Морской гидрофизический журнал. 2023; 39: 157-176
Межгодовая изменчивость термических характеристик верхнего 1000-метрового слоя внетропической зоны северо-западной части Тихого океана на рубеже XX–XXI веков
https://doi.org/10.29039/0233-7584-2023-2-157-176Аннотация
Цель. Определить тенденции и пространственно-временные особенности межгодовых изменений температуры воды на поверхности (ТПО) и в верхнем 1000-метровом слое внетропической зоны северо-западной части Тихого океана и дать анализ их возможных причинно-следственных связей с крупномасштабными и региональными процессами в океане и атмосфере за отдельные фазы современного периода глобального потепления.
Методы и результаты. Для анализа данных климатических массивов NOAA использовались методы кластерного, корреляционного, регрессионного анализа и аппарата эмпирических ортогональных функций. Полученные результаты позволили охарактеризовать тенденции межгодовой динамики термических характеристик верхнего, промежуточного и глубинного слоев отдельных районов при различных условиях 20-летних фаз 40-летнего периода современных климатических изменений и дать количественную оценку их особенностей и статистической значимости.
Выводы. В целом по региону в обе фазы современного периода климатических изменений наблюдались положительные статистически значимые тренды среднегодовой ТПО, величина которых в 1982–2000 гг. была в 1,3–1,5 раза выше, чем в 2000–2021 гг. В течение второго периода площадь области с положительными трендами ТПО значительно сократилась и локализовалась в северо-западной части исследуемой акватории. В отличие от ТПО положительные тренды температуры воды в толще вод верхнего 1000-метрового слоя в этот период прослеживаются на большей части исследуемой акватории. Наиболее масштабно корреляционные связи вариаций теплосодержания верхнего слоя океана с процессами в океане и атмосфере проявляются через климатические индексы NPGO, PDO, WP, PTW и аномалии поля геопотенциала ΔH500.
Список литературы
1. Johnson G. C., Lyman J. M. Warming trends increasingly dominate global ocean // Nature Climate Change. 2020. Vol. 10. P. 757–761. doi:10.1038/s41558-020-0822-0
2. Interannual to Decadal Variability of the Upper-Ocean Heat Content in the Western North Pacific and Its Relationship to Oceanic and Atmospheric Variability / H. Na [et al.] // Journal of Climate. 2018. Vol. 31, iss. 13. P. 5107–5125. doi:10.1175/JCLI-D-17-0506.1
3. On the Pacific Ocean regime shift / C. Stephens [et al.] // Geophysical Research Letters. 2001. Vol. 28, iss. 19. P. 3721–3724. doi:10.1029/2000GL012813
4. 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. С. 162–178. doi:10.22449/0233-7584-2021-2-162-178
5. Externally Forced and Internally Generated Decadal Climate Variability Associated with the Interdecadal Pacific Oscillation / G. A. Meehl [et al.] // Journal of Climate. 2013. Vol. 26, iss. 18. P. 7298–7310. doi:10.1175/jcli-d-12-00548.1
6. Changes in Earth’s Energy Budget during and after the «Pause» in Global Warming: An Observational Perspective / N. G. Loeb [et al.] // Climate. 2018. Vol. 6, iss. 3. 62. doi:10.3390/cli6030062
7. Nieves V., Willis J. K., Patzert W. C. Recent hiatus caused by decadal shift in Indo-Pacific heating // Science. 2015. Vol. 349, iss. 6247. P. 532–535. doi:10.1126/science.aaa4521
8. Истоки Ойясио / Ред. В. Р. Фукс, А. Н. Мичурин. СПб. : Изд-во Санкт-Петербургского университета, 1997. 248 c.
9. Favorite F., Dodimead A. J., Nasu K. Oceanography of the Subarctic Pacific Region, 1960-71 // International North Pacific Fisheries Commission. Vancouver, Canada. Bulletin Number 33. Japan, Tokyo : Kenkyusha Printing Company, 1976. 187 p. URL: https://npafc.org/wp-content/uploads/Bulletin-33.pdf (date of access 9.06.2022).
