文摘

两种不同模式的地中海振荡(MO)远程并置对比指数一直在这工作:相比并定义了一些气候变量的差异选择两点之间的东部和西部盆地(即。,Algiers and Cairo, Gibraltar and Israel, Marseille and Jerusalem, or south France and Levantine basin) and the principal component (PC) approach in which the index is obtained as the time series of the first mode of normalised sea level pressure anomalies across the extended Mediterranean region. Interannual to interdecadal precipitation ( ),蒸发( ), - - - - - - ,净热通量与不同莫指数来比较它们的相对重要性的长期变化和热淡水预算在地中海。在年度基础上,PC模式是最有效的工具来评估大规模的大气的影响迫使在地中海,因为站指数表现出与所有气候变量相关性很差,只有影响力降低分数的盆地。冬天,站指数高度提高他们的能力代表大气强迫和结果是相当独立使用的范例。

1。介绍

地中海(图1(一)),一个半封闭的盆地延伸超过3000公里的经度和纬度面积超过1500公里 米2,通过直布罗陀海峡与大西洋和黑海通过土耳其博斯普鲁斯海峡和达达尼尔海峡。一个大西洋通过直布罗陀海峡流入淡水和盐平衡预算是必要的,因为蒸发损失( 由降水)不平衡( )和径流量( )。循环在地中海的性能在很大程度上影响到热量和淡水海气交换依赖于气象和海洋条件(1),他们也扮演着一个关键角色,密集的水形成,因此在地中海温盐环流(2]。因此,它们影响地中海水质量的特点,然后循环通过改变可能影响大西洋地中海流出的属性(2- - - - - -5]。由于这些原因,提高我们的知识的热量和水预算和长期变化是一个挑战对科学界的地中海地区,被认为是至关重要的理解地中海循环和气候和气候变化下他们的进化。

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图1
地中海(a)的地图。主要盆地和次盆地是表示。符号放置在位置选择压力差异站莫指数(Gibraltar-Israel Algiers-Cairo三角形,正方形,France-Levantine圆,和一颗钻石Marseille-Jerusalem)。((b) - (c))复合材料的海平面气压异常(mbar)在1958 - 2008年期间积极的(更高的四分位数,(b))和负(下四分位数,(c))的阶段 索引。

指标的大规模气候模式这一目标非常有用,因为他们提供了一个集成测量有关的天气更整体的物理变化的系统比任何单独的局部变量。在这些指标中,北大西洋涛动(NAO)是其中一个最著名的北半球气候变化模式(见[6- - - - - -8];(9最近的一个评论)。其他方式如East-Atlantic (EA) (10- - - - - -12),俄罗斯East-Atlantic-West (EA-WR) [10- - - - - -12),或朝鲜Sea-Caspian模式(NCP) (13- - - - - -16)也产生重大影响各种气象参数在地中海盆地和欧洲。但更专门为地中海,孔蒂et al。17)提出可能存在的地中海振荡(MO)由于大气的偶极子的行为在西部和东部地中海之间的区域。不同的温度、降水、环流和其他参数之间的盆地都归因于这莫17- - - - - -22)和一个指数来衡量这种dipole-like行为的强度。

气候指数一直在传统上要么来自一些气候变量的简单区别两个地点之间或从主成分(PC)的方法。孔蒂et al。17]莫指数定义为正常500 hPa位势高度区别阿尔及尔(36.4°N, 3.1°E)和开罗(30.1°N, 31.4°E)。第二个版本的指数(23)可以计算出基于海平面气压差异直布罗陀海峡北部边境(36.1°N, 5.3°W)和Lod以色列机场(32.0°N, 34.5°E)。为了获得一个索引更适合地中海中部,Brunetti et al。24]莫指数定义为规范化海平面气压马赛和耶路撒冷之间的区别。这个索引被发现存在良好的相关性与总降水量和湿天数在意大利24]。最近帕帕多普洛斯et al。11,12]介绍了地中海指数随着海平面气压区别法国南部(45°N, 5°E)和地中海东部的海洋(35°N, 30°E)。这两点方向-导向,可能会更准确地反映现实的偶极子模式的压力。在电脑的方法,Suselj和Bergant [25)提出了一个莫索引定义基于EOF分析海平面气压异常字段在一个扩展的地中海地区和戈麦斯et al。26)也采用这个定义来研究其影响的流交换通过直布罗陀。

