Hvordan ekstratropiske hav-atmosfære-interaktioner kan bidrage til variabiliteten af ​​jetstrømme

Samspillet mellem havene og atmosfæren spiller en afgørende rolle i udformningen af ​​jordens klima. Skiftende havoverfladetemperaturer kan opvarme eller afkøle atmosfæren, og ændringer i atmosfæren kan gøre det samme på havoverfladen. Denne energiudveksling er kendt som "hav-atmosfære-kobling."

Nu har forskere fra Kyushu University afsløret, at denne hav-atmosfære-kobling forbedrer teleforbindelsesmønstre - når klimaforholdene ændrer sig på tværs af store områder af kloden - på den nordlige halvkugle. I deres nylige undersøgelse modellerede holdet effekten af ​​havkobling på atmosfæriske cirkulationsmønstre og fandt ud af, at ekstratropisk hav-atmosfære-kobling forårsager flere bugtende jetstrømme, som er forbundet med ekstreme vejrbegivenheder.

Hav-atmosfære-kobling er mest kraftfuld i troperne, hvor koblingen er ansvarlig for den velkendte "El Niño-Sydlige Oscillation" i det ækvatoriale Stillehav. El Niño-Sydlige Oscillationen fører til gengæld fjernt til en bugtende jetstrøm på de midterste breddegrader gennem dannelsen af ​​atmosfæriske cirkulationsmønstre i stor skala, dvs. teleforbindelsesmønstre.

Uden for troperne, på de midterste breddegrader, er virkningen af ​​hav-atmosfære-kobling på teleforbindelsesmønstre mindre forstået. Ikke desto mindre kan dens betydning for årsagen til ekstreme vejrbegivenheder ikke ignoreres, især i lyset af klimakrisen.

I en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Communications Earth &Environment , et team af forskere ledet af adjunkt Masato Mori fra Kyushu University's Research Institute for Applied Mechanics, i samarbejde med University of Tokyo, Toyama University og Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, kastede nyt lys over fænomenet.

"Fordi ekstreme vejrbegivenheder er mere tilbøjelige til at opstå, når udsving i jetstrømmene er store - som når størrelsen af ​​teleforbindelsesmønsteret er stort - er det vigtigt at forstå de mekanismer, der danner og vedligeholder nævnte teleforbindelsesmønster," forklarer Mori.

For at undersøge den rolle, som den ekstratropiske hav-atmosfære-kobling spiller, gennemførte forskerne to simuleringer:et koblet løb, som betragtede samspillet mellem det ekstratropiske hav og atmosfæren, og et ukoblet løb, som forsømte samspillet mellem de to komponenter.

Simuleringerne undersøgte virkningen af ​​hav-atmosfære-kobling på teleforbindelsesmønstre under den nordlige halvkugles vintertid:december til februar. Effekten af ​​koblingen på atmosfæriske cirkulationsmønstre blev evalueret gennem atmosfæriske variabler, såsom lufttryk og temperatur.

I deres simuleringer observerede forskerne signifikante ændringer i de atmosfæriske variabler, især i det nordlige Stillehav, det subpolære Nordatlantiske Hav og det nordlige Eurasien omkring Barents-Karahavets regioner ud for Sibiriens kyst. Disse ændringer indikerede skift i teleforbindelsesmønstre sammenlignet med simuleringer uden en sådan interaktion.

"Ekstratropisk kobling øger selektivt variansen af ​​tre hovedvariabilitetsformer, hvilket forklarer henholdsvis 13%, 11% og 10% af den samlede varians af Stillehavs/Nordamerikansk, Nordatlantisk Oscillation og Varm-Arktisk Kold-Eurasian mønstre," siger Mori.

I den koblede kørsel reducerede varmeudvekslingen mellem havet og atmosfæren den termiske forskel mellem luft og hav. Som følge heraf frigives mindre varme fra havene og ud i atmosfæren, hvilket fører til øget kinetisk energi og en mere bugtende jetstrøm. Omvendt, når havene er afkoblet, reagerer havoverfladetemperaturen ikke på atmosfæriske udsving. De større temperaturforskelle medfører, at der frigives mere varme, hvilket resulterer i en mindre bugtende jetstrøm.

"Denne undersøgelse kvantificerer koblingseffekten baseret på store ensemblesimuleringer af en state-of-the-art fuldt koblet model. Desuden afslører det, hvordan kobling selektivt forbedrer flere principielle variabilitetsformer, ikke kun termodynamisk, men også dynamisk," slutter Mori .

Forskerne påpeger især, at simuleringen kunne have undervurderet koblingseffekten på grund af modelbias og problemer med simuleringsdesign. Ikke desto mindre kan ny viden om virkningerne af hav-atmosfære-kobling på den nordlige halvkugle bidrage til at forbedre klimaprognoser i lyset af klimakrisen gennem forbedring af klimamodeller.

Flere oplysninger: Masato Mori et al, den nordlige halvkugles vinteratmosfæriske teleforbindelser intensiveres af ekstratropisk hav-atmosfære-kobling, Communications Earth &Environment (2024). DOI:10.1038/s43247-024-01282-1

Journaloplysninger: Kommunikation Jord og miljø

Leveret af Kyushu University