The impacts of oceanic deep temperature perturbations in the North Atlantic on decadal climate variability and predictability
The impacts of oceanic deep temperature perturbations in the North Atlantic on decadal climate variability and predictability
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北大西洋海洋深部温度扰动对年代际气候变化和可预测性的影响
DOI：
10.1007/s00382-017-4016-z
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发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
4.6
通讯作者：
Germe A
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Germe A
北大西洋的年代际气候可预测性在很大程度上与海洋低频变率有关，而海洋低频变率对初始条件的敏感性还不是很清楚。最近，利用实际海洋环流模型的线性伴随优化程序，计算了三维海洋温度异常对北大西洋平均温度（NAMT）的最佳扰动。已确定的扰动的空间格局定位于北大西洋，在1000至4000 m深度之间震级最大。在本研究中，这些扰动对NAMT、大西洋经向翻转环流（AMOC）和一般气候的影响在一个全球耦合模式中进行了研究，该模式使用了用于计算三维最佳扰动的相同海洋模式。在耦合模型中，这些扰动导致AMOC和NAMT异常分别在5年和10年后达到峰值，与仅海洋的线性预测基本一致。为了进一步了解它们的影响，它们的大小在很大的范围内变化。对于与耦合模式内部变率相当的初始扰动，模式响应在北美和萨赫勒地区的海面温度和降水中表现出强烈的特征。这些海洋扰动的存在及其影响对年代际预测具有重要意义：它们可以被视为可预测性或不确定性的来源，这取决于当前的观测系统能否探测到它们。事实上，将施加的扰动的大小与现有海洋观测（如Argo数据或海洋状态估计）的不确定性进行比较表明，只有本研究中使用的最大扰动才能被检测到。这突出了在北大西洋中深层和更深层精确的海洋密度初始化对年代际气候预测的重要性。
Decadal climate predictability in the North Atlantic is largely related to ocean low frequency variability, whose sensitivity to initial conditions is not very well understood. Recently, three-dimensional oceanic temperature anomalies optimally perturbing the North Atlantic Mean Temperature (NAMT) have been computed via an optimization procedure using a linear adjoint to a realistic ocean general circulation model. The spatial pattern of the identified perturbations, localized in the North Atlantic, has the largest magnitude between 1000 and 4000 m depth. In the present study, the impacts of these perturbations on NAMT, on the Atlantic meridional overturning circulation (AMOC), and on climate in general are investigated in a global coupled model that uses the same ocean model as was used to compute the three-dimensional optimal perturbations. In the coupled model, these perturbations induce AMOC and NAMT anomalies peaking after 5 and 10 years, respectively, generally consistent with the ocean-only linear predictions. To further understand their impact, their magnitude was varied in a broad range. For initial perturbations with a magnitude comparable to the internal variability of the coupled model, the model response exhibits a strong signature in sea surface temperature and precipitation over North America and the Sahel region. The existence and impacts of these ocean perturbations have important implications for decadal prediction: they can be seen either as a source of predictability or uncertainty, depending on whether the current observing system can detect them or not. In fact, comparing the magnitude of the imposed perturbations with the uncertainty of available ocean observations such as Argo data or ocean state estimates suggests that only the largest perturbations used in this study could be detectable. This highlights the importance for decadal climate prediction of accurate ocean density initialisation in the North Atlantic at intermediate and greater depths.
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