmospheric circulation

• Wydawca: Polskie Towarzystwa Geofizyczne ; Komitet Geofizyki PAN
• Czasopismo: Przegląd Geofizyczny
• Rocznik: 2015
• Tom: Z. 3-4
• Strony: 109--131
• Opis fizyczny: Bibliogr. 46 poz., tab., wykr., mapy

Twórcy

autor

Marsz A. A.

• Polskie Towarzystwo Geofizyczne, Oddział Bałtycki

Bibliografia

• 1.Andronova N. G., Schlesinger M. E., 2000, Causes of global temperature change during the 19th and 20th centuries. Geophysical Research Letters, 27, 2137-2140.
• 2.Baranov E. I., 1979. Izmenchivost’ raskhodov vody na standartnykh rarezakh cherez Golfstrim, Floridskoe i Antilskoe techeniya. Trudy GOI, 146, 3-13.
• 3.Baryshevskaya G. I., Shinkevich N. G., 1979, O vozmozhnykh prichinakh izmeneniya razkhodov vod yuzhnoj vetvii Golfstrima. Trudy GOI, 150, 76-82.
• 4.Boryczka J., Stopa-Boryczka M., Baranowski D., Błażek E., Skrzypczuk J., 2001, Deformacja pola temperatury powietrza przez Ocean Atlantycki – odchylenia gradientów horyzontalnych od południków lokalnych. [w:] Atlas współzależności parametrów meteorologicznych i geograficznych w Polsce, XV, Prognozy zmian klimatu miast Europy, Wyd. Uniwersytetu Warszawskiego,187-188.
• 5. Chałubińska A., 1949, Izoanomale rocznej temperatury w Polsce. Annales UMCS w Lublinie, 4, 2, 19-32.
• 6.Chylek P., Klett J. D., Lesins G., Dubey M. K., Hengartner N., 2014, The Atlantic Multidecadal Oscillation as a dominant factor of oceanic influence on climate. Geophysical Research Letters, 41; DOI: 10.1002/2014GL059274.
• 7.Chiang J. C. H., Vimont D. J., 2004, Analagous meridional modes of atmosphere-ocean variability in the tropical Pacific and tropical Atlantic. Journal of Climate,17, 21, 4143-4158.
• 8.Delworth T. L., Greatbatch R. J, 2000, Multidecadal thermohaline circulation variability driven by atmospheric surface flux forcing. Journal of Climate, 13, 9, 1481-1495.
• 9.Delworth T. L., Knutson T. R., 2000, Simulation of Early 20th Century Global Warming. Science, 287 (5461), 2246-2250.
• 10.Delworth T. L., Mann M. E., 2000, Observed and simulated multidecadal variability in the Northern Hemisphere. Climate Dynamics, 16, 661-676.
• 11.Delworth T. L., Clark P. U., Holland M., Johns W. E., Kuhlbrodt T., Lynch-Stieglitz J., Morrill C., Seager R., Weaver A. J., Zhang R., 2008, The potential for abrupt change in the Atlantic Meridional Overturning Circulation, Abrupt Climate Change: Final Report, Synthesis & Assessment Product 3.4, CSSP, Reston, VA, U.S. Geological Survey, 258-359.
• 12.Dickson R., Lazier J., Meincke J., Rhines P., Swift J., 1996, Long-term coordinated changes in the convective activity of the North Atlantic. Progress in Oceanography, 38, 241-295.
• 13.Dijkstra H. A., te Raa L., Schmeits M., Gerrits J., 2006, On the physics of the Atlantic Multidecadal Oscillation. Ocean Dynamics 56, 36-50. DOI 10.1007/s10236-005-0043-0.
• 14.Dima M., Lohmann G., 2007, A Hemispheric Mechanism for the Atlantic Multidecadal Oscillation. Journal of Climate, 20 (11); 2706-2719. doi: http://dx.doi.org/10.1175/ JCLI4174.1.
