Egy évszázad adatai évtizedes változásokat jeleznek

A tengerészek évszázadok óta rögzítik a világóceán időjárását. Mintegy 100 millió tengeri időjárási jelentés gyűlt össze világszerte 1854 óta, amikor is létrehozták az óceánok feletti meteorológiai adatok gyűjtésének nemzetközi rendszerét. Ezek a jelentések a tengerfelszín hőmérsékletének, a levegő hőmérsékletének, a szélnek, a felhőzetnek és a légnyomásnak a mérését tartalmazzák. Az 1980-as években a Nemzeti Óceán- és Légkörkutató Hivatal (NOAA) ezeket az időjárási megfigyeléseket egyetlen, könnyen hozzáférhető digitális archívumba gyűjtötte össze, amelyet Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set (Átfogó óceán-légköri adatkészlet) néven emlegetnek. Ez a fontos adatkészlet képezi a világ óceánjai felszíni éghajlatáról és annak változékonyságáról szóló empirikus ismereteink alapját: A változó rendszer egyik példája az El Nino néven ismert jelenség a trópusi Csendes-óceánon. Az éghajlatkutatás egyik fő kihívása, hogy ezeket az adatokat felhasználva dokumentáljuk és megértsük az óceánok szerepét a hosszú távú dekádos és évszázados éghajlatváltozásokban.

A jobb oldali ábra az óceánok feletti időjárási megfigyelések földrajzi eloszlását mutatja három időszakra: 1880-1900, 1920-1940 és 1960-1980. A századforduló előtt a tengeri időjárás-jelentések nagyrészt az Atlanti-óceán északi és nyugati, dél-atlanti hajózási útvonalakra korlátozódtak. A Csendes-óceán északi részéből csak a második világháború után, a trópusi óceánokból pedig csak 1960 után vettek megfelelő mintákat; a déli óceánok még mindig nagyrészt méretlenek. A rendszertelen mintavételezés miatt az Atlanti-óceán északi része feletti éghajlati változások leírására összpontosítunk a századfordulóig visszamenőleg. Szerencsére az Atlanti-óceán északi része fontos szerepet játszik a világtengeri cirkulációban.

Az óceán és a légkör közötti fizikai kölcsönhatás szempontjából két paraméter kulcsfontosságú: a tengerfelszíni hőmérséklet és a felszínközeli szél. Ezek szabályozzák a két közeg közötti hő- és impulzusátvitel sebességét. A jobb oldali alábbi ábra a tengerfelszíni hőmérséklet és a felszínközeli szél hosszú távú átlagos eloszlását mutatja az Atlanti-óceán északi része felett. Ezek az ábrák az 1900 óta rendelkezésre álló összes megfigyelésen alapulnak. Az uralkodó nyugati szelek vagy "nyugati szél" a széleloszlás jól ismert jellemzője. A tengerfelszín hőmérséklete általában melegebb az Atlanti-óceán keleti részén, mint az Atlanti-óceán nyugati részén ugyanazon a szélességi fokon, ami a Golf-áramlat mérséklő hatását tükrözi.

Hogyan változott a szél és a hőmérséklet eloszlása az idők folyamán? Az empirikus ortogonális függvényelemzésnek nevezett statisztikai módszer segít a koherens időbeli változások régióinak azonosításában. A statisztikai elemzés eredményei arra mutatnak rá, hogy az Új-Fundlandtól közvetlenül délre és keletre fekvő terület a tengerfelszíni hőmérséklet jelentős ingadozásának helyszíne. Az alábbi jobb oldali ábra a tengerfelszíni hőmérséklet alakulását mutatja ebben a régióban 1900 óta. Feltűnő tendencia, hogy a hideg és meleg időszakok körülbelül egy évtizedes időközönként következnek be, valamint a hosszabb távú, több évtizedes felmelegedési és lehűlési tendenciák. Ha a felszínközeli szélmezőt hasonló módon (de a tengerfelszíni hőmérséklettől függetlenül) elemezzük, hasonló évtizedes skálájú oszcillációk és hosszabb távú tendenciák jelennek meg. Amint azt az alábbi McCartney-melléklet is mutatja, a változékonyságnak ezt a medenceszintű mintázatát észak-atlanti oszcillációnak nevezték el.

Milyen jellegűek ezek a dekádos és több évtizedes ingadozások?

Az óceán mélykörforgásában rejlő oszcillációk felszíni jelei? 

Globálisak vagy az Atlanti-óceán északi részére korlátozódnak? 

Mi a légkör szerepe? 

Matematikai modellekből egyre több bizonyíték van arra, hogy az Atlanti-óceán észak-atlanti termohalin (hő- és sűrűségvezérelt) cirkulációja évtizedes-multidekádos frekvenciájú, csillapított oszcillációs rendszerként viselkedhet, ahol a légkör szolgáltatja az energiát az oszcilláció fenntartásához a disszipáció ellenében. A modellezési munkából származó hipotézisek relevanciájának teszteléséhez a megfigyelt éghajlati adatok további leírására van szükség.

