Zmienność oscylacji północnoatlantyckiej na podstawie wskaźnika NAODJFM Hurrella (1864-2019)

• Autorzy: Kożuchowski Krzysztof , Wibig Joanna

Identyfikatory

DOI

10.32045/PG-2021-022

Warianty tytułu

EN

Variation of the North Atlantic oscillation according to Hurrell’s NAODJFM index (1864-2019)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł przedstawia statystyki opisujące zmienność czasową wskaźnika NAO_DJFM, w tym zmienność różnic między wskaźnikami w kolejnych latach (Δ_i= NAO_DJFMi+1 – NAO_DJFMi). Przedstawiono także zmiany rozkładu częstości indeksów w konsekutywnych 10-leciach okresu 1864-2019. Analiza krótkoterminowej zmienności wskaźnika NAO_DJFM wykazuje, że w jego szeregu czasowym dominuje istotna, negatywna autokorelacja zmian wskaźnika z roku na rok (r1= -0,47). Przyrosty wskaźnika następują najczęściej po spadkach jego wartości (i odwrotnie), a następstwo znaków zmian między kolejnymi wartościami indeksu (Δ_i) nie różni się znacząco od następstwa zmian w szeregu losowym (Tab. 3, 4, 5). Średnia bezwzględna różnica między kolejnymi wartościami indeksu w szeregu czasowym (|Δ_i|) jest większa od odchylenia standardowego w zbiorze wartości NAO_DJFM, a wariancja zmian (Δ_i) stanowi 1,75 wariancji indeksu NAO_DJFM. Występują śladowe oznaki bezwładności w szeregu wskaźnika: autokorelacja (r1= 0,14) nie jest statystycznie istotna, przy czym zarówno inercja NAO_DJFM, jak i zbieżność przyrostów/ spadków indeksu wykazuje wyraźną niestabilność w ciągu analizowanego okresu (Rys. 1). Znaleziono pewne oznaki stabilności najwyższych wartości indeksu NAO_DJFM (tab. 3). W skali dekad występują znaczące zmiany frakcji indeksu, określonych przez kwartyle oraz 1. i 9. decyl rozkładu NAO_DJFM: w serii konsekutywnych 10-leci ekstremalnymi rozkładami wyróżniają się okresy 1962-71 i 1986-95 (tab. 9). Stosując wskaźnik frekwencji, określony na podstawie kumulowanych częstości indeksu NAO_DJFM>Q1 + NAO_DJFM>Q2 + NAO_DJFM>Q3 (gdzie Q oznacza kwartyle 1. 2. i 3), wyróżniono dekady, w których wskaźnik przyjmuje znacząco wysokie lub znacząco niskie wartości (Tab. 8). W analizowanym wieloleciu 1864-2019 wydzielono dwie epoki dominacji wysokich wartości NAO_DJFM (epoki nasilonej cyrkulacji strefowej 1905-1914 i 1985-2000) oraz epokę znaczącej przewagi niskich wartości indeksu (epokę rozwoju południkowych form cyrkulacji 1955-1972).

EN

The article presents statistics describing the temporal variation of the NAO_DJFM index, including the variation of the differences between the indices in successive years (Δ_i = NAO_DJFMi+1 -NAO_DJFMi). Changes in the frequency distribution of indices in consecutive 10-year periods between 1864 and 2019 are also presented. An analysis of the short-term variation of the NAO_DJFM index shows that its time series is dominated by a significant, negative autocorrelation of year-to-year changes in the index (r1 = -0.47). Increments of the index usually follow decreases in its value (and vice versa), and the sequence of signs of changes between successive index values (Δ_i) does not differ significantly from the sequence of changes in a random series (Table 3, 4, 5). The mean absolute difference between successive index values in a time series (|Δ_i|) is greater than the standard deviation in the NAO_DJFM value set, and the variance of changes (Δ_i) is 1.75 of the NAO_DJFM index variance. There are traces of persistence in the index series: autocorrelation (r1 = 0.14) is not statistically significant, and both the NAO_DJFM persistence and the convergence of increases/decreases in the index show clear instability over the analyzed period (Fig. 1). Some signs of stability of the highest values of the NAO_DJFM index were found (Table 3). On a decadal scale, there are significant changes in the index fractions defined by quartiles and the 1st and 9th deciles of the NAO_DJFM distribution: in the series of 10 consecutive years, the periods 1962-71 and 1986-95 are distinguished by extreme distributions (Table 9). Using the frequency index determined on the basis of the cumulative frequencies of the index NAO_DJFM>Q1 + NAO_DJFM>Q2 + NAO_DJFM>Q3 (where Q stands for quartiles 1,2 and 3), the decades in which the index had significantly high or significantly low values were distinguished (Table 8). In the analyzed multiannual period 1864-2019, two epochs of domination of high NAO_DJFM values were distinguished (the epochs of intensified zonal circulation 1905-1914 and 1985-2000) and an epoch of significant predominance of low index values (the epoch of development of meridional forms of circulation 1955-1972).