相比NAO和其他远程并置对比指标,已被广泛研究,只有少数作品集中在莫指数和更多的研究是必需的。在这项工作中,我们比较不同钼的影响指数在地中海的热量和水预算。这一目标,我们将以低空降水、蒸发、淡水预算( - - - - - - ),净热通量与莫指数建立气候变量的相对重要性。工作是有组织的如下:部分2描述了数据和方法论;部分3提出并讨论了结果从区域和全球的方法,最后一节4总结了结论。

2。数据和方法

几个莫定义,传统文献中,已经使用了比较:Algiers-Cairo莫指数( )计算后孔蒂的定义等。17]和Gibraltar-Israel莫指数( )后,Palutikof [23)中定义的部分1。每日记录取得了这两个指标的单位(大学(University of East Anglia)气候研究1958 - 2008年期间,季节和年度意味着获得了平均每日值。每月Marseille-Jerusalem莫指数的值( )计算根据Brunetti et al。24从海平面气压数据库)美国国家环境预测中心(NCEP)国家大气研究中心(NCAR),称为摘要以下(27]。月度时间序列的France-Levantine莫指数( ),引入了帕帕多普洛斯et al。11,12帕帕多普洛斯博士),请收到。莫空间模式从电脑的方法已被计算为正常的第一模式扩展的地中海地区的海平面气压异常(30°W-40°E在经度,30°N-60°N在纬度),展览一个中心坐落在地中海中部和西部,在所有季节仍然相当稳定。莫指数( )然后获得对应的时间系数的第一个电脑模式。因为我们定义上面的正相当海平面气压异常地中海是正的, 和所有其他的莫指数呈正相关。

每月意味着从1958年1月至2008年12月的降水、蒸发、检索和表面热通量的NCEP再分析项目,它是运行在T62光谱分辨率(大约一个网格的大小 )和28σ水平。辅助数据的月度平均海平面压力 对1958 - 2008年期间也被从摘要中检索数据库。季节性意味着计算了平均JFM(冬季),AMJ(弹簧),雅(夏天),和地中海的生命(秋季)月度数据和空间平均时间序列所获得的平均所有网格点在大海。线性相关图被用来识别耦合模式气候变量和密苏里州之间的指数。计算了相关的统计显著性改变的相关矩阵 ——学生分布与 自由度, 是时间序列分析的元素的数量。这个过程,每一个时间序列的一个特定的网格点的变量转换为 统计数据用于计算相关的概率一样大的观测值随机的机会,当真正的相关性为零。如果获得的值很小(在我们的例子中低于0.05)然后被认为是重要的相关性。时间过滤成低,高频组件实现使用一个5年滑动平均考虑长时间尺度的影响指数。互补的复合分析也一直表现突出的积极的和消极的阶段之间的不对称指数,定义为密苏里州的上、下四分位数时间序列在此期间1958 - 2008。气候变量的影响计算的平均异常在正面/负面阶段的指标对每个网格点上的完成时间序列。只有点结果统计与零(根据学生的不同 以及95%的意义)。

3所示。结果与讨论

3.1。每年和年际变化

表1显示了气候变量之间的相关性(绝对值)和不同的莫指数分析。每年(上半部分) 指数给出了最好的所有变量的相关性以及影响更广泛地区的盆地(在括号中,分数分显著相关)。在年代际时间尺度(5年运行方式),指数增加相关,特别是 影响大多数地中海(见图2)。Pettenuzzo et al。28)强调长期的选择的重要性(即。,decadal variations) for budget studies in the Mediterranean, since the long time scale effects of the indices must be taken into account because of their direct implication on the climatic variables. Basin-wide, 再次显示了最高的相关性 (−0.74), (−0.53) (−0.71)和站之间的指标, 给出了一个相当良好的相关性 - - - - - - (0.53),而 提供了好的结果 (−0.67);见表2。