• 15.Dimitrieev A. A., Belyazo V. A., 2006, Kosmos, planetarnaya klimaticheskaya izmenchivost’ i atmosfera polyarnykh regionov. Gidrometeoizdat, St. Peterburg, ss. 358.
• 16.Enfield D. B., Mestas-Nunez A. M., Trimble P. J., 2001. The Atlantic multidecadal oscillation and its relation to rainfall and river flows in the continental U.S. Geophysical Research Letters, 28 (10); 2077-2080, 2000GL012745.
• 17.Ewert A., 1973, Zagadnienie kontynentalizmu termicznego klimatu Polski i Europy na tle kontynentalizmu kuli ziemskiej. Prace i Studia IG UW, 11, Klimatologia, 6, 9-17.
• 18.Girs A. A., 1964, O sozdanii edinoj klassifikacii makrosinopticheskikh processov Severnogo polushariya. Meteorologiya i Gidrologiya, 4, 11-18.
• 19.Girs A. A., 1981, K voprosu o fomakh atmosfernoi cirkulacii i ikh prognosticheskom ispolzovanii. Trudy AANII, 373, 4-13.
• 20.Gray S. T., Graumlich L. J., Betancourt J. L., Pederson G. T., 2004, A tree-ring based reconstruction of the Atlantic Multidecadal Oscillation since 1567 A.D. Geophysical Research Letters, 31; L12205, doi:10.1029/2004GL019932.
• 21.Januszewski J., 1963, Kontynentalizm termiczny w Europie w świetle wzoru W. Gorczyńskiego. Prz. Geogr., 35, 3; 423-429.
• 22.Kalnay E., Kanamitsu M., Kistler R., Collins W., Deaven D., Gandin, L. Iredell M., Saha S., White G., Woollen J., Zhu Y., Leetmaa A., Reynolds B., Chelliah M., Ebisuzaki W., Higgins W., Janowiak J., Mo K. C., Ropelewski C., Wang J., Jenne R., Joseph D., 1996, The NCEP/NCAR 40-Year Reanalysis Project. Bulletin of the American Meteorological Society, 77; 437-470.
• 23.Kerr R. A., 2000, A North Atlantic Climate Pacemaker for the Centuries. Science, 288 (5473); 1984-1985. DOI: 10.1126/science.288.5473.1984.
• 24.Kerr R. A., 2005, Atlantic Climate Pacemaker for Millennia Past, Decades Hence? Science, 309 (5731); 41–43. DOI: 10.1126/science.309.5731.41.
• 25.Knight J. R., 2009, The Atlantic Multidecadal Oscillation Inferred from the Forced Climate Response in Coupled General Circulation Models. Journal of Climate, 22 (7); 1610-1625. DOIi: http://dx.doi.org/10.1175/2008JCLI2628.1.
• 26.Knight J. R., Allan R. J., Folland C. K., Vellinga M., Mann M. E., 2005, A signature of persistent natural thermohaline circulation cycles in observed climate. Geophysical Research Letters, 32, L20708, doi:10.1029/2005GL024233.
• 27.Kożuchowski K., 2004, Cyrkulacja atmosferyczna nad Polską i jej wpływ na warunki klimatyczne. [w:] K. Kożuchowski (red.) Skala, uwarunkowania i perspektywy współczesnych zmian klimatycznych w Polsce. Łódź, 67-87.
• 28.Kożuchowski K., Marciniak K., 1986, Fluktuacje kontynentalizmu klimatu Polski na tle warunków cyrkulacyjnych i solarnych (1881-1980). Prz. Geof., 31, 2, 139-152.
• 29.Kuhlbrodt T., Griesel A., Montoya M., Levermann A., Hofmann M., Rahmstorf S., 2007, On the driving processes of the Atlantic meridional overturning circulation. Reviews of Geophysics, 45 2, 1-32; DOI: 10.1029/2004RG000166.
• 30.Marsz A., 2005, Czy cyrkulacja atmosferyczna jest zdeterminowana i przewidywalna? [w:] E. Bogdanowicz, U. Kossowska-Cezak, J. Szkutnicki (red.), Ekstremalne zjawiska hydrologiczne i meteorologiczne. PTGeof./IMGW, Warszawa, 32-52