Słowa kluczowe

PL

epoka cyrkulacyjna; autokorelacja; bezwładność; rozkład statystyczny

EN

circulation epoch; autocorrelation; persistency; statistical distribution

• Wydawca: Polskie Towarzystwa Geofizyczne ; Komitet Geofizyki PAN
• Czasopismo: Przegląd Geofizyczny
• Rocznik: 2021
• Tom: Z. 3-4
• Strony: 137--160
• Opis fizyczny: Bibliogr. 42 poz. tab., wykr.

Twórcy

autor

Kożuchowski Krzysztof

• Uniwersytet Łódzki

autor

Wibig Joanna

• Uniwersytet Łódzki

Bibliografia

• [1] Ambaum M.H.P., Hoskins B.J., Stephenson D.B., 2001, Arctic Oscillation or North Atlantic Oscillation?, Journal of Climate, 14 (16), 3495-3507, DOI: 10.1175/1520-0442(2001)014<3495:AGGNA O>2.0.CO;2
• [2] Bartoszek K., 2017, The main characteristics of atmospheric circulation over East-Central Europe from 1871 to 2010, Meteorology and Atmospheric Physics, 129 (2), 113-129, DOI: 10.1007/s00703- 016-0455-z
• [3] Bekryaev R.V., 2019, One mystery of the North Atlantic multi-decadal variation. An attempt of simple explanation, IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 231, DOI: 10.1088/1755-1315/231/1/012008
• [4] Bucha V., 1991, Solar and geomagnetic variability and changes of feather and climate, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestial Physics, 53 (11) , 1161-1172.
• [5] Degirmendžić J., Kożuchowski K., 2018, Circulation epochs based on the Vangenheim-Girs large scale patterns (1891-2010), Acta Universitatis Lodzensis, Folia Geographica Physica, 17, 7-13.
• [6] Degirmendžić J., Kożuchowski K., 2019, Variation of macro-circulation forms over the Atlantic- Eurasian temperate zone according to the Vangengeim-Girs classification, International Journal of Climatology, 39 (13), 4938-4952, DOI: 10.1002/joc.6118
• [7] Degirmendžić J., Kożuchowski K., Wibig J., 2000, Epoki cyrkulacyjne w XX wieku i zmienność typów cyrkulacji w Polsce, Przegląd Geofizyczny, 45 (3-4), 221-239.
• [8] Feldstein S.B., 2000, Tele-connections and ENSO: The timescale, power spectra and climate noise properties, Journal of Climate, 13, 4430-4440.
• [9] Gastineau G., Frankignoul C., 2015, Influence of the North Atlantic SST on the atmospheric circulation during the twentieth century, Journal of Climate, 28 (4), 1396-1416, DOI: 10.1175/JCLI-D-14-00424.1
• [10] Girs A.A., 1974, Makrocirkulacyonnyi metod dolgosrochnykh meteorologicheskikh prognozov, Gi- drometeoizdat, Leningrad, 488 pp.
• [11] Girs A.A., 1971, Mnogoletniie kolebaniia atmosfernoi cirkulacii i dolgosrochnye gidrometeorologicheskiie prognozy, Gidrometeoizdat, Leningrad, 280 pp.
• [12] Gmurman W.J., 1975, Rachunek prawdopodobieństwa i statystyka matematyczna, Wydawnictwo Naukowe Techniczne, Warszawa, 377 pp.
• [13] Hurrell J.W., 1995, Decadal trends in the North Atlantic Oscillation: Regional temperature and precipitation, Science, 269 (5224), 676-679, DOI: 10.1126/science.269.5224.676
• [14] Hurrell J.W., Kushnir Y., Ottersen G., Visbeck M., 2003, An overview of the North Atlantic Oscillation, [in:] The North Atlantic Oscillation: climatic significance and environmental impact, James W. Hurrell, Y. Kushnir, G. Ottersen, M. Visbeck (eds.), Geophysical Monograph, 134, 1-35.
