W sprawie genezy Oscylacji Północnoatlantyckiej (NAO)

• Autorzy: Marsz A.A.

Warianty tytułu

EN

On the genesis of the North Atlantic Oscillation (NAO)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy zajęto się wyjaśnieniem problemu przyczyn występowania ujemnych korelacji między ciśnieniem atmosferycznym w Niżu Islandzkim a Wyżem Azorskim, czyli procesu, który stanowi istotę NAO, oraz procesów, które prowadzą do zmian faz NAO. Wobec faktu, że Wyż Azorski i Niż Islandzki nie stanowią bytów realnych, lecz jedynie uśrednienie pól ciśnienia chwilowych sytuacji barycznych z okresu miesiąca, sezonu, roku czy wielolecia, zrezygnowano z poszukiwania przyczyn związków między ciśnieniem w obu tych centrach działania atmosfery na poziomie procesów skali klimatycznej. Analiza wykazała, że o wystąpieniu korelacji między ciśnieniem w Wyżu Azorskim a Niżem Islandzkim decydują procesy skali synoptycznej. Konkretnie, jest to zmiana częstości występowania (istotny wzrost - istotny spadek) określonej postaci fali długiej, z którą będzie związane tworzenie się quasi-stacjonarnego antycyklonu na pograniczu strefy umiarkowanej i subtropikalnej po wschodniej stronie N Atlantyku i kierowanie układów niżowych w rejon Islandii. Hipotezę tę zweryfikowano na danych z okresu zimowego (XII-III). Frekwencja makrotypu cyrkulacji środkowotroposferycznej typu W (według typologii Wangenheima-Girsa (Wangenheim, 1952; Girs, 1981) jest wysoce istotnie i silnie powiązana ze wskaźnikiem NAO Hurrella (patrz tab. 1, rys. 2). Ten sam typ fali długiej wykazuje silne powiązania również z typami cyrkulacji dolnej, odpowiadającym NAO-podobnym (NAO-like) wykształceniom pola barycznego (typy A, C2D i D2C według typologii Osuchowskiej-Klein, 1978, 1991; patrz tab. 2, rys. 4). Frekwencja tych typów cyrkulacji dolnej jest silnie powiązana z NAO. Frekwencja najczęściej występującego w okresie zimy typu ułożenia fali długiej (E według typologii Wangenheima-Girsa) jest bardzo silnie ujemnie skorelowana z frekwencją fali długiej typu W (patrz rys. 3). W rezultacie zmian frekwencji fali długiej typu W w danym okresie uśredniania występuje sytuacja, że albo Niż Islandzki i Wyż Azorski zaznaczają się w polu ciśnienia, albo też nie. W tym ostatnim przypadku następuje wzrost ciśnienia w rejonie Islandii i spadek ciśnienia w rejonie przeciętnego występowania Wyżu Azorskiego. W rezultacie zmiany frekwencji fali długiej typu W stanowią przyczynę występowania ujemnych korelacji między ciśnieniem w obu tych klimatycznych centrach aktywności atmosfery. Badanie nad przyczyną zmian faz NAO, czyli realnie - nad przyczynami zmian frekwencji fali długiej typu W według typologii Wangenheima-Girsa w okresie zimowym, wykazało, że główną rolę odgrywają tu wcześniejsze zmiany zasobów ciepła w wodach środkowej części N Atlantyku - w strefie subtropikalnej (rejon 34°N, 040°W) i umiarkowanej (54°N, 030°W oraz 60°N, 010°). Zmiany anomalii SST w okresie sierpień-wrzesień w gridzie 34°N, 040°W (zmienna DXS w tekście) objaśniają 55% wariancji frekwencji fali długiej typu W w okresie nadchodzącej zimy (r = +0,74, n = 35) i tyleż samo zmienności fali długiej typu E (r = -0,75, n = 35; zmienna DXS z lat 1970-2004, frekwencja fal długich W i E z lat 1971-2005). Zmienna DX - różnica między anomaliami z rejonu 34°N, 040°W (DXS) i rejonu 54°N, 030°W (oznaczenie DXN) z okresu sierpień-wrzesień objaśnia 40% zmienności wskaźnika NAO Hurrella w czasie nadchodzącej zimy. Wprowadzenie dodatkowych zmiennych do równań, na przykład z akwenu położonego na NW od Szkocji (rejon 60°N, 010°W) podnosi stopień objaśnienia frekwencji fal długich W oraz E i wskaźnika NAO o ok. 10%. Oznacza to, że charakter cyrkulacji atmosferycznej, która wystąpi w okresie nadchodzącej zimy, stanowi opóźnioną odpowiedź atmosfery na zmiany rozkładu przestrzennego zasobów ciepła w akwenach. Decydującą rolę w tym względzie odgrywają zmiany zasobów ciepła w wodach subtropikalnych środkowej części N Atlantyku (34°N, 040°W), które determinują w okresie zimowym zmiany frekwencji fali długiej typu W według typologii Wangenheima-Girsa (jeśli W, to nie E, jeśli nie W, to E).

