Oscylacja Maddena-Juliana

„MJO” przekierowuje tutaj. W przypadku innych zastosowań zobacz MJO (ujednoznacznienie) .
Diagram Hovmöllera przedstawiający 5-dniową średnią biegnącą wychodzącego promieniowania długofalowego, przedstawiający MJO. Czas rośnie od góry do dołu na rysunku, więc kontury zorientowane od lewego górnego do prawego dolnego reprezentują ruch z zachodu na wschód.

Maddena -Juliana ( MJO ) jest największym elementem wewnątrzsezonowej (od 30 do 90 dni) zmienności w atmosferze tropikalnej. Została odkryta w 1971 roku przez Rolanda Maddena i Paula Juliana z Amerykańskiego Narodowego Centrum Badań Atmosferycznych (NCAR). Jest to sprzężenie na dużą skalę między cyrkulacją atmosferyczną a tropikalną głęboką konwekcją atmosferyczną . W przeciwieństwie do stałego wzoru, takiego jak El Niño – Oscylacja Południowa (ENSO), oscylacja Maddena-Juliana to wzorzec przemieszczania się, który rozchodzi się na wschód, z prędkością około 4 do 8 m/s (14 do 29 km/h; 9 do 18 mil/h), przez atmosferę nad ciepłymi częściami Indii i Oceany Pacyfiku. Ten ogólny wzorzec cyrkulacji przejawia się najwyraźniej w postaci anomalnych opadów.

Oscylacja Madden-Julian charakteryzuje się postępem na wschód dużych regionów zarówno wzmocnionych, jak i stłumionych opadów tropikalnych, obserwowanych głównie nad Oceanem Indyjskim i Pacyfikiem. Anomalne opady są zwykle najpierw widoczne nad zachodnim Oceanem Indyjskim i pozostają widoczne, gdy rozprzestrzeniają się nad bardzo ciepłymi wodami oceanicznymi zachodniego i środkowego tropikalnego Pacyfiku. Ten wzór opadów tropikalnych na ogół staje się nieokreślony, gdy przemieszcza się nad głównie chłodniejszymi wodami oceanicznymi wschodniego Pacyfiku, ale pojawia się ponownie, gdy przechodzi nad cieplejszymi wodami nad wybrzeżem Pacyfiku w Ameryce Środkowej . Wzór może również czasami pojawiać się ponownie z niską amplitudą nad tropikalnym Atlantykiem i wyższą nad Oceanem Indyjskim. Po mokrej fazie wzmożonej konwekcji i opadów następuje faza sucha, w której aktywność burzy jest stłumiona. Każdy cykl trwa około 30–60 dni. Z powodu tego wzorca oscylacja Maddena-Juliana jest również znana jako oscylacja od 30 do 60 dni , fala od 30 do 60 dni lub oscylacja wewnątrzsezonowa .

Zachowanie

Struktura MJO dla okresu, w którym wzmocniona faza konwekcji jest wyśrodkowana na Oceanie Indyjskim, a stłumiona faza konwekcji jest wyśrodkowana nad środkowo-zachodnim Oceanem Spokojnym

Wyraźne wzorce anomalii cyrkulacji atmosferycznej niższego i wyższego poziomu towarzyszą związanemu z MJO wzorowi zwiększonych lub zmniejszonych opadów tropikalnych w tropikach. Te cechy cyrkulacji rozciągają się na całym świecie i nie ograniczają się tylko do półkuli wschodniej. mil / h) do 8 m / s (29 km / h, 18 mil / h) przez tropiki, przekraczając tropiki Ziemi w 30 do 60 dni — z aktywną fazą MJO śledzoną na podstawie stopnia wychodzącego promieniowania długofalowego, mierzonego za pomocą geostacjonarnego czujnika podczerwieni satelity pogodowe . Im mniejsza ilość wychodzącego promieniowania długofalowego, tym silniejsze są kompleksy burzowe lub konwekcja w tym regionie.