10. Interdecadal variability of the Western Subarctic Gyre in the North Pacific Ocean / H. Kuroda [et al.] // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2021. Vol. 169. 103461. doi:10.1016/j.dsr.2020.103461
11. Yasuda I. Hydrographic Structure and Variability in the Kuroshio-Oyashio Transition Area // Journal of Oceanography. 2003. Vol. 59. P. 389–402. doi:10.1023/A:1025580313836
12. Ростов И. Д., Дмитриева Е. В., Рудых Н. И. Межгодовая изменчивость термических условий энергоактивной зоны Куросио и сопредельных районов Филиппинского моря // Метеорология и гидрология. 2022. № 4. С. 59–78.
13. North Pacific Gyre Oscillation links ocean climate and ecosystem change / E. Di Lorenzo [et al.] // Geophysical Research Letters. 2008. Vol. 35, iss. 8. L08607. doi:10.1029/2007GL032838
14. Панин Г. Н., Выручалкина Т. Ю., Соломонова И. В. Региональные климатические изменения в Северном полушарии и их взаимосвязь с циркуляционными индексами // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2010. Т. XXIII. С. 92–108.
15. Belkin I., Krishfield R., Honjo S. Decadal variability of the North Pacific Polar Front: Subsurface warming versus surface cooling // Geophysical Research Letters. 2002. Vol. 29, iss. 9. P. 65-1–65-4. doi:10.1029/2001GL013806
16. Qiu B. Large-Scale Variability in the Midlatitude Subtropical and Subpolar North Pacific Ocean: Observations and Causes // Journal of Physical Oceanography. 2002. Vol. 32, iss. 1. P. 353–375. doi:10.1175/1520-0485(2002)0320353:LSVITM2.0.CO;2
17. Бышев В. И., Фигуркин А. Л., Анисимов И. М. Современные климатические изменения термохалинной структуры вод СЗТО // Известия ТИНРО. 2016. Т. 185. С. 215–227. EDN WCAHXF.
18. Ростов И. Д., Дмитриева Е. В. Региональные особенности межгодовых изменений температуры воды в субарктической зоне Тихого океана // Метеорология и гидрология. 2021. № 2. С. 67–79.
19. Некоторые особенности океанологических условий осеннего цветения микроводорослей у юго-восточного побережья Камчатки / М. К. Пичугин [и др.] // Подводные исследования и робототехника. 2020. № 4 (34). С. 70–73. doi:10.37102/24094609.2020.34.4.010
20. World Ocean Database 2018 / T. P. Boyer [et al.] // NOAA Atlas NESDIS 87 / Techn. ed. A. V. Mishonov. 2018. 207 p. URL: https://www.ncei.noaa.gov/products/world-ocean-database (date of access 9.06.2022).
21. Hybrid Global Ocean Data Assimilation System at NCEP / S. G. Penny [et al.] // Monthly Weather Review. 2015. Vol. 143, iss. 11. P. 4660–4677. doi:10.1175/MWR-D-14-00376.1
22. Budgets for Decadal Variability in Pacific Ocean Heat Content / Z. Hu [et al.] // Journal of Climate. 2020. Vol. 33, iss. 17. P. 7633–7678. doi:10.1175/JCLI-D-19-0360.1
23. Decadal variability of the upper ocean heat content in the East/Japan Sea and its possible relationship to northwestern Pacific variability / H. Na [et al.] // Journal of Geophysical Research. 2012. Vol. 117, iss. C2. C02017. doi:10.1029/2011JC007369
24. Role of the Gulf Stream and Kuroshio–Oyashio Systems in Large-Scale Atmosphere–Ocean Interaction: A Review / Y.-O. Kwon [et al.] // Journal of Climate. 2010. Vol. 23, iss. 12. P. 3249–3281. doi:10.1175/2010JCLI3343.1
25. North Pacific Gyre Oscillation Synchronizes Climate Fluctuations in the Eastern and Western Boundary Systems / L. I. Ceballos [et al.] // Journal of Climate. 2009. Vol. 22, iss. 19. P. 5163–5174. doi:10.1175/2009JCLI2848.1