EN

This work deals with the analysis of the presence of negative correlations between the atmospheric pressure in the Icelandic Low and the Azorian High, i.e. the process which is the essence of NAO and the processes leading to changes in the phases in NAO. Because of the fact that neither the Azorian High nor the Icelandic Low exist in reality but only are the mean monthly, seasonal, yearly or many-year value of atmospheric conditions observed in a given moment in a given area, the reasons for the correlation between the pressure in both centers of atmospheric activity at the level of climatic processes were given up. The analysis proved that the processes at the synopsis level decide whether the correlation between the pressure in the Azorian High and the Icelandic Low take place. More precisely, it is the change in the frequency of occurrence (significant increase- significant decrease) of a given type of a long wave correlated with the formation of quasi-stationary anticyclone on the border of the polar and subtropical zones on the east part of the N Atlantic and with the directing the depressions towards the region of Iceland. This hypothesis has been verified basing on the data taken from the winter season (DJFM). The frequency of macro-type of mid-tropospheric circulation W type (following Vangenheim-Girs classification (Wangenheim, 1952, Girs, 1981) is highly significantly and strongly correlated with Hurrell NAO index (see table 1, fig. 2). The same type of long wave indicates strong correlations also with low circulation types, NAO-like forms of barometric area (types A, C2D and D2C following Osuchowska-Klein typology, 1978, 1991; see table 2, fig. 4.). The frequency of the low circulation type is strongly correlated with NAO. The frequency of most often type of position of long wave observed during winter (E type following the typology by Vangenheim-Girs) shows very strong negative correlation with the frequency of long wave of W type (see fig. 3). The changes in the frequency of long wave of W type in a given averaging period result in a situation where either the Iceland Low or the Azorian High are or are not observed in the barometric field. In the latter case an increase in the barometric pressure in the region of Iceland can be noted and the decrease in pressure in the area where the Azorian High usually occurs. As a result, the changes in the frequency of long wave of W type can be taken for the reason why there are negative correlations between those two climatic centers of atmospheric activity. The analysis of causes of changes in phases of NAO and more exactly of the reasons for changes in the frequency of long wave of W type following Wangenheim-Girs typology during the winter period indicated that the earlier changes in the heat resources in waters of the central part of the N Atlantic - in the subtropical zone (34oN, 040oW) and in the polar zone (54oN, 030oW and 60oN, 010oW) play significant role in these changes. The changes in anomalies of SST in the period August-September in grid 34oN, 040oW (in the text DXS variable) explain 55% variances of the frequency of long wave W type in the period of coming winter (r = +0.74, n = 35) and the same percentage of the frequency of long wave E type (r = ?0.75, n = 35; DXS variable from the years 1970-2004, the frequency of long waves W and E types from the period 1971-2005). The DX variable - the difference between the anomalies from the area 34oN, 040oW (DXS) and the area 54oN, 030oW (notation DXN) from the period August-September explain 40% of changeability of Hurrel NAO index during the coming winter. The use of additional variables in the equations, e.g. from the area located NW of Scotland (the area 60oN, 010oW) causes that the frequency of long waves W type and E occurrence and Hurrel NAO index can be explained in a more accurate way, i.e. 10% better. This means that the character of atmospheric circulation observed during the coming winter is a delayed reaction of atmosphere to the changes in spatial distribution of heat in the sea areas. The predominant influence can be attributed to the changes in heat resources in the subtropical waters of central part of the N Atlantic (34oN, 040oW) as they determine the changes in the frequency of long wave W type, following the Wangenheim-Girs typology (if W then not E, if not W then E).

Słowa kluczowe

PL

geneza NAO; fale długie Rossby'ego; fazy NAO; Atlantyk Północny; anomalie SST; cyrkulacja środkowotroposferyczna

EN

NAO genesis; long (Rossby) waves; NAO phases; North Atlantic; SST anomaly; mid-tropospheric circulation

• Wydawca: Polskie Towarzystwa Geofizyczne ; Komitet Geofizyki PAN
• Czasopismo: Przegląd Geofizyczny
• Rocznik: 2008
• Tom: Z. 1
• Strony: 3--26
• Opis fizyczny: bibliogr. 38 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Marsz A.A.