W pobliżu zachodniej (wschodniej) strony aktywnej konwekcji występują wzmocnione powierzchniowe (górny poziom) wiatry zachodnie. Prądy oceaniczne, do głębokości 100 metrów (330 stóp) od powierzchni oceanu, następują w fazie ze składową wiatrów powierzchniowych wiatrów wschodnich. Przed lub na wschód od wzmożonej aktywności MJO wiatry w górze są zachodnie. W ślad za nim lub na zachód od obszaru zwiększonych opadów wiatry w górze są wschodnie. Te zmiany wiatru w górze są spowodowane dywergencją występującą nad aktywnymi burzami podczas fazy wzmocnionej. Jego bezpośredni wpływ można śledzić w kierunku bieguna aż do 30 stopni szerokości geograficznej od równika zarówno na półkuli północnej, jak i południowej, rozprzestrzeniając się na zewnątrz od jego pochodzenia w pobliżu równika na około 1 stopniu szerokości geograficznej, czyli 111 kilometrów (69 mil) dziennie.

Nieprawidłowości

Ruch MJO na całym świecie może czasami spowolnić lub utknąć podczas lata i wczesnej jesieni na półkuli północnej , co prowadzi do stale zwiększonych opadów po jednej stronie globu i konsekwentnie obniżonych opadów po drugiej stronie. Może się to również zdarzyć na początku roku. MJO może również wyciszyć się na pewien czas, co prowadzi do nieanomalnej aktywności burzowej w każdym regionie globu.

Efekty lokalne

Połączenie z monsunem

Daty początku i dominujące prądy wiatrowe południowo-zachodniego monsunu letniego.
Zobacz także: Koryto monsunowe i monsunowe

Podczas sezonu letniego na półkuli północnej wpływ MJO na letni monsun w Indiach i Afryce Zachodniej jest dobrze udokumentowany. Występują również skutki związane z MJO na monsun letni w Ameryce Północnej, chociaż są one stosunkowo słabsze. Oddziaływania związane z MJO na wzorce opadów letnich w Ameryce Północnej są silnie powiązane z południkowymi (tj. północ-południe) dostosowaniami wzorców opadów we wschodnim tropikalnym Pacyfiku. silny związek między wiodącym trybem zmienności wewnątrzsezonowej północnoamerykańskiego systemu monsunowego, MJO i punktami pochodzenia cyklonów tropikalnych.

Okres ocieplenia się temperatury powierzchni morza występuje na pięć do dziesięciu dni przed wzmocnieniem opadów związanych z MJO w południowej Azji. Przerwa w monsunie azjatyckim, zwykle w lipcu, została przypisana oscylacji Madden-Julian po tym, jak jej wzmocniona faza przesunie się na wschód regionu do otwartego tropikalnego Oceanu Spokojnego.

Wpływ na cyklogenezę tropikalną

Zobacz też: Cyklogeneza tropikalna

Cyklony tropikalne występują przez cały ciepły sezon borealny (zwykle od maja do listopada) zarówno w basenach północnego Pacyfiku, jak i północnego Atlantyku - ale w każdym roku występują okresy wzmożonej lub stłumionej aktywności w ciągu sezonu. Dowody sugerują, że oscylacja Maddena-Juliana moduluje tę aktywność (szczególnie w przypadku najsilniejszych burz), zapewniając środowisko na dużą skalę, które jest korzystne (lub niekorzystne) dla rozwoju. Ruch malejący związany z MJO nie sprzyja rozwojowi burzy tropikalnej. Jednak ruch wznoszący związany z MJO jest korzystnym wzorcem powstawania burz w tropikach, co jest dość korzystne dla rozwoju burz tropikalnych. W miarę jak MJO posuwa się na wschód, preferowany region aktywności cyklonów tropikalnych przesuwa się również na wschód od zachodniego Pacyfiku do wschodniego Pacyfiku i ostatecznie do basenu Atlantyku.

