Naukowcy zastanawiają się też jaką rolę może odgrywać oscylacja północnoatlantycka (NAO – North Atlantic Oscillation) na zmiany klimatu w korelacji z polarnym prądem strumieniowym.
Pod względem meteorologicznym, gdy podczas tzw. dodatniej fazy oscylacji północnoatlantyckiej (NAO – North Atlantic Oscillation) normalnie stabilnie płynie polarny prąd strumieniowy, mamy pół-stały Wyż Azorski nad Wyspami Kanaryjskimi, który jest dalej wysunięty na zachód od północno-zachodniej Afryki po stronie zwrotnikowych mas powietrza oraz mamy pół-stały Niż Islandzki, który kształtuje się wówczas po drugiej stronie frontu polarnego w strefie mas powietrza arktycznego bliżej na północ koło Grenlandii.
Wtedy jest ciepło we wschodniej części USA oraz w północnej Europie. Natomiast chłodno i sucho jest na południu Europy i w basenie Morza Śródziemnego, a w północno-wschodniej Kanadzie i na zachodniej Grenlandii jest nie tylko chłodno, ale i dodatkowo też więcej jest lodu morskiego.
Wartość ciśnienia w Wyżu Azorskim jest większa od średniej wartości wieloletniej. Natomiast wówczas wartość ciśnienia w Niżu Islandzkim jest mniejsza od średniej wieloletniej.
Różnica ciśnień pomiędzy Azorami i Islandią jest wtedy większa od przeciętnej (przede wszystkim w okresie DJF (grudzień-styczeń-luty).
Z kolei, gdy podczas ujemnej fazy NAO polarny prąd strumieniowy silnie meandruje, to wyż azorski jest wysunięty bliżej północno-zachodniej Afryki i jest już pod wpływem polarnych mas powietrza. Tak samo jak niż Islandzki, który jest wysunięty dalej na południe od Grenlandii.
Różnica ciśnień pomiędzy Azorami i Islandią jest wtedy mniejsza od przeciętnej.
Wówczas jest dość często bardzo chłodno i śnieżnie we wschodniej części USA. Wówczas mamy tam często do czynienia z polarnymi mroźnymi i burzowymi wiatrami tzw. Nor’easterami (północnowschodniakami), czyli cyklonami śnieżnymi.
Również jest chłodno i sucho w północnej Europie. Natomiast jest ciepło i mokro na południu Europy i w basenie Morza Śródziemnego oraz ciepło, ale z mniejszą ilością lodu, w północno-wschodniej Kanadzie i na zachodniej Grenlandii.
Wartość ciśnienia w Wyżu Azorskim jest mniejsza od średniej wartości wieloletniej. Natomiast wówczas wartość ciśnienia w Niżu Islandzkim jest większa od średniej wieloletniej.
—-
Rys.1.
Model dwóch trybów Oscylacji Północnoatlantyckiej (NAO), powiązanej aktywności sztormowej i dystrybucji wilgoci nad Północnym Atlantykiem: a) ujemnych i b) dodatnich faz indeksu NAO. H-Subtropical High Pressure Centre, L-Islandic Low Pressure Centre (zaadaptowane z http://www.ldeo.columbia.edu/res/pi/NAO/).
—-
Clara Deser, James W. Hurrell i Adam S. Phillips z Wydziału Klimatu i Dynamiki Globalnej, Narodowego Centrum Badań Atmosfery, w Boulder, w czasopiśmie Climate Dynamics, 30 grudnia 2016 roku w artykule „The role of the North Atlantic Oscillation in European climate projections” [„Rola Oscylacji Północnoatlantyckiej w europejskich prognozach klimatycznych”], podkreślili, że Oscylacja Północnoatlantycka (NAO) jako dominujący sposób zmienności cyrkulacji atmosferycznej w sektorze północnoatlantyckim/europejskim, jest wiodącym regulatorem wahań klimatu zimowego w Europie, basenie Morza Śródziemnego, części Bliskiego Wschodu i wschodniej części Ameryki Północnej w szerokim zakresie skal czasowych od wewnątrzsezonowych do wielodekadowych (np. Hurrell 1995 ; Hurrell et al. 2003 ).