26. Hasegawa T., Yasuda T., Hanawa K. Multidecadal Variability of the Upper Ocean Heat Content Anomaly Field in the North Pacific and its Relationship to the Aleutian Low and the Kuroshio Transport // Papers in Meteorology and Geophysics. 2007. Vol. 58. P. 155–166. doi:10.2467/mripapers.58.155
27. Wang Y-L., Wu Ch.-R. Enhanced Warming and Intensification of the Kuroshio Extension, 1999–2013 // Remote Sensing. 2019. Vol. 11, iss. 1. 101. doi:10.3390/rs11010101
28. Interannual-to-Decadal Variability in the Oyashio and its Influence on Temperature in the Subarctic Frontal Zone: An Eddy-Resolving OGCM Simulation / M. Nonaka [et al.] // Journal of Climate. 2008. Vol. 21, iss. 23. P. 6283–6303. doi:10.1175/2008JCLI2294.1
29. Projected increase in El Niño-driven tropical cyclone frequency in the Pacific / S. S. Chand [et al.] // Nature Climate Change. 2017. Vol. 7. P. 123–127. doi:10.1038/nclimate3181
30. Kumar A., Wen C. An Oceanic Heat Content–Based Definition for the Pacific Decadal Oscillation // Monthly Weather Review. 2016. Vol. 144, iss. 10. P. 3977–3984. doi:10.1175/mwr-d-16-0080.1
31. The Pacific Decadal Oscillation, Revisited / M. Newman [et al.] // Journal of Climate. 2016. Vol. 29, iss. 12. P. 4399–4427. doi:10.1175/jcli-d-15-0508.1
32. Geng T., Yang Y., Wu L. On the Mechanisms of Pacific Decadal Oscillation Modulation in a Warming Climate // Journal of Climate. 2019. Vol. 32, iss. 5. P. 1443–1459. doi:10.1175/jcli-d-18-0337.1
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2023; 39: 157-176
Interannual Variability of Thermal Characteristics of the Upper 1000-meter Layer in the Extratropical Zone of the Northwestern Part of the Pacific Ocean at the Turn of the XX–XXI Centuries
https://doi.org/10.29039/0233-7584-2023-2-157-176Abstract
Purpose. The purpose of the study is to determine the trends and the spatio-temporal features of interannual changes in the sea surface temperature (SST) and in the upper 1000-meter layer in the extratropical zone of the northwestern Pacific Ocean, and to analyze their possible causal relationships with the large-scale and regional processes in the ocean and atmosphere over the certain phases of the modern period of global warming.
Methods and Results. To analyze the NOAA climatic data sets, the methods of cluster, correlation and regression analysis, and also the apparatus of empirical orthogonal functions were used. The results obtained made it possible to characterize the trends in interannual dynamics of thermal characteristics of the upper, intermediate and deep layers in the certain areas under various conditions of the 20-year phases of the 40-year period of modern climate changes, and to quantify their features and statistical significance.
Conclusions. In general, in the above region during the both phases of the modern period of climate changes, observed were the positive statistically significant trends in the annual average SST, the values of which in 1982–2000 were 1.3–1.5 times higher than those in 2000–2021. During the second period, the area of positive SST trends decreased significantly and was localized in the northwestern part of the area under study. In contrast to the SST, at the same period, positive trends of the water column temperature in the upper 1000-m layer were traced over most of the area under study. The correlations between the variations in the ocean upper layer heat content and the processes in the ocean and atmosphere are most extensively manifested through the climatic indices NPGO, PDO, WP, PTW, and the anomalies in the geopotential field ΔH500.