Istnieje jednak odwrotna zależność między aktywnością cyklonów tropikalnych w basenie zachodniego północnego Pacyfiku a basenem północnego Atlantyku. Kiedy jeden basen jest aktywny, drugi jest zwykle cichy i odwrotnie. Głównym tego powodem wydaje się być faza MJO, która zwykle przebiega w przeciwnych trybach między dwoma basenami w dowolnym momencie. Chociaż związek ten wydaje się solidny, MJO jest jednym z wielu czynników, które przyczyniają się do rozwoju cyklonów tropikalnych. Na przykład temperatura powierzchni morza musi być wystarczająco wysoka, a pionowe uskoki wiatru muszą być wystarczająco słabe, aby mogły powstać i utrzymywać się zaburzenia tropikalne. Jednak MJO wpływa również na te warunki, które ułatwiają lub hamują powstawanie cyklonów tropikalnych. MJO jest rutynowo monitorowane zarówno przez Stany Zjednoczone National Hurricane Center i USA Climate Prediction Center podczas sezonu huraganów atlantyckich ( cyklonów tropikalnych ), aby pomóc w przewidywaniu okresów względnej aktywności lub braku aktywności.

Skutki w dół

Powiązanie z południową oscylacją El Niño

Zobacz też: El Niño – oscylacja południowa

Istnieje silna zmienność z roku na rok (między rokiem) w aktywności oscylacji Maddena-Juliana, z długimi okresami silnej aktywności, po których następują okresy, w których oscylacja jest słaba lub nieobecna. Ta międzyroczna zmienność MJO jest częściowo związana z El Niño – Southern Oscillation (ENSO). Na Pacyfiku silną aktywność MJO obserwuje się często od 6 do 12 miesięcy przed wystąpieniem epizodu El Niño , ale jest ona praktycznie nieobecna podczas maksimów niektórych epizodów El Niño, podczas gdy aktywność MJO jest zazwyczaj większa podczas La Niña epizod. Silne wydarzenia w oscylacji Madden-Julian w ciągu kilku miesięcy na zachodnim Pacyfiku mogą przyspieszyć rozwój El Niño lub La Niña, ale zwykle same w sobie nie prowadzą do początku ciepłego lub zimnego zdarzenia ENSO. Jednak obserwacje sugerują, że El Niño z lat 1982-1983 rozwinęło się gwałtownie w lipcu 1982 r. w bezpośredniej odpowiedzi na falę Kelvina wywołane zdarzeniem MJO pod koniec maja. Ponadto zmiany w strukturze MJO wraz z cyklem sezonowym i ENSO mogą ułatwić bardziej znaczący wpływ MJO na ENSO. Na przykład powierzchniowe wiatry zachodnie związane z aktywną konwekcją MJO są silniejsze podczas zbliżania się do El Niño, a powierzchniowe wiatry wschodnie związane ze stłumioną fazą konwekcji są silniejsze podczas zbliżania się do La Niña. W skali globalnej o międzyrocznej zmienności MJO najbardziej decyduje wewnętrzna dynamika atmosfery, a nie warunki powierzchniowe. [ wymagane wyjaśnienie ]

Opady zimowe w Ameryce Północnej

Zobacz także: Skutki oscylacji południowej El Niño w Stanach Zjednoczonych i klimatologia opadów w Stanach Zjednoczonych