Zdaniem naukowców, klimat europejski w nadchodzących dziesięcioleciach i stuleciach będzie nadal pod silnym wpływem NAO. Jednak, jak już wiemy, dalszy wzrost stężenia gazów cieplarnianych spowodowanym spalaniem paliw kopalnych i zmian użytkowania terenu, będą odgrywać coraz większą rolę. Względne wielkości wpływów klimatycznych wywołanych przez naturalnie występujące NAO i czynniki antropogeniczne będą zależeć od horyzontu czasowego (np. następne kilkadziesiąt lat vs. koniec XXI wieku) oraz skali czasu (międzyroczna vs. wieloletnia). Będzie miało to wpływ nie tylko na wzorce zmienne temperatury, ale i też opadów deszczu oraz śniegu w okresie zimowym.
—-
Rys.1. Przyszłe 30-letnie trendy (2016-2045) zimą
( a, b ) temperatura powietrza na powierzchni (SAT – Sea Air Temperature) (w ° C na 30 lat; cieniowanie )
( c, d ) opady (w mm / dzień -1 na 30 lat; cieniowanie )
z symulacji 13 i 25 ze środowiskowego modelu systemu Ziemi w wersji 1 szeroki zestaw (CESM1 Large Ensemble – Community Earth System Model version 1 Large Ensemble), wybranych ze względu na kontrastujące trendy ciśnienia na poziomem morza (SLP – Sea Level Pressure)
(kontury; odstęp = 1 hPa na 30 lat z wartościami ujemnymi przerywanymi )
(Clara Deser i inni, 2017)
—-
Naukowcy ci położyli nacisk w badaniu na analizę przebiegu wpływu NAO na prognozowane zmiany w sezonie zimowym (średnia grudzień-marzec). Skoncentrowali się na analizie temperatury powietrza na powierzchni (SAT – Surface Air Temperature) i opadów (P – Precipitation) w okresie najbliższych 30–50 lat. W zakresie metod badawczych wykorzystali złożony z 40 elementów zestaw symulacji zmian klimatu w ramach scenariuszy historycznych (przedindustrialnych) oraz industrialnych RCP8.5 w celu zbadania wymuszeń radiacyjnych na lata 1920–2100, przeprowadzonych z wykorzystaniem środowiskowego modelu systemu Ziemi w wersji 1 (CESM1 – Community Earth System Model Version 1 (CESM1; Hurrell i in. 2013 ).
Autorzy piszą:
Ponieważ NAO jest przede wszystkim kontrolowany przez wewnętrzną dynamikę atmosfery, stanowi główne źródło nieprzewidywalnej naturalnej zmienności, której wpływ nałoży się na antropogeniczne zmiany klimatyczne. Tak więc przyszłe trendy klimatyczne w regionach dotkniętych przez NAO są najlepiej wyrażane w postaci oczekiwanego zakresu, który obejmuje zarówno naturalną zmienność, jak i sygnał wymuszonej zmiany klimatu. Nasze wyniki pokazują, że ten oczekiwany zakres wynikający z wewnętrznej zmienności NAO jest istotny zarówno dla trendów SAT, jak i P w ciągu najbliższych 30 lat, a w przypadku P może nawet zmienić znak trendu. Chociaż wpływ NAO na trendy SAT i P w ciągu najbliższych 50 lat jest mniejszy, pozostają one ważne dla oceny wielkości przyszłego ocieplenia i zmian opadów.
—-
Jedno z ostatnich badań niedawno opublikowanych 12 marca 2021 roku w czasopiśmie Climate and Atmospheric Science mówi o tym, że wewnętrzne zmiany na północny Atlantyku znane jako NAO, w ciągu 50 lat zbadanych przez naukowców, w dużej mierze są wywołane przez antropogeniczne zmiany klimatu.
Jest to praca „NAO predictability from external forcing in the late 20th century” [„Przewidywalność NAO na podstawie wymuszeń zewnętrznych pod koniec XX wieku”] napisana przez Jeremy’ego M. Klavansa, Amy C. Clement i Lisę N. Murphy ze Szkoły Nauk Morskich i Atmosferycznych Rosenstiel na Uniwersytecie w Miami oraz przez Marka A. Cane’a z Obserwatorium Lamont-Doherty Earth, na Uniwersytecie Columbia w Palisades, w której autorzy udowadniają, że dalszy wzrost stężenia dwutlenku węgla w atmosferze ma wpływ na zaburzenia NAO w ciągu minionych 5 dekad, a te z kolei mają wpływ na zaburzenia pogody w formie zbyt intensywnych pór suchych i pór deszczowych w poszczególnych latach.
Główny autor artykułu mówi:
Naukowcy od dawna rozumieją, że ludzkie działania ocieplają planetę. Jednak ten wywołany przez człowieka sygnał dotyczący wzorców pogodowych jest znacznie trudniejszy do zidentyfikowania.