表1
(一)平均绝对在95%显著性水平年和年代际之间的相关性(5年运行方式)莫指数和气候变量( , , - - - - - - 净热通量, )。分显著相关的分数显示在括号中。(-)表明相关性不显著的95%以上的盆地。(b)上面的一样但是冬天(JFM)季节。最高的相关性为每个变量以粗体突出显示。
表2
密苏里州之间的相关性在95%显著性水平指数和Mediterranean-averaged变量( , , - - - - - - 净热通量, )每年为冬季(a)和(b)在年代际时间尺度(5年运行方式)。(-)表明相关性不显著。最高的相关性为每个变量以粗体突出显示。
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图2
年代际之间的关联空间格局(95%)意义(5年运行方式) 指数和选定的气候变量:降水(a)、(b)蒸发,淡水的预算 - - - - - - (c)和净热通量(d) 1958 - 2008年期间。

Anticorrelation与 预计,因为莫正相位产生海平面气压异常字段(图1 (b)为 )加强并修改盛行西风的取向和相关风暴轨迹在地中海地区活动导致干燥异常,而负相(图1 (c)为 )与强烈的风暴之发展形成在地中海中部和西部产生反常地湿条件超过大多数的盆地,因此负相关 。在积极和消极阶段降水异常(高与下四分位数) 指数(另一个莫指数只影响盆地在年度基础上)的减少区域如表所示3。 施加巨大影响降水异常接近100毫米/年平均超过大多数的盆地。高异常两阶段观察到地中海北部与价值观−200毫米/年在积极的阶段在爱奥尼亚和黎凡特的次盆地和250毫米/年负相在爱奥尼亚和亚得里亚海北部(数据3(一个)和3 (b))。

表3
地中海平均在1958 - 2008年期间异常积极的(高四分位数)和负(下四分位数)阶段的选择个人电脑索引。单位是毫米/年 , , - - - - - - 和W m−2为 。异常反号的盆地是由一个单独列示 。点的分数异常明显不同于零显示在括号中。
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图3
复合的降水((a) (b)),蒸发((c) - (d)),预算和淡水 - - - - - - ((e) - (f))异常(毫米/年)正(更高的四分位数,左栏)和负(下四分位数,右列)的阶段 索引。

Anticorrelation与 预计会再次,因为在其负面阶段,异常低压在整个盆地观察(见图1 (c)为 )。这个喜欢寒冷和干燥器来自大陆地区的空气质量,产生更多的恶劣天气条件在北部和东地中海,因此大气蒸发损失的强化(平均109毫米/年,见下表3和价值观在地中海东部的400毫米/年以上次盆地,人物3 (d))。在这个阶段,偶极子的异常低压在中欧和土耳其(图1 (c)从大陆地区)带来的寒冷和干燥空气质量的黎凡特的次盆地在这一领域,提高蒸发损失。相反,积极的莫阶段与高于平均压力在地中海地区和北非(图1 (b))促进对低纬度地区风的转变轨迹。温暖和潮湿的空气质量然后转达了对地中海导致温和的冬天和减少蒸发损失,同样由Hurrell(如图所示29日NAO)。

淡水的预算( - - - - - - ),一个明显的双峰模式出现在年代际时间尺度(见图2 (c)为 ):中北部地中海, - - - - - - 呈正相关(0.5 - -0.6) 指数,而在黎凡特的次盆地anticorrelation观察(接近−0.6)。这种偶极行为(分指数d表1)可以解释基于不同的敏感性 和 到 指数在这些地区。在中央盆地, 是占主导地位的变化 - - - - - - 跟随的人 (因此,预计正相关)。相比之下,黎凡特的次盆地是高度敏感的 (见图2 (b)和讨论以上)和变化 - - - - - - 跟随的人 (因此,负相关)。在这种情况下,负相 指数(表中产生强大的影响力3),正异常多达400毫米/年地中海东部的盆地和负异常−200毫米/年以上35°N(图3 (f))。

