Межгодовая изменчивость термических условий во внетропической зоне южной части Тихого океана на рубеже XX–XXI веков

И. Д. Ростов✉, Е. В. Дмитриева, Н. И. Рудых

Тихоокеанский океанологический институт им. В. И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук, Владивосток, Россия

✉ e-mail: rostov@poi.dvo.ru

Аннотация

Цель. Выявить пространственно-временные особенности межгодовых изменений приземной температуры воздуха Ta, температуры поверхности океана (ТПО) и температуры воды Tw верхнего 1000-метрового слоя во внетропической зоне южной части Тихого океана за последние четыре десятилетия, проявляющиеся в результате планетарных изменений и сдвига климатического режима на рубеже XX–XXI вв.; оценить их тенденции и возможные причинно-следственные связи с процессами в атмосфере и на поверхности океана – цель настоящей работы.

Методы и результаты. По данным глобальной метеорологической сети и реанализа (NOAA) определены региональные особенности и тренды межгодовых колебаний температуры воды и воздуха и их связи с вариациями полей давления, ветра, выраженности центров действия атмосферы (ЦДА) и климатических индексов (КИ) за последние четыре десятилетия. Использовались методы кластерного, корреляционного, регрессионного анализа и эмпирических ортогональных функций (ЭОФ). Положительные тренды изменений полей Ta и ТПО выражены главным образом в северо-западной части региона, где они статистически значимы и достигают максимума 0,4–0,6°C/10 лет в районе Тасманова моря и к северо-востоку от о. Новая Зеландия. Области с минимальными и отрицательными или незначимыми величинами трендов температуры воздуха и воды располагаются на южной и восточной периферии исследуемого региона – в области влияния холодных течений. Во всей исследуемой акватории тренды среднегодовой ТПО и Ta составили ~ 0,04–0,06°C/10 лет, что в 2–3 раза меньше, чем в субарктическом районе северной части Тихого океана. Особенности пространственно-временной изменчивости трендов температуры воды на различных горизонтах существенно отличаются от характеристик трендов ТПО. Трансформация пространственного распределения трендов происходит уже в пределах верхнего 200-метрового слоя, а глубже максимальные значения этой величины наблюдаются в юго-восточной части акватории.

Выводы. Полученные результаты позволили охарактеризовать степень неоднородности реакции приземного слоя атмосферы, ТПО и вертикального распределения Tw внетропической зоны южной части Тихого океана на происходящие глобальные изменения, выделить обособленные области, дать количественные оценки скорости потепления в этих акваториях и сопоставить их с оценками для других районов Тихого океана. Отдельные фазы чередования теплых и холодных периодов в межгодовом ходе температур согласуются с изменениями региональных КИ, состояния ЦДА, что подчеркивает неоднородный характер этого процесса в пространстве и времени.

Ключевые слова

южная часть Тихого океана, внетропическая зона, современные климатические изменения, региональные особенности, температура воды и воздуха, тренды потепления и похолодания, климатические параметры, корреляционные связи

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания ТОИ ДВО РАН по теме № 0211-2021-0008, регистрационный № 121021700346-7. Авторы благодарят разработчиков за возможность использовать климатические данные, размещенные на сайтах NOAA.

Для цитирования

Ростов И. Д., Дмитриева Е. В., Рудых Н. И. Межгодовая изменчивость термических условий во внетропической зоне южной части Тихого океана на рубеже XX–XXI веков // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 6. С. 659–679. EDN EPGAOP. doi:10.22449/0233-7584-2021-6-659-679

Rostov, I.D., Dmitrieva, E.V. and Rudykh, N.I., 2021. Interannual Variability of Thermal Conditions in the Extratropical Zone of the South Pacific at the Turn of the XX–XXI Centuries. Physical Oceanography, 28(6), pp. 612-631. doi:10.22449/1573-160X-2021-6-612-631