A tízéves skálájú változásokról egy összetett képet kaphatunk, ha a jobb oldali ábrán látható hideg (vagy meleg) időszakok átlagát kiszámítjuk, és kivonjuk belőlük a hosszú távú átlagot. A közvetlenül az alábbi ábra a hideg események ilyen "anomáliakompozitját" mutatja. Amikor a tengerfelszín hőmérséklete Új-Fundlandtól keletre hidegebb a normálisnál, a felszínközeli nyugati szelek erősebbek a normálisnál. Ez a kapcsolat a légkör és az óceán közötti pozitív visszacsatolásra utalhat: az erősebb szelek a párolgás és a hőveszteség fokozása révén lehűtik az óceán felszínét, míg a hidegebb felszíni hőmérséklet a viharpálya szélességét és az uralkodó nyugati szeleket dél felé tolja el. Így a szél és a hőmérséklet évtizedes ingadozásai a közelmúltbeli modellezési eredményekkel összhangban a levegő és a tenger közötti kölcsönhatási folyamatok összekapcsolódásának megnyilvánulása lehet. 

Hogy mi határozza meg az ingadozások időskáláját és amplitúdóját, az egyelőre megoldatlan kérdés.

A tengerfelszíni hőmérséklet évtizedes ingadozásai érdekes összefüggést mutatnak a Labrador-tengerben található tengeri jég mennyiségével, amint azt a jobb oldali ábra mutatja. Bár a tengeri jégre vonatkozó adatok csak 1953-ig nyúlnak vissza, nyilvánvaló, hogy a normálisnál hidegebb hőmérsékletű évtizedes ingadozások mindegyikét a normálisnál nagyobb mennyiségű tengeri jéggel jellemezhető időszak előzte meg. Ennek az összefüggésnek a mechanizmusa nem jól ismert, bár valószínűsíthető, hogy az olvadó jégből származó hideg, stabil víztömeget az óceáni áramlatok az Új-Fundlandtól keletre fekvő régióba szállíthatják. Egyes kutatók feltételezik, hogy a sarkvidéki csapadék, a lefolyás, a sótartalom és az óceáni áramlás összetett visszacsatolási hurokja magyarázza a tengerjég évtizedes léptékű változásait.

ÉSZAK-ATLANTI OSZCILLÁCIÓ

A jobb oldali ábra felső két táblája, a tengerszintű nyomás millibarban kifejezve, példát mutat a regionálisan változó éghajlati mintákra. Az észak-atlanti oszcilláció (NAO) magas (+) és alacsony (-) szélsőséges állapotát mutatják. Az Észak-Atlanti-óceán feletti regionális légköri cirkulációt általában egy szubpoláris magasnyomású cella jellemzi, amelynek központja az Azori-szigetek közelében van, és egy szubpoláris alacsonynyomású cella, amelynek központja Izland és a Zöld-föld közelében van. E két központ között a nyugati szelek Észak-Amerika felől Európa felé fújnak, míg az izlandi mélyponttól északra és az azori magaslaptól délre keleti szelek fújnak. E nyomásközpontok erősségének és helyzetének jellegzetes oszcillációja évközi és évtizedek közötti ingadozása következik be.

A magas NAO-állapotban a nyugati szél intenzív, és a hideg kontinentális levegőt, amelyet Észak-Amerika északi részéből szállítanak, felmelegíti a meleg óceáni vizekből felszabaduló hő, és ez a felmelegedett levegő délnyugat felől átáramlik Észak-Európán. Amikor az NAO alacsony állapotban van, az izlandi alacsonynyomású központ messze délre, Új-Fundland fölé tolódik, és Grönland északi része fölött magasnyomású központ van, amelynek hatására hideg, száraz, sarkvidéki levegő áramlik át Észak-Európán, majd nyugat felé az északi szubpoláris területen Észak-Amerika felé, amely útközben felmelegszik az óceánból a légkör fölé áramló hő hatására. Ebben az alacsony NAO-állapotban Észak-Európában sokkal hűvösebbek a nyarak és keményebbek a telek, mint a magas NAO-állapotban, míg Labradorban enyhébb az éghajlat. Az ábra alsó két panelje azt mutatja, hogy a téli viharok gyakorisága az NAO két szélsőséges állapotában meglehetősen eltérő, az USA északkeleti részén több északkeleti vihar fordul elő az alacsony NAO-állapotban, mint a magas NAO-állapotban.

Az eltérő szelek és az ezzel járó melegebb vagy hűvösebb időszakok Észak-Európa és Észak-Amerika számára, amelyek akkor következnek be, amikor a NAO-index egy évtizedes vagy annál hosszabb időszakokon keresztül egyik szélsőértékről a másikra változik, jelentősen hozzájárulnak a globális hőmérsékletváltozás eloszlásához. Az NAO és egy hasonló éghajlati index, az úgynevezett "Csendes-óceán-észak-amerikai" (PNA) index összehasonlítása azt jelzi, hogy évtizedes időskálán összehangolt változások lehetnek az egész északi féltekén vagy akár az egész Földön.

https://www.whoi.edu/oceanus/feature/a-century-of-north-atlantic-data-in...

https://www.climate.gov/news-features/understanding-climate/climate-vari...