Najsilniejszy wpływ zmienności wewnątrzsezonowej w Stanach Zjednoczonych występuje w miesiącach zimowych w zachodnich stanach USA. Zimą region ten otrzymuje większość rocznych opadów . Burze w tym regionie mogą trwać kilka dni lub dłużej i często towarzyszą im trwałe cyrkulacji atmosferycznej . Szczególnie niepokojące są ekstremalne opady atmosferyczne związane z powodziami . Silne dowody wskazują na związek między pogodą a klimatem w tym regionie z badań, które powiązały południową oscylację El Niño z regionalną zmiennością opadów. Na tropikalnym Pacyfiku zimy ze słabym lub umiarkowanym mrozem lub La Niña, epizody lub warunki neutralne ENSO często charakteryzują się zwiększoną 30- do 60-dniową aktywnością oscylacyjną Madden-Julian. Niedawnym przykładem jest zima 1996–1997, która charakteryzowała się ciężkimi powodziami w Kalifornii i na północno-zachodnim Pacyfiku (szacowane koszty szkód na 2,0–3,0 mld USD w czasie zdarzenia) oraz bardzo aktywnym MJO. Takie zimy charakteryzują się również stosunkowo niewielkimi anomaliami temperatury powierzchni morza w tropikalnym Pacyfiku w porównaniu z silniejszymi epizodami ciepłych i zimnych. W tych zimach istnieje silniejszy związek między zdarzeniami MJO a ekstremalnymi opadami deszczu na zachodnim wybrzeżu.

Imprezy w Ananasowym Ekspresie

Główny artykuł: Ekspres ananasowy
The Pineapple Express , efekt MJO na wzorce pogodowe w Ameryce Północnej.

Typowy scenariusz łączący wzorzec opadów tropikalnych związanych z MJO z ekstremalnymi opadami na północno-zachodnim Pacyfiku charakteryzuje się progresywnym (tj. przesuwającym się na wschód) wzorcem cyrkulacji w tropikach i wstecznym (tj. przemieszczającym się na zachód) wzorcem cyrkulacji na środkowych szerokościach geograficznych Północny Pacyfik. Typowe zimowe anomalie pogodowe poprzedzające obfite opady na północno-zachodnim Pacyfiku są następujące:

  1. 7–10 dni przed wystąpieniem obfitych opadów: Obfite opady tropikalne związane z MJO przesuwają się na wschód od wschodniego Oceanu Indyjskiego do zachodniego tropikalnego Pacyfiku. Pióropusz wilgoci rozciąga się na północny wschód od zachodniego tropikalnego Pacyfiku w kierunku ogólnych okolic Wysp Hawajskich . Silny blokujący antycyklon znajduje się w Zatoce Alaskiej z silnym polarnym prądem strumieniowym wokół jego północnej flanki.
  2. 3–5 dni przed wystąpieniem obfitych opadów: Obfite opady tropikalne przesuwają się na wschód w kierunku linii zmiany daty i zaczynają się zmniejszać. Powiązany pióropusz wilgoci rozciąga się dalej na północny wschód, często przecinając Wyspy Hawajskie. Silny wyż blokujący słabnie i przesuwa się w kierunku zachodnim. Rozłam w prądzie strumieniowym na północnym Pacyfiku rozwija się, charakteryzujący się wzrostem amplitudy i zasięgu powierzchniowego górnych troposferycznych wiatrów strefowych zachodnich na południowej flance bloku i spadkiem na jego północnej flance. Wzory cyrkulacji tropikalnej i pozatropikalnej zaczynają „fazować”, umożliwiając rozwijającej się rynnie średniej szerokości geograficznej dotknięcie smugi wilgoci rozciągającej się z głębokich tropików.
  3. Zdarzenie obfitych opadów: W miarę przesuwania się wzoru zwiększonych opadów tropikalnych dalej na wschód i słabnięcia, głęboki tropikalny pióropusz wilgoci rozciąga się od subtropikalnego środkowego Pacyfiku do koryta średniej szerokości geograficznej, obecnie położonego u zachodniego wybrzeża Ameryki Północnej. Strumień odrzutowy na wyższych poziomach rozciąga się przez północny Pacyfik, a średnia pozycja strumienia wpływa do Ameryki Północnej w północno-zachodnich Stanach Zjednoczonych. Głębokie niskie ciśnienie zlokalizowane w pobliżu północno-zachodniego wybrzeża Pacyfiku może przynieść nawet kilka dni ulewnych deszczy i możliwych powodzi. Wydarzenia te są często określane jako Pineapple Express wydarzenia, nazwane tak, ponieważ znaczna ilość głębokiej tropikalnej wilgoci przemierza Wyspy Hawajskie w drodze do zachodniej części Ameryki Północnej.