DOI

10.22449/0233-7584-2021-6-659-679

Список литературы

  1. State of the Global Climate 2020. World Meteorological Organization. 2021. WMO-No. 1264. 54 p. URL: https://library.wmo.int/doc_num.php?explnum_id=10618 (date of access 23.04.2021).
  2. Balmaseda M. A., Trenberth K. E., Källén E. Distinctive climate signals in reanalysis of global ocean heat content // Geophysical Research Letters. 2013. Vol. 40, iss. 9. P. 1754–1759. doi:10.1002/grl.50382
  3. Blunden J., Arndt D. S. State of the climate in 2019 // Bulletin of the American Meteorological Society. 2020. Vol. 101, iss. 8. P. S1–S429. http://doi.org/10.1175/2020BAMSStateoftheClimate.1
  4. Deep and abyssal ocean warming from 35 years of repeat hydrography / D. G. Desbruyères [et al.] // Geophysical Research Letters. 2016. Vol. 43, iss. 19. P. 10,356–10,365. doi:10.1002/2016GL070413
  5. Warming of the World Ocean / S. Levitus [et al.] // Science. 2000. Vol. 287, iss. 5461. P. 2225–2229. doi:10.1126/science.287.5461.2225
  6. Willis J. R., Roemmich D., Cornuelle B. Interannual variability in upper ocean heat content, temperature, and thermosteric expansion on global scales // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2004. Vol. 109, iss. C12. C12036. doi:10.1029/2003JC002260
  7. Decade-long deep-ocean warming detected in the subtropical South Pacific / D. L. Volkov [et al.] // Geophysical Research Letters. 2017. Vol. 44, iss. 2. P. 927–936. doi:10.1002/2016GL071661
  8. Wang C. Three-ocean interactions and climate variability: a review and perspective // Climate Dynamics. 2019. Vol. 53. P. 5119–5136. doi:10.1007/s00382-019-04930-x
  9. Gille S. T. Decadal-Scale Temperature Trends in the Southern Hemisphere Ocean // Journal of Climate. 2008. Vol. 21, iss. 18. P. 4749–4765. doi:10.1175/2008JCLI2131.1
  10. The Southern Hemisphere Westerlies in a Warming World: Propping Open the Door to the Deep Ocean / J. L. Russell [et al.] // Journal of Climate. 2006. Vol. 19, iss. 24. P. 6382–6390. doi:10.1175/JCLI3984.1
  11. Marshall G. J. Trends in the Southern Annular Mode from Observations and Reanalyses // Journal of Climate. 2003. Vol. 16, iss 24. P. 4134–4143. doi:10.1175/1520-0442(2003)0164134:TITSAM2.0.CO;2
  12. Мохов И. И., Чернокульский А. В., Осипов А. М. Центры действия атмосферы Северного и Южного полушарий: особенности и изменчивость // Метеорология и гидрология. 2020. № 11. C. 5–23.
  13. Малинин В. Н., Гордеева С. М. Промысловая океанология юго-восточной части Тихого океана. Том I : Изменчивость факторов среды обитания. СПб. : РГГМУ, 2009. 278 с.
  14. Orsi A. H., Whitworth III T., Nowlin W. D. Jr. On the meridional extent and fronts of the Antarctic Circumpolar Current // Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 1995. Vol. 42, iss. 5. P. 641–673. doi:10.1016/0967-0637(95)00021-W
  15. Continuation of tropical Pacific Ocean temperature trend may weaken extreme El Niño and its linkage to the Southern Annular Mode / E.-P. Lim [et al.] // Scientific Reports. 2019. Vol. 9. 17044. doi:10.1038/s41598-019-53371-3
  16. Sen Gupta A., England M. H. Coupled Ocean-Atmosphere-Ice Response to Variations in the Southern Annular Mode // Journal of Climate. 2006. Vol. 19, iss. 18. P. 4457–4486. doi:10.1175/JCLI3843.1
  17. Gong D., Wang S. Definition of Antarctic Oscillation index // Geophysical Research Letters. 1999. Vol.26, iss. 4. P. 459–462. doi:10.1029/1999GL900003
  18. Karoly D. J. Southern Hemisphere Circulation Features Associated with El Niño-Southern Oscillation Events // Journal of Climate 1989. Vol. 2, iss. 11. P. 1239–1252. doi:10.1175/1520-0442(1989)0021239:SHCFAW2.0.CO;2