References
1. Johnson G. C., Lyman J. M. Warming trends increasingly dominate global ocean // Nature Climate Change. 2020. Vol. 10. P. 757–761. doi:10.1038/s41558-020-0822-0
2. Interannual to Decadal Variability of the Upper-Ocean Heat Content in the Western North Pacific and Its Relationship to Oceanic and Atmospheric Variability / H. Na [et al.] // Journal of Climate. 2018. Vol. 31, iss. 13. P. 5107–5125. doi:10.1175/JCLI-D-17-0506.1
3. On the Pacific Ocean regime shift / C. Stephens [et al.] // Geophysical Research Letters. 2001. Vol. 28, iss. 19. P. 3721–3724. doi:10.1029/2000GL012813
4. Rostov I. D., Dmitrieva E. V., Rudykh N. I. Klimaticheskie izmeneniya termicheskikh uslovii v tikhookeanskoi subarktike v usloviyakh sovremennogo global'nogo potepleniya // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2021. T. 37, № 2. S. 162–178. doi:10.22449/0233-7584-2021-2-162-178
5. Externally Forced and Internally Generated Decadal Climate Variability Associated with the Interdecadal Pacific Oscillation / G. A. Meehl [et al.] // Journal of Climate. 2013. Vol. 26, iss. 18. P. 7298–7310. doi:10.1175/jcli-d-12-00548.1
6. Changes in Earth’s Energy Budget during and after the «Pause» in Global Warming: An Observational Perspective / N. G. Loeb [et al.] // Climate. 2018. Vol. 6, iss. 3. 62. doi:10.3390/cli6030062
7. Nieves V., Willis J. K., Patzert W. C. Recent hiatus caused by decadal shift in Indo-Pacific heating // Science. 2015. Vol. 349, iss. 6247. P. 532–535. doi:10.1126/science.aaa4521
8. Istoki Oiyasio / Red. V. R. Fuks, A. N. Michurin. SPb. : Izd-vo Sankt-Peterburgskogo universiteta, 1997. 248 c.
9. Favorite F., Dodimead A. J., Nasu K. Oceanography of the Subarctic Pacific Region, 1960-71 // International North Pacific Fisheries Commission. Vancouver, Canada. Bulletin Number 33. Japan, Tokyo : Kenkyusha Printing Company, 1976. 187 p. URL: https://npafc.org/wp-content/uploads/Bulletin-33.pdf (date of access 9.06.2022).
10. Interdecadal variability of the Western Subarctic Gyre in the North Pacific Ocean / H. Kuroda [et al.] // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2021. Vol. 169. 103461. doi:10.1016/j.dsr.2020.103461
11. Yasuda I. Hydrographic Structure and Variability in the Kuroshio-Oyashio Transition Area // Journal of Oceanography. 2003. Vol. 59. P. 389–402. doi:10.1023/A:1025580313836
12. Rostov I. D., Dmitrieva E. V., Rudykh N. I. Mezhgodovaya izmenchivost' termicheskikh uslovii energoaktivnoi zony Kurosio i sopredel'nykh raionov Filippinskogo morya // Meteorologiya i gidrologiya. 2022. № 4. S. 59–78.
13. North Pacific Gyre Oscillation links ocean climate and ecosystem change / E. Di Lorenzo [et al.] // Geophysical Research Letters. 2008. Vol. 35, iss. 8. L08607. doi:10.1029/2007GL032838
14. Panin G. N., Vyruchalkina T. Yu., Solomonova I. V. Regional'nye klimaticheskie izmeneniya v Severnom polusharii i ikh vzaimosvyaz' s tsirkulyatsionnymi indeksami // Problemy ekologicheskogo monitoringa i modelirovaniya ekosistem. 2010. T. XXIII. S. 92–108.
15. Belkin I., Krishfield R., Honjo S. Decadal variability of the North Pacific Polar Front: Subsurface warming versus surface cooling // Geophysical Research Letters. 2002. Vol. 29, iss. 9. P. 65-1–65-4. doi:10.1029/2001GL013806
16. Qiu B. Large-Scale Variability in the Midlatitude Subtropical and Subpolar North Pacific Ocean: Observations and Causes // Journal of Physical Oceanography. 2002. Vol. 32, iss. 1. P. 353–375. doi:10.1175/1520-0485(2002)0320353:LSVITM2.0.CO;2
17. Byshev V. I., Figurkin A. L., Anisimov I. M. Sovremennye klimaticheskie izmeneniya termokhalinnoi struktury vod SZTO // Izvestiya TINRO. 2016. T. 185. S. 215–227. EDN WCAHXF.