如图所示,Criado-Aldeanueva et al。30.),净热通量的变化主要是由潜热变化这贡献成为年际变化的主要来源。自蒸发潜热直接相关,数据之间的相似性2 (b)和2 (d)料和复合空间模式在积极和消极阶段(图中未显示)非常类似的 (见图3 (c)和3 (d))。然而,更好的相关性观察 净热通量(参见表1)由于贡献的其他组件(例如显热)与相关联 。注意相关的符号是负的,因为我们有选择的净热通量积极向大气(蒸发一样)。

相关性在不同莫指标提出了表4。 和 是高度相关( ),预计从附近的位置选择的定义,而 不与大多数莫定义。这就解释了表的类似的结果1为 和 和性能差的 准确的方向似乎并没有抓住现实的偶极子模式的压力。总之,在年度基础上, 基于主成分分析的最有效的远程并置对比指标监测和热淡水预算在地中海,因为站与所有气候指数呈现的是一个贫穷的相关变量,只影响了盆地的一部分。

表4
相关显著性水平(95%)在所有选定的莫指数(年度时间序列):密苏里州个人电脑基于主成分分析和其他站莫指数(密苏里州交流Algiers-Cairo;莫胃肠道Gibraltar-Israel;莫FLFrance-Levantine;和莫乔丹Marseille-Jerusalem;有关详细信息,请参阅文本)。
3.2。冬季和Interwinter可变性

冬天(甚至今年冷的一部分),大气动态更加活跃和海洋对大气强迫更高。大规模的大气变化模式有可能产生重大变化在海气耦合的强度,虽然这不是夏天的情况(10]。冬季热量损失事件与东地中海瞬态(31日),深水形成过程(11,12,最近在西地中海深水生产从2004年到2006年(32,33]。出于这个原因,大多数研究集中在本赛季和相同的分析已经完成所有莫指数在冬季,当压力在地中海模式更好地建立和站指数可能会提高他们的工作能力表示大气强迫。第一个问题是注意到所有莫指数之间的相关性非常高(高于0.7在大多数情况下,表5)和相似性影响气候变量然后预期。

表5
相关显著性水平(95%)在所有选定的莫指数(winter-averaged时间序列):密苏里州个人电脑基于主成分分析和其他站莫指数(密苏里州交流Algiers-Cairo;莫胃肠道Gibraltar-Israel;莫FLFrance-Levantine;和莫乔丹Marseille-Jerusalem;有关详细信息,请参阅文本)。

表1(下图)显示相关结果(绝对值)冬季变量之间和不同莫指标分析(结果相当类似,如果扩展到整个寒冷的季节是从11月到3月)。在年度基础上, 显示了最高的相关性 , , ,而 - - - - - - 更好的与 。图4显示了相关的空间模式 和 (代表所有站指数)和相似性相当明显。冬季降水是高度相关的指标( 平均而言,表1)高(负面)西部盆地(数据值4(一)- - - - - -4 (b)),而正相关仅限于south-easternmost地区。冬季降水通常与风暴轨迹活动相关的压力分布,从而被大气指标,而在夏天大多数地中海地区降水的对流起源和缺乏相关的大规模的大气强迫。

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相关空间格局winter-averaged之间的意义(95%) (左列)和 (右列)指数和选定的气候变量:降水((a) (b)),蒸发((c) - (d)),淡水的预算 - - - - - - ((e) - (f))和净热通量((g) - (h)) 1958 - 2008年期间。

冬天蒸发不是那么好与大气指数(~ 0.5平均 和其他莫指数为0.4,表1)。所有莫指数(唯一的例外 ,它只影响 在更减少了盆地的一部分)产生一个偶极子响应与负相关盆地西部和东部积极(数字4 (c)- - - - - -4 (d))。这种偶极子更明显 (图4 (d)),得分在95%显著相关。然而,重要的是要提到偶极子行为显然透露如果意义设置为90%。冬天淡水预算 - - - - - - 远与莫指数(~ 0.45平均 和 在近60%的盆地和其他莫指数相似的结果;见表1)。相关性是正的几乎所有(数字4 (e)- - - - - -4 (f)冬季降水)由于显性效应和正相关 在西部盆地(记住,在年度基础上,蒸发在广泛领域的贡献是主要的地中海东部的盆地,人物2 (c))。正如前面提到的,净热通量的空间模式(数据4 (g)- - - - - -4 (h)(表)和相关的结果1)非常类似于蒸发潜热是年际净热量变化的主要来源(30.]。