W trakcie tej ewolucji w sektorze wschodniego Pacyfiku i Ameryki Północnej obserwuje się cofanie się cech cyrkulacji atmosferycznej na dużą skalę. Wiele z tych wydarzeń charakteryzuje się występowaniem najcięższych opadów z południa na północ wzdłuż północno-zachodniego wybrzeża Pacyfiku w okresie od kilku dni do ponad tygodnia. Jednak ważne jest, aby odróżnić poszczególne synoptycznej , które generalnie przemieszczają się z zachodu na wschód, od ogólnego wzorca na dużą skalę, który wykazuje cofanie się.

Istnieje spójny jednoczesny związek między położeniem wzdłużnym maksymalnych opadów związanych z MJO a lokalizacją ekstremalnych opadów na zachodnim wybrzeżu. Ekstremalnym wydarzeniom na północno-zachodnim Pacyfiku towarzyszą zwiększone opady nad zachodnim tropikalnym Pacyfikiem i regionem Azji Południowo-Wschodniej , zwanym przez meteorologów Kontynentem Morskim , ze stłumionymi opadami nad Oceanem Indyjskim i środkowym Pacyfikiem. Ponieważ region zainteresowania przesuwa się z północno-zachodniego Pacyfiku do Kalifornii , region wzmożonych opadów tropikalnych przesuwa się dalej na wschód. Na przykład ekstremalne opady deszczu w południowej Kalifornii zwykle towarzyszą zwiększonym opadom w pobliżu 170°E. Należy jednak zauważyć, że ogólny związek między MJO a ekstremalnymi opadami na zachodnim wybrzeżu słabnie, gdy region będący przedmiotem zainteresowania przesuwa się na południe wzdłuż zachodniego wybrzeża Stanów Zjednoczonych.

W zależności od przypadku występuje zmienność amplitudy i długości opadów związanych z MJO, więc należy to postrzegać wyłącznie jako ogólną zależność.

Wyjaśnienie dynamiki MJO za pomocą modonów równikowych i regulacji równikowej

Rozchodząca się na wschód struktura barotropowego modonu równikowego

Zobacz też: mod

W 2019 roku Rostami i Zeitlin poinformowali o odkryciu stałych, długowiecznych, wolno poruszających się na wschód, spójnych bliźniaczych cyklonów na dużą skalę, tak zwanych modonów równikowych , za pomocą modelu płytkiej wody obracającej się z konwekcją wilgotną. Najbardziej surowe cechy barotropowe MJO, takie jak propagacja na wschód wzdłuż równika, mała prędkość fazowa, spójna struktura hydrodynamiczna, zbieżna strefa konwekcji wilgotnej, zostały uchwycone przez modon Rostamiego i Zeitlina. Posiadanie dokładnego rozwiązania linii prądu dla wewnętrznych i zewnętrznych regionów równikowego modonu asymptotycznego to kolejna cecha tej struktury. Wykazano, że takie poruszające się na wschód spójne struktury dipolarne mogą powstawać podczas geostroficznej regulacji zlokalizowanych wielkoskalowych anomalii ciśnienia w diabatycznym środowisku wilgotno-konwekcyjnym na równiku.

Generowanie struktury podobnej do MJO przez dostosowanie geostroficzne w dolnej troposferze