  19. Воскресенская Е. Н., Марчукова О. В. Качественная классификация событий Ла-Нинья // Морcкой гидрофизический журнал. 2015. № 3. C. 15–26. doi:10.22449/0233-7584-2015-3-15-26
  20. Herman A. Trends and variability of the atmosphere–ocean turbulent heat flux in the extratropical Southern Hemisphere. // Scientific Reports. 2015. Vol. 5. 14900. doi:10.1038/srep14900
  21. Yeo S.-R., Kim K.-Y. Decadal changes in the Southern Hemisphere sea surface temperature in association with El Niño–Southern Oscillation and Southern Annular Mode // Climate Dynamics. 2015. Vol. 45. P. 3227–3242. doi:10.1007/s00382-015-2535-z
  22. Ciasto L. M., Simpkins G. R., England M. H. Teleconnections between Tropical Pacific SST Anomalies and Extratropical Southern Hemisphere Climate // Journal of Climate. 2015. Vol. 28, iss. 1. P. 56–65. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-14-00438.1
  23. Yuan X., Yonekura E. Decadal variability in the Southern Hemisphere // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2011. Vol. 116, iss. D19. D19115. doi:10.1029/2011JD015673
  24. Fogt R. L., Bromwich D. H. Decadal Variability of the ENSO Teleconnection to the High-Latitude South Pacific Governed by Coupling with the Southern Annular Mode // Journal of Climate. 2006. Vol. 19, iss. 6. P. 979–997. doi:10.1175/JCLI3671.1
  25. The response of the Southern Annular Mode, the East Australian Current, and the southern midlatitude ocean circulation to global warming / W. Cai [et al.] // Geophysical Research Letters. 2005. Vol. 32, iss. 23. P. L23706. doi:10.1029/2005GL024701
  26. Tauvale L., Tsuboki K. Characteristics of Tropical Cyclones in the Southwest Pacific // Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser. II. 2019. Vol. 97, iss. 3. P. 711–731. doi:10.2151/jmsj.2019-042
  27. Fan T., Deser C., Schneider D. P. Recent Antarctic sea ice trends in the context of Southern Ocean surface climate variations since 1950 // Geophysical Research Letters. 2014. Vol. 41, iss. 7. P. 2419–2426. doi:10.1002/2014GL059239
  28. World Ocean Database 2018 / T. P. Boyer [et al.] // Techn. ed. A. V. Mishonov. NOAA Atlas NESDIS 87. 2018. 207 p. URL: https://www.ncei.noaa.gov/products/world-ocean-database (date of access 23.04.2021).
  29. Thomson R. E., Emery W. J. Data Analysis Methods in Physical Oceanography. Amsterdam : Elsevier Science, 2014. 728 p.
  30. Hosoda S., Ohira T., Nakamura T. A monthly mean dataset of global oceanic temperature and salinity derived from Argo float observations // JAMSTEC Report of Research and Development. 2008. Vol. 8. P. 47–59. doi:10.5918/jamstecr.8.47
  31. A review of global ocean temperature observations: Implications for ocean heat content estimates and climate change / J. P. Abraham [et al.] // Reviews of Geophysics. 2013. Vol. 51, iss. 3. P. 450–483. doi:10.1002/rog.20022
  32. Garreaud R. D., Battisti D. S. Interannual (ENSO) and Interdecadal (ENSO-like) Variability in the Southern Hemisphere Tropospheric Circulation // Journal of Climate. 1999. Vol. 12, iss. 7. P. 2113–2123. doi:10.1175/1520-0442(1999)0122113:IEAIEL2.0.CO;2
  33. Климатические изменения термических условий окраинных морей западной части Тихого океана / И. Д. Ростов [и др.] // Метеорология и гидрология. 2020. № 3. С. 44–57.
  34. Talley L. D. Hydrographic Atlas of the World Ocean Circulation Experiment (WOCE). Volume 2: Pacific Ocean / Eds. M. Sparrow, P. Chapman, J. Gould. Southampton, U. K. : International WOCE Project Office, 2007. 20 p.
  35. The Effective Number of Spatial Degrees of Freedom of a Time-Varying Field / C. S. Bretherton [et al.] // Journal of Climate. 1999. Vol. 12, iss. 7. P. 1990–2009. https://doi.org/10.1175/1520-0442(1999)0121990:TENOSD2.0.CO;2
