* Okay, vielleicht nicht.
Obwohl nicht so populär wie „Polarwirbel“, brachen ozeanische Kelvin-Wellen Anfang 2014 (hier, hier, hier) in Medienberichte ein, als eine wirklich starke Welle nach Osten über den tropischen Pazifik reiste. In diesem Beitrag werden wir etwas detaillierter darauf eingehen, was diese Wellen sind und warum sie für die ENSO-Vorhersage wichtig sind. Und wenn Kelvin-Wellen eines Tages so populär werden wie der Polarwirbel, sind wir zuversichtlich, dass unsere Leser sie auf eine Weise beschreiben können, die von Wissenschaftlern keinen schweren Seufzer hervorruft.
Nicht alle Wellen kräuseln sich und stürzen ab
Die Wellen, die die meisten von uns kennen, sind die Wellen am Strand — Wellen, die sich endlos am Ufer kräuseln und abstürzen. Aber der Ozean und die Atmosphäre haben auch sogenannte „Planetenwellen“ — Wellen von immensem Ausmaß. Kelvin-Wellen sind eine Art planetare Welle.
Im Gegensatz zu den Wellen, die Sie am Strand sehen, kräuseln sich Kelvin-Wellen nicht und stürzen dann ab. Sie sind eher wie die Wellen in der Badewanne, die langsam schwappen um. Sie brechen nicht, aber sie haben immer noch breite Gipfel und Täler, die die Tiefe des Wassers verändern (das Ozeanäquivalent ist „Meeresoberflächenhöhe“).
Die für ENSO relevanten Kelvinwellen bewegen sich nur nach Osten und entlang des Äquators (1). Wie alle planetaren Wellen ist die geografische Ausdehnung einer äquatorialen Kelvin-Welle riesig und erstreckt sich oft über einen Großteil des Pazifischen Ozeans (Tausende von Meilen).
Äquatoriale Kelvinwellen haben zwei Phasen, die zu sehr unterschiedlichen Veränderungen der Untergrund- und Meeresoberflächentemperatur (SST) im östlichen tropischen Pazifik führen können:
(A) Abwärtsphase: Normalerweise wehen Winde von Ost nach West über den tropischen Pazifik, wodurch sich im westlichen Pazifik warmes Wasser ansammelt. Eine Abschwächung dieser Winde beginnt die Oberflächenschicht des Wassers Kaskadierung nach Osten. Die dicke warme Schicht schwappt nach Osten und drückt dabei die Thermokline hinunter, daher nennen wir dies eine „Abwärtswelle“. Die Thermokline ist die Grenze zwischen der wärmeren, oberflächennahen Mischschicht und dem kälteren tieferen Wasser (4). Aufgrund dieses Abwärtsdrucks, wenn sich die Welle nach Osten bewegt, ist es für das kältere, tiefere Wasser schwieriger, die Oberfläche zu beeinflussen, so dass die oberflächennahen Temperaturen oft über dem Durchschnitt liegen. Dies wird oft (nicht immer) die Oberflächentemperaturen erwärmen und die Samen für einen El Niño pflanzen (5).
(B) Auftriebsphase: Nachdem der Abwärtsteil der Welle vorüber ist, sehen wir manchmal einen Rückprall oder Auftrieb, wo es einmal abwärts ging (6). Hier quillt das kältere Wasser in der Tiefe auf und die Thermokline kommt näher an die Oberfläche. Wir werden oft unterdurchschnittliche Temperaturen in der Nähe oder an der Oberfläche sehen.
In diesem Diagramm unten sehen Sie sowohl die Abwärts- als auch die Aufwärtsphase, die die Durchschnittstemperatur der oberen 300 m des Ozeans entlang des Äquators zeigt (7). Wenn die warme obere Schicht dick ist, ist diese Durchschnittstemperatur wärmer, so dass diese Art von Diagramm bequem ist. Nach dem Start benötigt eine Kelvin-Welle 2-3 Monate, um den tropischen Pazifik zu überqueren, was uns eine gewisse Vorlaufzeit gibt, um ein mögliches El Niño-Ereignis zu antizipieren. Wir sahen im März / April 2014 eine große Abwärts-Kelvin-Welle (siehe auch diesen Artikel), aber dann sahen wir im Juni / Juli eine Aufwärtsphase, die dazu beitrug, die Temperaturen im Ostpazifik umzukehren und abzukühlen. Die Temperaturänderungen unter der Oberfläche sind nicht immer vollkommen gleich und entgegengesetzt. Nur weil es eine starke Abwärtsphase gibt, bedeutet das nicht, dass es eine starke Aufwärtsphase geben wird (6).
Äquatoriale Temperaturanomalien unter der Oberfläche (gemittelt von 0-300 Metern Tiefe) für jeden Längengrad über dem Pazifischen Ozean (siehe x-Achse). Die Zeit wird auf der y-Achse von Mitte Januar 2014 (oberer Rand) bis Mitte Januar 2015 (unterer Rand) angezeigt. Die rote Schattierung zeigt an, wo die Temperaturen überdurchschnittlich waren, und die blaue Schattierung zeigt an, wo sie unterdurchschnittlich waren. Die Daten stammen vom NCEP Global Ocean Data Assimilation System (GODAS) mit Anomalien, die in Bezug auf den Durchschnitt über 1981-2010 definiert wurden. Die Daten stammen vom NOAA Climate Prediction Center.