• 31.Marsz A. A., 2011, O związkach między zmianami temperatury powierzchni Morza Sargassowego a zmianami temperatury powietrza na półkuli północnej (1880-2007). Landform Analysis, 15; 17-38.
• 32.Marsz A., Styszyńska A., 2000, Fazy kontynentalizacji i oceanizacji klimatu nad obszarem Bałtyku w XIX i XX wieku. Acta Universitatis Nicolai Copernici, 106, Geografia 31, 183-201.
• 33.Marsz A. A., Styszyńska A., 2009, Oceanic control of the warming processes in the Arctic - a different point of view for the reasons of changes in the Arctic climate. Problemy Klimatologii Polarnej, 19, 7-31.
• 34.Osuchowska-Klein B., 1978, Katalog typów cyrkulacji atmosferycznej. WKiŁ, Warszawa, ss. 192.
• 35.Osuchowska-Klein B., 1991, Katalog typów cyrkulacji atmosferycznej (1976-1990). IMGW, Warszawa, ss. 50.
• 36.Pohlmann H., Sienz F., Latif M., 2006, Influence of the Multidecadal Atlantic Meridional Overturning Circulation Variability on European Climate. Journal of Climate, 19 (23); 6062-6067. doi: http://dx.doi.org/10.1175/JCLI3941.1
• 37.Schlesinger M. E., Ramankutty N., 1994, An oscillation in the global climate system of period 65–70 years. Nature, 367(6465), 723-726.
• 38.Smith T. M., Reynolds R. W., Peterson T. C., Lawrimore J., 2008, Improvements to NOAA’s Historical Merged Land-Ocean Surface Temperature Analysis (1880-2006). Journal of Climate, 21 (10): 2283-2296. doi: http://dx.doi.org/10.1175/2007JCLI2100.1.
• 39.Stopa-Boryczka M., Boryczka J., Wągrowska M., Śmiałkowski J., 1994, Cechy oceaniczne klimatu Europy. [w:] Atlas współzależności parametrów meteorologicznych i geograficznych w Polsce, 8, ss. 399.
• 40.Stopa-Boryczka M., Boryczka J., 2009, Wpływ czynników geograficznych na klimat Europy. Prace i Studia Geograficzne, 41, 191-208.
• 41.Sutton R. T., Dong B., 2012, Atlantic Ocean influence on a shift in European climate in the 1990s. Nature Geoscience, 5; 788-792. doi:10.1038/ngeo1595.
• 42.Sutton R. T., Hodson D. L. R., 2005, Atlantic Ocean forcing of North American and European summer climate. Science 30, 115-118.
• 43.Wei W., Lohmann G., 2012, Simulated Atlantic Multidecadal Oscillation during the Holocene. Journal of Climate, 25 (20), 6989-7002. doi: http://dx.doi.org/10.1175/JCLI-D-11-00667.1
• 44.Wibig J., 2004, Pole ciśnienia nad Europą i północnym Atlantykiem a warunki termiczne i opadowe w Polsce. [w:] K. Kożuchowski (red.) Skala, uwarunkowania i perspektywy współczesnych zmian klimatycznych w Polsce. Łódź, 89-119.
• 45.Zhang R., Delworth T. L., Held I. M., 2007, Can the Atlantic Ocean drive the observed multidecadal variability in Northern Hemisphere mean temperature? Geophysical Research Letters, 34, L02709, doi:10.1029/2006GL028683.
• 46.Zhang L., Wang C., 2013, Multidecadal North Atlantic sea surface temperature and Atlantic meridional overturning circulation variability in CMIP5 historical simulations. Journal of Geophysical Research: Oceans, 118 (10), 5772-5791, DOI: 10.1002/jgrc.20390.