• [15] Hurrell J.W., Kushnir Y., Visbeck M., 2001, The North Atlantic Oscillation, Science's Compass & Perspectives, 291, 603-604.
• [16] Iles C., Hegerl G., 2017, Role of the Atlantic Oscillation in decadal temperature trends, Environmental Research Letters, 12 (11), DOI: 10.1088/1748-9326/aa91527
• [17] Jianping Li., Wang J.X.L., 2003, A new North Atlantic Oscillation index and its variation, Advances in Atmospheric Sciences, 20 (5), 661-676, DOI: 10.1007/BF02915394
• [18] Johnson N.C., Feldstein S.B., Trempley B., 2008, The continuum of Northern Hemisphere teleconnection patterns and a description of the NAO shift with the use of self-organizing maps, Journal of Climate, 21 (23), 6354-6371, DOI: 10.1175/2008JCL12380.1
• [19] Jones P.D., Jonsson T., Wheeler D., 1997, Extension to the North Atlantic Oscillation using early instrumental pressure observations from Gibraltar and south-west Iceland, International Journal of Climatology, 17 (13), 1433-1450, DOI: 10.1002/(SICI)1097-0088(19971115)17:13<1433::AIDJOC203>3.0.CO;2-P
• [20] Marsz A.A., 1999, Oscylacja Północnoatlantycka a reżim termiczny zim na obszarze północno-zachodniej Polski i na polskim wybrzeżu Bałtyku, Przegląd Geograficzny, 71 (3), 225-245
• [21] Marsz A.A., 2019, Geneza NAO i problem stabilności tej postaci cyrkulacji atmosferycznej, [in:] NAO - jej istota, przyczyny i konsekwencje, A. Styszyńska, M. Błaś, K. Migała (eds.), Instytut Geografii i Rozwoju Regionalnego Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław, 31-46.
• [22] Maruyama K., Kai K., Moromoto H., 2018, Solar influences on the North Atlantic Oscillation by wavelet-based multifractal analysis, Journal of Geoscience and Environment Protection, 6 (8), DOI: 10.4236/gep/2018.68010
• [23] Michell J.M., 1966, Climatic changes, WMO Technical Note 79, Geneve, 195 pp.
• [24] Miętus M., 2002, NAO a cyrkulacja atmosferyczna w rejonie Północnego Atlantyku i Europy,[in:] Oscylacja Północnego Atlantyku i jej rola w kształtowaniu zmienności warunków klimatycznych i hydrologicznych Polski, A.A. Marsz, A. Styszyńska (eds.), Akademia Morska w Gdyni, Gdynia, 31-45.
• [25] Norcliffe G.B., 1986, Statystyka dla geografów, PWN, Warszawa, 258 pp.
• [26] Osborn T.J., 2011, Winter 2009/2010 temperatures and record-breaking North Atlantic Oscillation index, Weather, 66 (1), 19-21, DOI: 10.1002/wea.660
• [27] Ostermeier G.M., Wallace J.M., 2003, Trends in the North Atlantic Oscillation - Northern Hemisphere annular mode during the twentieth century, Journal of Climate, 16 (2), 336-341, DOI: 10.1175/1520-0442(2003)016<0336:TITNAO>2.0.CO;2
• [28] Rodwell M.J., Rodwell D.P., Folland C.K., 1999, Oceanic forcing of the wintertime North Atlantic Oscillation and European climate, Nature, 398, 320-323, DOI: 10.1038/18648
• [29] Schlesinger M.F., Ramankutty N., 1994, An oscillation in the global climate system of period 65-70 years, Nature, 367, 723-726, DOI: 10.1038/367723a0