W 2020 roku badanie wykazało, że proces relaksacji (dostosowania) zlokalizowanych anomalii ciśnienia na dużą skalę w dolnej troposferze równikowej generuje struktury bardzo przypominające zdarzenia Madden Julian Oscillation (MJO), co widać na polach wirowości, ciśnienia i wilgoci . Rzeczywiście wykazano, że barokliniowość i konwekcja wilgotna zasadniczo zmieniają scenariusz quasi-barotropowej „suchej” korekty, która powstała w ramach jednowarstwowego modelu płytkowodnego i polega w sektorze długofalowym na emisji równikowych fal Rossby'ego o dipolarnej strukturze południkowej na zachodzie i równikowych fal Kelvina na wschodzie. Jeśli konwekcja wilgotna jest wystarczająco silna, dipolarna struktura cykloniczna, która pojawia się w procesie regulacji jako reakcja fali Rossby'ego na zaburzenie, przekształca się w spójną strukturę podobną do modonu w dolnej warstwie, która łączy się z barokliniczną falą Kelvina przez strefę wzmocnionej konwekcji i wytwarza na początkowych etapach procesu samowystarczalny, powoli rozprzestrzeniający się w kierunku wschodnim strefowo-niesymetryczny czterobiegunowy wzór wirowości.

W 2022 roku Rostami i wsp. rozwinęli swoją teorię. Za pomocą nowego, wielowarstwowego, pseudospektralnego, wilgotno-konwekcyjnego modelu mcTRSW (Thermal Rotating Shallow Water) w pełnej kuli, przedstawili możliwą korektę równikową wykraczającą poza mechanizm Gilla dla genezy i dynamiki MJO. Zgodnie z tą teorią, propagująca się na wschód struktura podobna do MJO może być generowana w sposób samopodtrzymujący się i samonapędzający dzięki nieliniowej relaksacji (dostosowaniu) wielkoskalowej anomalii dodatniej pływalności, anomalii depresji lub ich kombinacji, gdy tylko ta anomalia osiągnie próg krytyczny w obecności konwekcji wilgoci na równiku. Ten epizod podobny do MJO ma konwekcyjnie sprzężoną „strukturę hybrydową”, która składa się z „quasi-równikowego modonu” ze wzmocnioną parą wirów i konwekcyjnie sprzężoną barokliniczną falą Kelvina (BKW), z większą prędkością fazową niż struktura dipolarna na wewnątrzsezonową skalę czasu. Oddziaływanie BKW, po okrążeniu całego równika, z nową anomalią pływalności na dużą skalę, może przyczynić się do wzbudzenia powtarzającej się generacji kolejnego cyklu struktury podobnej do MJO. Ogólnie rzecz biorąc, wygenerowana „struktura hybrydowa” oddaje kilka najbardziej prymitywnych cech MJO, w tym jego czterobiegunową strukturę, aktywność konwekcyjną, wzorce kondensacji, pole wirowe, prędkość fazową oraz zachodnie i wschodnie napływy w dolnej i górnej troposferze. konwekcja zasilana wilgocią jest warunkiem koniecznym do wzbudzenia i utrzymania „struktury hybrydowej” w proponowanej teorii w tej teorii różni się zasadniczo od modów wilgoci. Ponieważ barotropowy modon równikowy i BKW istnieją również w „ „suchych” środowisk, podczas gdy w teoriach trybu wilgoci nie ma podobnych „suchych” dynamicznych struktur podstawowych. Proponowana teoria może być możliwym mechanizmem wyjaśniającym genezę i strukturę szkieletową MJO oraz zbieżność niektórych teorii, które wcześniej wydawały się rozbieżne.

Wpływ zmian klimatycznych na MJO

MJO pokonuje odcinek 12 000–20 000 km nad tropikalnymi oceanami, głównie nad ciepłym basenem Indo-Pacyfiku , w którym temperatura oceanu jest na ogół wyższa niż 28 ° C. Ten ciepły basen Indo-Pacyfiku szybko się nagrzewa, zmieniając czas przebywania MJO nad tropikalnymi oceanami. Podczas gdy całkowity czas życia MJO mieści się w przedziale czasowym 30–60 dni, czas jego przebywania nad Oceanem Indyjskim skrócił się o 3–4 dni (ze średnio 19 dni do 15 dni) i wydłużył się o 5–6 dni na Zachodzie Pacyfiku (od średnio 18 dni do 23 dni). Ta zmiana czasu przebywania MJO zmieniła wzorce opadów na całym świecie.

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Madden–Julian_oscillation&oldid=1135444654 ”