Im Dezember 2014 und Januar 2015 sahen wir eine schwache aufsteigende Kelvinwelle über den tropischen Pazifik (weiße Schattierung), die zu einer Abkühlung des unterirdischen tropischen Pazifiks führte. Wird dies der letzte Sargnagel für El Niño im Winter 2014-15 sein? Es ist möglich, also bleiben Sie über zukünftige ENSO-Updates auf dem Laufenden. In Zukunft müssen wir den Pazifik weiterhin auf zukünftige Kelvin-Wellen überwachen, die das Risiko der Bildung von El Niño im Jahr 2015 erhöhen könnten (siehe letzter NCEP CFSv2-Lauf).
— Vielen Dank für die Überprüfung und Änderungen von William Kessler, NOAA Pacific Marine Environmental Laboratory (PMEL). Schauen Sie sich seine hilfreichen und unterhaltsamen ENSO-FAQs an.
Fußnoten:
(1) An diesem Punkt könnten sich unsere neugierigeren Leser fragen, was passiert, nachdem diese Welle die Küste Südamerikas getroffen hat? Nun, sie können (leicht vom Äquator entfernt) als sich nach Westen bewegende Rossby-Welle zurückprallen. Es gibt auch eine zweite Art von Kelvin-Welle im Ozean, die nicht so direkt auf die ENSO-Vorhersage anwendbar ist, die als Küsten-Kelvin-Welle bezeichnet wird, die sich mit der Küste rechts in der nördlichen Hemisphäre bewegt.
(2) Auf planetarischer Ebene dominieren unterschiedliche Kräfte, und so finden wir diese verschiedenen Wellenklassen. Wie jede Welle beginnen planetare Wellen jedoch, wenn die Oberfläche einer Flüssigkeit irgendwie gestört ist.
(3) Die atmosphärische Kelvinwelle wird oft als konvektiv gekoppelte Kelvinwelle (CCKW) dargestellt und ähnelt im Wesentlichen der atmosphärischen Madden-Julian-Oszillation (MJO), außer dass sie sich schneller nach Osten bewegt und kürzere Wellenlängen überspannt (Kiladis et al., 2009).
(4) Die Thermokline wird häufig durch unterirdische Temperaturen bei 20 ° C definiert. Um die 20 ° C-Schicht herum ändern sich die Meerestemperaturen schnell (ein starker Temperaturgradient). Im Durchschnitt befindet sich die Thermokline im Westpazifik in einer tieferen Tiefe und im Ostpazifik näher an der Oberfläche.
(5) Das Auftreten einer fallenden Kelvin-Welle bedeutet nicht automatisch, dass ein El Niño-Ereignis eintritt. Unterirdische Temperaturen können ziemlich warm werden, aber sie manifestieren sich nicht unbedingt 1: 1 an der Oberfläche des Ozeans. Dies liegt daran, dass es „einfacher“ ist, große Anomalien in der Nähe der Thermokline (ein großer Temperaturgradient kann zu großen Anomalien führen) und nicht unbedingt direkt an der Oberfläche zu erreichen. Absteigende Kelvin-Wellen sind jedoch ein Zeichen für einen möglichen El Niño und deshalb ist es wichtig, zusätzlich zur Oberfläche auch unter der Meeresoberfläche zu überwachen.
(6) Es muss keine Rebound-Auftriebswelle geben. Die Wellen spiegeln den Windantrieb vollständig wider: Wenn die Winde aus westlicher Richtung bleiben, wird es keinen Rückprall geben. Aber es kommt vor, dass typisch westlicher Wind (z.B. vom MJO) dann östliche Anomalien folgen. Dieser Prozess ist völlig außerhalb des Ozeans – letztendlich wird der Ozean auf anhaltenden Windantrieb reagieren.
(7) Abbildung 1 wird als Hovmoller-Diagramm bezeichnet, was ein einschüchternder Name ist, aber es ist eine gute Möglichkeit, Informationen darzustellen. Die rote Schattierung zeigt, wo die Untergrundtemperaturen (von der Meeresoberfläche bis 300 Meter unter der Oberfläche) überdurchschnittlich sind. Blues zeigen Ihnen, wo sie unterdurchschnittlich sind. Das Schöne an diesem Diagramm ist, dass Sie die Entwicklung und Bewegung dieser Wellen im Laufe der Zeit sehen können. Die Neigung der Temperaturanomalien von links nach rechts zeigt eine Bewegung nach Osten an, die ein Zeichen für eine ozeanische Kelvin-Welle ist. Im Gegensatz dazu können Sie diese Bewegung nicht sehen, wenn Sie eine Abbildung untersuchen, die lediglich die unterirdischen Meerestemperaturen zu einem bestimmten Zeitpunkt zeigt (wie die folgende für den 13. Januar 2015). In einem Hovmoller-Diagramm muss eine der Achsen (normalerweise die Vertikale / y-Achse) die Zeit sein.
Tiefe-Länge-Abschnitt der äquatorialen pazifischen oberen Ozean (0-300m) Temperaturanomalien zentriert auf die Pentade vom 13. Januar 2015. Die Anomalien werden zwischen 5S-5N gemittelt und basieren auf Abweichungen von den Pentad-Mittelwerten der Basisperiode 1981-2010.