• Wydział Nawigacyjny - Akademia Morska w gdyni,

Bibliografia

• 1.Boberg R, Lundstedt H., 2002, Solar wind variations related to fluctuations of the North Atlantic Oscillation. Geophysical Research Letters, 29: 10.1029/2002GL014903.
• 2.Boryczka J., Stopa-Boryczka M., Blażek E., SkrzypczukJ., 1999, Cykliczne zmiany klimatu miast w Europie. Atlas współzależności parametrów meteorologicznych i geograficznych w Polsce, t. 13. Wyd. Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa, ss. 283.
• 3.Cassou C, Te rray L., 2001, Oceanie forcing of the wintertime low frequency atmospheric variability in the North Atlantic European sector: a study with the ARPEGE model. Journal of Climate, 14; 4266-4291.
• 4.Cassou C., Terray L., 2001, Dual influence of Atlantic and Pacific SST anomalies on the North Atlantic/Europe winter climate. Geophysical Research Letters, 28; 3195-3198.
• 5.Cullen H.M., deMenocal P.B., 2000, North Atlantic influence on Tigris-Euphrates streamflow. International Journal of Climatology, 20; 853-863.
• 6.Czaja A., Frankignou1 C, 1999. Influence of the North Atlantic SST on the atmospheric circulation. Geophysical Research Letters, 26; 2969-2972.
• 7.Czaja A., Frankignoul C, 2002. Observed impact of Atlantic SST anomalies on the North Atlantic Oscillation. Journal of Climate, 15, (6); 606-623.
• 8.Czaja A., Robertson A.W., Huck T, 2003, The role of Atlantic Ocean - atmosphere coupling in affecting North Atlantic Oscillation variability, [w:] The North Atlantic Oscillation: Climatic significance and environmental impacts. AGU Geophysical Monograph, 134; 147-172.
• 9.Delworth XL., Knutson T.R., 2000, Simulation of early 20th Century global warming. Science, 287; 2246-2250.
• 10.Girs A.A., 1981, K voprosu o formach atmosfernoj cirkulacii i ich prognostićeskom ispolzovanii. Trudy AANII, 373; 4-13.
• 11.Greatbatch R.J., 2000, The North Atlantic Oscillation. Stochastic and Environmental Risk Assessment, 14; 213-242.
• 12.Hurrell J., 1995, Decadal trends in the North Atlantic Oscillation: Regional temperatures and precipitation. Science, 269; 676-679.
• 13.Hurrell J.W., van Loon H., 1997, Decadal variations in climate associated with the North Atlantic Oscillation. Climatic Change, 36; 301-326.
• 14.Hurrell J.W, Kushnir Y., Ottersen G., Visbeck M., 2003, An overview of the North Atlantic Oscillation, [w:] The North Atlantic Oscillation: Climatic significance and environmental impacts. AGU Geophysical Monograph, 134; 1-35.
• 15.Kodera K., 2002, Solar cycle modulation of the North Atlantic Oscillation: Implication in the spatial structure oftheNAO. Geophysical Research Letters, 29; 10.1029/2001GL014557.
• 16.Kożuchowski K. (red.), 1990, Materiały do poznania historii klimatu w okresie obserwacji instrumentalnych. Wyd. Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź.
• 17.Kożuchowski K., 1993, Makrotypy ogólnej cyrkulacji atmosfery a główne typy cyrkulacji nad Polską. Prz. Geof., 38 (3-4); 241-247.
• 18.Kushnir Y., 1996, Interdecadal variations in the North Atlantic sea surface temperatures and associated atmospheric climate. Journal of Climate, 7; 141-157.
• 19.Marshall J., Johnson H., Goodman J., 2000, A study of the interaction of the North Atlantic Oscillation with ocean circulation. Journal of Climate, 14; 1399-1421.
• 20.Marshall J., Kushnir Y, Battisti D., Chang P., Czaja A., Dickson R., Hurrell J., McCartney M., Saravanan R., Visbeck M., 2001, North Atlantic climate variability: phenomena, impacts and mechanisms. Int. Journal of Climatology, 21; 1863-1898.