18. Rostov I. D., Dmitrieva E. V. Regional'nye osobennosti mezhgodovykh izmenenii temperatury vody v subarkticheskoi zone Tikhogo okeana // Meteorologiya i gidrologiya. 2021. № 2. S. 67–79.
19. Nekotorye osobennosti okeanologicheskikh uslovii osennego tsveteniya mikrovodoroslei u yugo-vostochnogo poberezh'ya Kamchatki / M. K. Pichugin [i dr.] // Podvodnye issledovaniya i robototekhnika. 2020. № 4 (34). S. 70–73. doi:10.37102/24094609.2020.34.4.010
20. World Ocean Database 2018 / T. P. Boyer [et al.] // NOAA Atlas NESDIS 87 / Techn. ed. A. V. Mishonov. 2018. 207 p. URL: https://www.ncei.noaa.gov/products/world-ocean-database (date of access 9.06.2022).
21. Hybrid Global Ocean Data Assimilation System at NCEP / S. G. Penny [et al.] // Monthly Weather Review. 2015. Vol. 143, iss. 11. P. 4660–4677. doi:10.1175/MWR-D-14-00376.1
22. Budgets for Decadal Variability in Pacific Ocean Heat Content / Z. Hu [et al.] // Journal of Climate. 2020. Vol. 33, iss. 17. P. 7633–7678. doi:10.1175/JCLI-D-19-0360.1
23. Decadal variability of the upper ocean heat content in the East/Japan Sea and its possible relationship to northwestern Pacific variability / H. Na [et al.] // Journal of Geophysical Research. 2012. Vol. 117, iss. C2. C02017. doi:10.1029/2011JC007369
24. Role of the Gulf Stream and Kuroshio–Oyashio Systems in Large-Scale Atmosphere–Ocean Interaction: A Review / Y.-O. Kwon [et al.] // Journal of Climate. 2010. Vol. 23, iss. 12. P. 3249–3281. doi:10.1175/2010JCLI3343.1
25. North Pacific Gyre Oscillation Synchronizes Climate Fluctuations in the Eastern and Western Boundary Systems / L. I. Ceballos [et al.] // Journal of Climate. 2009. Vol. 22, iss. 19. P. 5163–5174. doi:10.1175/2009JCLI2848.1
26. Hasegawa T., Yasuda T., Hanawa K. Multidecadal Variability of the Upper Ocean Heat Content Anomaly Field in the North Pacific and its Relationship to the Aleutian Low and the Kuroshio Transport // Papers in Meteorology and Geophysics. 2007. Vol. 58. P. 155–166. doi:10.2467/mripapers.58.155
27. Wang Y-L., Wu Ch.-R. Enhanced Warming and Intensification of the Kuroshio Extension, 1999–2013 // Remote Sensing. 2019. Vol. 11, iss. 1. 101. doi:10.3390/rs11010101
28. Interannual-to-Decadal Variability in the Oyashio and its Influence on Temperature in the Subarctic Frontal Zone: An Eddy-Resolving OGCM Simulation / M. Nonaka [et al.] // Journal of Climate. 2008. Vol. 21, iss. 23. P. 6283–6303. doi:10.1175/2008JCLI2294.1
29. Projected increase in El Niño-driven tropical cyclone frequency in the Pacific / S. S. Chand [et al.] // Nature Climate Change. 2017. Vol. 7. P. 123–127. doi:10.1038/nclimate3181
30. Kumar A., Wen C. An Oceanic Heat Content–Based Definition for the Pacific Decadal Oscillation // Monthly Weather Review. 2016. Vol. 144, iss. 10. P. 3977–3984. doi:10.1175/mwr-d-16-0080.1
31. The Pacific Decadal Oscillation, Revisited / M. Newman [et al.] // Journal of Climate. 2016. Vol. 29, iss. 12. P. 4399–4427. doi:10.1175/jcli-d-15-0508.1
32. Geng T., Yang Y., Wu L. On the Mechanisms of Pacific Decadal Oscillation Modulation in a Warming Climate // Journal of Climate. 2019. Vol. 32, iss. 5. P. 1443–1459. doi:10.1175/jcli-d-18-0337.1
