Samspelet mellan haven och atmosfären spelar en avgörande roll för att forma jordens klimat. Ändrade havsyttemperaturer kan värma eller kyla atmosfären, och förändringar i atmosfären kan göra samma sak på havsytan. Detta utbyte av energi är känt som "ocean-atmosphere coupling."
Nu har forskare från Kyushu University avslöjat att denna koppling mellan havet och atmosfären förbättrar teleanslutningsmönster - när klimatförhållandena förändras över stora delar av världen - på norra halvklotet. I sin senaste studie modellerade teamet effekten av havskoppling på atmosfäriska cirkulationsmönster, och fann att extratropisk koppling mellan havs och atmosfär orsakar fler slingrande jetströmmar, som är kopplade till extrema väderhändelser.
Havs-atmosfär-kopplingen är mest kraftfull i tropikerna, där kopplingen är ansvarig för den välkända "El Niño-södra oscillationen" i det ekvatoriala Stilla havet. El Niño-södra oscillationen leder i sin tur på avstånd till en slingrande jetström på mellanbreddgraderna genom bildandet av storskaliga atmosfäriska cirkulationsmönster, d.v.s. teleförbindelsemönster.
Utanför tropikerna, på mitten av breddgraderna, är effekten av koppling mellan havet och atmosfären på teleanslutningsmönster mindre förstådd. Ändå kan dess betydelse i orsaken till extrema väderhändelser inte ignoreras, särskilt med tanke på klimatkrisen.
I en studie publicerad i tidskriften Communications Earth &Environment , ett team av forskare ledda av assisterande professor Masato Mori från Kyushu Universitys forskningsinstitut för tillämpad mekanik, i samarbete med University of Tokyo, Toyama University och Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, kastade nytt ljus över fenomenet.
"Eftersom extrema väderhändelser är mer benägna att inträffa när fluktuationerna i jetströmmarna är stora - som när storleken på teleförbindelsemönstret är stor - är det viktigt att förstå mekanismerna som bildar och upprätthåller nämnda teleförbindelsemönster", förklarar Mori.
För att undersöka vilken roll den extratropiska ocean-atmosfärkopplingen spelar, genomförde forskarna två simuleringar:en kopplad körning, som tog hänsyn till interaktionen mellan det extratropiska havet och atmosfären, och en okopplad körning, som försummade interaktionen mellan de två komponenterna.
Simuleringarna undersökte effekten av koppling mellan havet och atmosfären på teleförbindelsemönster under vinterhalvåret på norra halvklotet:december till februari. Effekten av kopplingen på atmosfäriska cirkulationsmönster utvärderades genom atmosfäriska variabler, såsom lufttryck och temperatur.
I sina simuleringar observerade forskarna betydande förändringar i de atmosfäriska variablerna, särskilt i norra Stilla havet, subpolära Nordatlanten och norra Eurasien runt Barents-Kara Sea-regionerna utanför Sibiriens kust. Dessa förändringar indikerade förändringar i teleanslutningsmönster jämfört med simuleringar utan en sådan interaktion.
"Extratropisk koppling förstärker selektivt variansen av tre huvudsakliga variabilitetsmetoder, vilket förklarar 13%, 11% och 10% av den totala variansen av Stillahavs-/Nordamerikanska, Nordatlantiska Oscillations- respektive Varm-Arktiska Kall-Eurasienmönster," säger Mori.
I den kopplade körningen minskade värmeväxlingen mellan havet och atmosfären den termiska skillnaden mellan luft och hav. Som ett resultat frigörs mindre värme från haven och ut i atmosfären, vilket leder till ökad kinetisk energi och en mer slingrande jetström. Omvänt, när haven är frånkopplade, reagerar inte havsytans temperatur på atmosfäriska fluktuationer. De större temperaturskillnaderna gör att mer värme frigörs, vilket resulterar i en mindre slingrande jetström.
"Den här studien kvantifierar kopplingseffekten baserat på stora ensemblesimuleringar av en toppmodern helt kopplad modell. Dessutom avslöjar den hur koppling selektivt förbättrar flera huvudsakliga variabilitetsmetoder, inte bara termodynamiskt utan också dynamiskt", avslutar Mori .
Noterbart påpekar forskarna att simuleringen kunde ha underskattat kopplingseffekten på grund av modellbias och problem med simuleringsdesign. Ändå kan ny kunskap om effekterna av kopplingen mellan hav och atmosfär på norra halvklotet bidra till att förbättra klimatprognoserna inför klimatkrisen genom att förbättra klimatmodellerna.
Mer information: Masato Mori et al, norra halvklotet vinteratmosfäriska teleförbindelser intensifieras av extratropisk ocean-atmosfär-koppling, Communications Earth &Environment (2024). DOI:10.1038/s43247-024-01282-1
Journalinformation: Kommunikation Earth &Environment
Tillhandahålls av Kyushu University