  36. Remote Forcing of Tasman Sea Marine Heatwaves / Z. Li [et al.] // Journal of Climate. 2020. Vol. 33, iss. 12. P. 5337–5354. doi:10.1175/JCLI-D-19-0641.1
  37. An Exchange Window for the Injection of Antarctic Intermediate Water into the South Pacific / D. Iudicone [et al.] // Journal of Physical Oceanography. 2007. Vol. 37, iss. 1. P. 31–49. doi:10.1175/JPO2985.1
  38. On the response of subduction in the South Pacific to an intensification of westerlies and heat flux in an eddy permitting ocean model / C. Liu [et al.] // Advances in Atmospheric Sciences. 2017. Vol. 34. P. 521–531. doi:10.1007/s00376-016-6021-2
  39. Impacts of wind stress on the Antarctic Circumpolar Current fronts and associated subduction / S. M. Downes [et al.] // Geophysical Research Letters. 2011. Vol. 38, iss. 11. L11605. doi:10.1029/2011GL047668
  40. Ростов И. Д., Дмитриева Е. В. Региональные особенности межгодовых изменений температуры воды в субарктической зоне Тихого океана // Метеорология и гидрология. 2021. № 2. C. 67–79.
  41. Ростов И. Д., Дмитриева Е. В., Рудых Н. И. Климатические изменения термических условий в тихоокеанской субарктике в условиях современного глобального потепления // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 2. C. 162–178. doi:10.22449/0233-7584-2021-2-162-178
  42. Mo K. C. Relationships between Low-Frequency Variability in the Southern Hemisphere and Sea Surface Temperature Anomalies // Journal of Climate. 2000. Vol. 13, iss. 20. P. 3599–3610. doi:10.1175/1520-0442(2000)0133599:RBLFVI2.0.CO;2
  43. Salinger M. J., Renwick J. A., Mullan A. B. Interdecadal Pacific Oscillation and South Pacific climate // International Journal of Climatology. 2001. Vol. 21, iss. 14. P. 1705–1721. doi:10.1002/joc.691
  44. Попова В. В. Современные изменения температуры приземного воздуха на севере Евразии: региональные тенденции и роль атмосферной циркуляции // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2009. № 6. C. 59–69.
  45. Кукса В. И. Атлас промежуточных и подповерхностных промежуточных вод Мирового океана. М. : Гидрометеоиздат, 1978. 83 с.
  46. Степанов В. Н. Океаносфера. М. : Мысль, 1983. 270 с.
  47. Кошляков М. Н., Тараканов Р. Ю. Промежуточные воды южной части Тихого океана // Океанология. 2005. Т. 45, № 4. С. 485–503.
  48. Sokolov S., Rintoul S. R. Subsurface structure of interannual temperature anomalies in the Australian sector of the Southern Ocean // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2003. Vol. 108, iss. C9. 3285. doi:10.1029/2002JC001494
  49. Iudicone D., Madec G., McDougall T. J. Water-Mass Transformations in a Neutral Density Framework and the Key Role of Light Penetration // Journal of Physical Oceanography. 2008. Vol. 38, iss. 7. P. 1357–1376. doi:10.1175/2007JPO3464.1
  50. Mooring Observations of Air-Sea Heat Fluxes in Two Subantarctic Mode Water Formation Regions / V. Tamsitt [et al.] // Journal of Climate. 2020. Vol. 33, iss. 7. P. 2757–2777. https://doi.org/10.1175/jcli-d-19-0653.1
  51. The Effects of Enhanced Sea Ice Export from the Ross Sea on Recent Cooling and Freshening of the Southeast Pacific / I. Cerovečki [et al.] // Journal of Climate. 2019. Vol. 32, iss. 7. P. 2013–2035. doi:10.1175/jcli-d-18-0205.1
  52. Haumann F. A., Gruber N., Münnich M. Sea‐Ice Induced Southern Ocean Subsurface Warming and Surface Cooling in a Warming Climate // AGU Advances. 2020. Vol. 1, iss. 2. e2019AV000132. doi:10.1029/2019AV000132
  53. Decadal Western Pacific Warm Pool Variability: A Centroid and Heat Content Study / A. Kidwell [et al.] // Scientific Reports. 2017. Vol. 7. 13141. doi:10.1038/s41598-017-13351-x

Скачать статью в PDF-формате