W tym badaniu pokazujemy, że ludzie wpływają na wzorce pogody i klimatu nad Atlantykiem i że być może będziemy w stanie wykorzystać te informacje do przewidywania zmian pogody i klimatu z wyprzedzeniem nawet dziesięciu lat
NAO jako naturalna zmienność klimatyczna ma wpływ na to jaka będzie zimowa pogoda w Europie, Grenlandii, północno-wschodnich stanach USA i Afryce Północnej oraz na jakość plonów i produktywność rybołówstwa na Północnym Atlantyku.
Naukowcy wykorzystali wiele dużych zestawów modeli klimatycznych, które zostały opracowane z kolei przez naukowców z Narodowego Centrum Badań Atmosferycznych (NCAR – National Center Atmospheric Research). Cała analiza badawcza składała się z 269 elementów zestawu, co daje aż ponad 14 000 symulacji.
—-
Rys.2. Mapy przewidywalności w regionie atlantyckim.
Mapy wartości współczynnika korelacji anomali (ACC – Anomaly Correlation Coefficient) dla
a – ciśnienia na poziomie morza (SLP – Sea Level Pressure)
b – temperatury powierzchni morza (SST – Sea Surface Temperature)
c – opadów (P – Precipitation).
Wyświetlona została tylko surowa średnia zespołowa. Pokolorwane są tylko piksele z wartościami ACC, które są statystycznie istotne na poziomie 95%.
Na panelu b zaznaczona została lokalizacja dziury ocieplającej, poprzez konturowanie trendu -1°C/54 lata w SST w obserwacjach SST (czarny kolor) i naszym zestawie (szary kolor).
Na panelu c zaznaczona została lokalizacja wykorzystaną do obliczenia opadów w Europie Północnej, które podano w tekście.
(Jeremy Clavans i inni, 2021)
—-
Na podstawie takich modeli jak CESM, badaczom udało się oszacować przewidywanie zmienności NAO stymulowanych przez wzrost gazów cieplarnianych w atmosferze. W skali dekady dzięki temu modelowi udało się im przewidzieć dwa oddziaływania NAO, a konkretniej opady letnie, zarówno we wschodniej części Ameryki Północnej, jak i w zachodniej części Europy.
Ogólnie, naukowcy do badań wykorzystali bardzo duży wielomodelowy zespół składający się z z wielomodelowego archiwum dużego zespołu (MMLEA – multi-model large ensemble archive).
Analizując współczynniki korelacji anomalii (ACC – Anomaly Correlation Coefficient), autorzy w artykule w następujący sposób opisują parametry ciśnienia poziomu morza (SLP – Sea Level Pressure), temperatury powierzchni morza (SST – Sea Surface Temperature) oraz opadów atmosferycznych (P – Precipitation) (rys.):
W przypadku SLP istnieje potencjalna rozbieżność w północnej Ameryce Północnej i Europie; jednak różnica nie jest statystycznie istotna w surowym zestawie do średniej. W przypadku SST istnieje godny uwagi obszar ujemnych wartości ACC w środkowym, podbiegunowym wirze północnoatlantyckim (ryc. 3b ).
Opady, niezwykle hałaśliwe pole, mają regiony o wartościach ACC większe niż 0,5 w północnej Europie (ryc. 3c ), części północnej Ameryki Północnej oraz na Sahelu i Saharze. Pozytywna umiejętność przewidywania w północnych Stanach Zjednoczonych i Europie jest zgodna z poziomem umiejętności przewidywania, jaki wykazaliśmy dla NAO.
Dodatnie wartości anomalii współczynnika korelacji ACC dla opadów w Afryce równikowej są potencjalnie związane z wymuszonymi z zewnątrz zmianami temperatury powierzchni morza SST północnoatlantyckiego i związanymi z nimi przesunięciami w międzytropikalnej konwergencji strefowej (ITCZ – Intertropical Convergence Zone), chociaż te sygnały mogą być bardziej widoczne podczas borealnego lata. Brak opadów DJFM [przypis autora: w kwartale: grudzień-styczeń-luty-marzec] w południowych Stanach Zjednoczonych jest potencjalnie związany z brakiem wewnętrznych zmian Oscylacji Południowej El Niño w średnim zestawie.
Ponadto, naukowcy twierdzą, że dokładne porównanie zainicjowanych systemów prognozowania i niezainicjowanych zestawów może zatem ujawnić wartość inicjalizacji (zmiennej wartości początkowej) oceanu.
—-