在年代际时间尺度(5-winter运行方式),所有莫指数往往会改善与气候变量的相关性(还有一部分分显著相关)和它们之间相似度更加明显,密苏里州个人电脑一般提供略有相关性最高(见表中的值1)。提到很重要的偶极子(特别是响应显示winter-averaged年度基础 和 )可能会减少在年代际时间尺度,由于屏蔽长期结果的时期。防御、高(负面)相关性观察冬季降水与所有莫指标,尤其是密苏里州个人电脑, (表2;参见图5时间序列)。冬天 - - - - - - 也很好与指标,莫乔丹达到最高的值( )。注意蒸发和净热通量差(或不显著)与莫指标由于其偶极子的影响,促进相关反号的东部和西部盆地。


图5
十年时间序列(5-winter运行方式)Mediterranean-averaged冬季降水(毫米/年,左轴)和选定的密苏里州气候指标(右轴, Algiers-Cairo; Gibraltar-Israel; France-Levantine; Marseille-Jerusalem;和 基于主成分分析)。注意,年际变化的利益超过指标本身的价值。

总结,在冬季站指数高度提高他们的能力代表的大气压力模式在地中海和他们往往收敛到类似的结果。 给予最高的相关性对于大多数winter-averaged变量和更清楚地揭示了东方和西方的著名的偶极子响应盆地。在年代际时间尺度,所有莫指数显示莫相当类似的结果(略高个人电脑、表1以粗体显示)。

4所示。摘要和结论

两种不同模式的地中海振荡远程并置对比指数分析了在这个工作:站定义了一些气候变量的不同选择两点之间的东部和西部盆地(Algiers-Cairo ,Gibraltar-Israel莫胃肠道密苏里州、马赛和耶路撒冷乔丹或France-Levantine莫FL)和主成分(PC)方法在密苏里州个人电脑获得指数时间序列的第一个正常模式扩展的地中海地区的海平面气压异常(30°W-40°E在经度,30°N-60°N在纬度)。我们有相关的年际降水年代际( ),蒸发( ), - - - - - - ,净热通量与不同莫指数来比较它们的相对重要性的长期变化和热淡水预算在地中海。

在年度基础上,PC模式是最有效的工具来评估大规模的大气的影响迫使在地中海,因为站指数表现出与所有气候变量相关性很差,只有影响力降低分数的盆地。站指数的一个缺点是它们固定在空间和小规模和瞬态气象事件影响,引入噪声(34,35]。相比之下,我们已经表明,主成分方法提供了一个更完整的最优表示空间模式和构成大规模的大气强迫更好的范例。

冬天,大气动态更积极的和大规模的大气变化模式有可能产生重大变化海气耦合的强度比其他季节。压力在地中海模式更好地建立和站指数代表大气强迫高度提高他们的能力。 给予最高的相关性对于大多数winter-averaged变量和更清楚地揭示了东方和西方的著名的偶极子响应盆地。然而,所有莫指数显示相当类似的结果,特别是在年代际时间尺度。

确认

这项工作进行了框架的p07 - rnm - 02938军政府的安达卢西亚Spanish-funded项目。哈维尔Soto-Navarro承认研究生奖学金从Conserjeria de Innovacion Ciencia y senior,军政府的安达卢西亚,西班牙。摘要数据提供的NOAA /桨/ ESRL PSD,博尔德科罗拉多州,美国,从他们的网站http://www.esrl.noaa.gov/psd/。莫胃肠道指数已经从气候研究部门(CRU),获得大学(University of East Anglia)在他们的网站上http://www.cru.uea.ac.uk/cru/data/moi/。 已经计算了作者由CRU例程的作者伊恩•哈里斯都感谢他。作者也非常感谢诉帕帕多普洛斯博士分享他FL数据和Jacobeit博士对他的帮助。