• 21.Marsz A.A., 1999, Oscylacja Północnego Atlantyku a reżim termiczny zim na obszarze północno-zachodniej Polski i na polskim wybrzeżu Bałtyku. Prz. Geogr., 71 (3); 225-245.
• 22.Marsz A.A., 2001, Rozkład anomalii temperatury na powierzchni Północnego Atlantyku a wartość zimowego wskaźnika Oscylacji Północnoatlantyckiej - problem prognozy wartości wskaźnika. Prace Wydziału Nawigacyjnego WSM w Gdyni, 12; 161-217.
• 23.Marsz A., Styszyńska A., 2001, Oscylacja Północnego Atlantyku a temperatura powietrza nad Polską. Wyd. WSM, Gdynia, ss. 101.
• 24.Mehta V.M., Suarez M.J., Manganello J.V., Delworth T.L., 2000, Oceanie influence on the North Atlantic Oscillation and associated Northern Hemisphere climate variations: 1959-1993. Geoph. Res. Letters, 27 (1); 121-124.
• 25.Osuchowska-Klein B., 1978, Katalog typów cyrkulacji atmosferycznej. WKiŁ, Warszawa, ss. 192.
• 26.Osuchowska-Klein B., 1991, Katalog typów cyrkulacji atmosferycznej (1976-1990). IMGW, Warszawa, ss. 50.
• 27.Prosekina G.M., Ugrjumov A.I., 1975, Klassifikacija sinoptićeskich processor severnoj ćastii Atlan-tićeskogo okeana po priznaku geografićeskoj lokalizacii dlinnych voln. [w:] Teplovoe vlijanie Atlantićeskogo okeana na atmosfernuju cirkulaciju i dolgosroćnye prognozy pogody. Gidrometeorologićeskij Naućno-Is-sledovatelskij Centr SSSR, Trudy, v. 147; 22-35.
• 28.Reynolds R.W., Roberts L., 1987, Global sea-surface temperature climatology from in-situ, satellite and ice data. Tropical Ocean-Atmosphere Newsletter (CIMAS), 37, 15-17.
• 29.Reynolds R.W., Marisco D.C., 1993, An improved real-time global sea surface temperature analysis. Journal of Climate, 6, 114-119.
• 30.Reynolds R.W., Smith T.M., 1994, Improved global sea surface temperature analyses. Journal of Climate, 7, 929-948.
• 31.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.
• 32.Styszyńska A., 2002, Wskaźniki NAO a typy cyrkulacji atmosferycznej Osuchowskiej-Klein, [w:] Oscylacja Północnego Atlantyku i jej rola w kształtowaniu zmienności warunków klimatycznych i hydrologicznych Polski. AM Gdynia; 99-109.
• 33.Susevskaja G.M., 1975, Povtorjaemost' barićeskich obrazovanii v Severnoj Atlantike i ee svjaz's teplovym sostojaniem poverchnosti okeana (na primere vesennich mesjacev). [w:] Teplovoe vlijanie Atlantićeskogo okeana na atmosfernuju cirkulaciju i dolgosroćnye prognozy pogody. Gidrometeorologićeskij Naucno-Issledova-telskij Centr SSSR, Trudy, v. 147; 16-21.
• 34.Thejll P., Christiansen B., Gleisner H. 2003, On correlations between the North Atlantic Oscillation, geopotential heights, and geomagnetic activity. Geoph. Res. Letters, 30; 10.1029/2002GL016598.
• 35.Ugrjumov A.I., Kupjanskaja A.P., 1975, O nekotorych svjazjach meźdu temperaturoj poverchnosti okeana i atmosfernoj cirkulaciej v Severnoj Atlantyke. [w:] Teplovoe vlijanie Atlantićeskogo okeana na atmosfernuju cirkulaciju i dolgosroćnye prognozy pogody. Gidrometeorologićeskij Naucno-Issledovatelskij Centr SSSR, Trudy, v. 147; 4-15.
• 36.Wangenheim G.Ya., 1952, Osnovy makrocirkulyacionnogo metoda dolgosroćnych meteorologićeskichprognozov dljaArktiki. Trudy AANII; 34, ss. 314.
• 37.Visbeck M., Cullen H., Krahmann G., Naik N., 1998, An ocean model's response to North Atlantic Oscillation - like wind forcing. Geop. Res. Letters, 25; 4521-4524.
• 38.Wanner H., Brónnimann S., Casty C, Gyalistras D., LuterbacrierJ., Schmutz Ch., Stephenson D., Xoplaki E.,2001, North Atjantic Oscillation-concepts and studies. Surveys in Geophysics, 22 [4]; 321-382.