• [30] Sidorenkov N.S., Orlov I.A., 2008, Atmospheric circulation epochs and climate changes, Russan Meteorology and Hydrology, 33 (9), 553-559, DOI: 10.3103/S1068373908090021
• [31] Stephenson D.B., Pavan V., Bojariu R., 2000, Is the North Atlantic Oscillation a random walk?, International Journal of Climatology, 20 (1), 1-18, DOI: 10.1002/(SICI)1097-0088(200001)20:1<1::AID- -JOC456>3.0.CO;2-P
• [32] Styszyńska A., 2002, Wskaźniki NAO a typy cyrkulacji Osuchowskiej-Klein, [in:] Oscylacja Północnego Atlantyku i jej rola w kształtowaniu zmienności warunków klimatycznych i hydrologicznych Polski, A.A. Marsz, A. Styszyńska (eds.), Akademia Morska w Gdyni, Gdynia , 99-109.
• [33] Styszyńska A., 2019, Miary NAO - uwagi na temat „wskaźników NAO”, [in:] NAO - jej istota, przyczyny i konsekwencje, A. Styszyńska, M. Błaś, K. Migała (eds.), Instytut Geografii i Rozwoju Regionalnego Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław, 7-18.
• [34] Styszyńska A., Migała K., Urban G., 2019, Reakcja miesięcznej i sezonowej temperatury powietrza na północnym skłonie Karkonoszy i ich przedpolu na zmiany wskaźnika NAO, [in:] NAO - jej istota, przyczyny i konsekwencje, A. Styszyńska, M. Błaś, K. Migała (eds.), Instytut Geografii i Rozwoju Regionalnego Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław, 75-92.
• [35] Sutton R.T., Dong B., 2012, Atlantic Ocean influence on a shift in European climate in the 1990's, Nature Geosciences, 5, 788-792, DOI: 10.1038/ngeo1595
• [36] Świerczyńska-Chlaścik M., Niedzielski T., 2020, Forecasting the North Atlantic Oscillation Index using altimetric sea level anomalies, Acta Geodaetica and Geophysica, 55, 531-553, DOI: 10.1007/ s40328-020-00313-5
• [37] Threjll P., Christiansen B., Gleisner H., 2003, On correlations between the North Atlantic Oscillation, geopotential heights, and geomagnetic activity, Geophysical Research Letters, 30 (6); DOI: 10.1029/2002GL016598
• [38] Visbeck M.H., Hurrell J.W., Polvani L., Cullen H.M., 2001, The North Atlantic Oscillation: Past, present, and future, Proceedings of the National Academy of Sciences of the US, 98 (23), 12876-12877, DOI: 10.1073/pnas.231391598
• [39] Wanner H., Brőnnimann S., Casty C., Gyalistras D., Luterbacher J., Schmutz Ch., Stephenson D.B., Xoplaki E., 2001, North Atlantic Oscillation - concepts and studies, Surveys in Geophysics, 22, 321-381, DOI: 10.1023/A:1014217317898
• [40] Wibig J., 2019, Oscylacja Północnoatlantycka w świetle różnych indeksów, [in:] NAO - jej istota, przyczyny i konsekwencje, A. Styszyńska, M. Błaś, K. Migała (eds.), Instytut Geografii i Rozwoju Regionalnego Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław, 19-30.
• [41] Wunsch C., 1999, The interpretation of short climate records, with comments on North Atlantic Oscillation and Southern Oscillation, Bulletin of the American Meteorological Society, 80 (2), 245-255., DOI: 10.1175/1520-0477(1999)080<0245:TIOSCR>2.0.CO;2
• [42] Yule G.U., Kendall M.G., 1940, Introduction to the theory of statistics, Hafner, NY, 676 pp.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).