Tahmin ve Analizlerim

Merhaba forum üyeleri.Bu başlık altında klimatoloji ve meteorolojiyle ilgili analizler ve anekdotlar paylaşılacaktır.

İlk olarak klimatolojiden bilgiler atacağım.

Bu bilgilerden bir kısmı makalalerden,bir kısmı ise makalelerden alınan sonuçların şahsi olarak yorumlanmasından oluşmaktadır.

MJO

Hava tahminlerinde önemli bir yeri olan MJO uzun vade tahminlerinde güvenilir bir klavuzdur.8 fazdan oluşan Madden-Julian Salınımının (MJO) aynı zamanda kuzey yarımküre de ekstratropikte yer alan dönem içi değişkenlik modellerini etkilediğini ve bu bölge için olası bir tahmin edici beceri kaynağı sağladığını göstermiştir.Sezon içi zaman çizelgesinde. Tropikal konveksiyonun modüle edilmesiyle MJO, ekstratropik hava modellerini etkileyen ve düşük frekanslı kuzey yarımkürede değişkenliğin önde gelen modellerini, Arktik Salınımını (AO) Kuzey Atlantik Salınımı (NAO)’yu etkilemektedir. (e.g., Higgins ve Mo 1997, L’Heureux ve Higgin 2008, Cassou 2008, Mori ve Watanabe 2008, Lin et al. 2009, Johnson ve Feldstein 2010).

Batı Hint Okyanusunda oluşan konveksiyon, Doğu Pasifiğe doğru hareket ederek mjo endeksine atıfta bulunan 8 fazın gerçekleşmesini sağlamaktadır.

Madden ‐ Julian Salınımının (MJO) Kuzey Yarımküre'deki kışın stratosferik kutupsal vorteksine etkisi meteorolojik veri seti ve modern bir atmosferik genel dolaşım modeli kullanılarak değerlendirilir. MJO troposferik Kuzey Pasifik'i etkiler; ve özellikle, hem troposferdeki hem de stratosferdeki iklimsel gezegensel dalgalarla aynı fazda olan ısı akışını modüle eder. Konveksiyonun tropikal orta Pasifik'e yayıldığı MJO'nun fazı zayıflamış bir girdaba yol açarken, bu bölgedeki bastırılmış MJO konveksiyonunun daha güçlü bir girdapla ilişkili olduğu görülmektedir.

MJO salınımı,Batı Hint Okyanusundan başlayan ve Doğu Pasifik Okyanusuna kadar ilerleyen konveksiyon ile modüle edilir.MJO fazları,bu konveksiyonun konumu ve şiddetine göre değişmektedir.

Mjo da gerçekleşen faz geçişleri endeksler ile korelasyon göstermektedir.

-1.FAZ/2.FAZ:Geçiş fazı / Avrupada alçak basınç

-3.FAZ/4.FAZ/5.FAZ Pozitif AO ve NAO endeksi

-6.FAZ/7.FAZ İngiltere ve İskandinavya üzerinde blokaj

MJO Faz 3’den yaklaşık 15 gün sonra troposferden yayılan bölgesel dalga 1 numaralı ısı akışının düşük olduğu ve düşük dalga genliği üst enlemlerdeki meridyonel dolaşımı etkilemediği için kuvvetli kutup girdabına yol açtığı belirtilmektedir.MJO Faz 7 den 15 gün sonra ise ısı akılarının arttığı,bölgesel dalga 1 numaralı dalga genliğinin kutupsal dolaşımı etkilediği ve bu nedenle kutupsal dolaşımın zayıflaması istatiksel olarak %95 anlamlıdır.Kutup bölgesindeki sıcaklık Faz 3 ve Faz 7 deki değişimlere göre modüle edilir. 

MJO faz 7 kuzey pasifik alçak basıncının derinleşmesine yol açarak kutupsal dolaşımı etkilemektedir.Bu doğrulta NAO endeksi negatife seyreder.Faz 3 de ise kutupsal dolaşımı etkileyecek faktörler ortadan kalktığı için NAO endeksi pozitif seyretmektedir.

MJO konveksiyonları 200 hPa'da incelenir.Bunun sebebi 200-hPa hız potansiyeli anomalileri, konveksiyonun geliştirildiği bölgeleri temsil eder.

Peki bu konveksiyon kutupsal dolaşımı nasıl etkiliyor?

Neden SSW meydana getiriyor?

Bunun nedeni konveksiyonların oluşturduğu latent(gizil) ısı alanlarıdır.Latent ısı ortamın sıcaklığında herhangi bir değişiklik olmaksızın, bir maddenin sıvı halden gaz haline veya katı halden sıvı haline geçmesi sırasında emdiği veya dışarıya verdiği ısı miktarına verilen isimdir.(Meteoroloji sözlük).

Yani buharlaşan su buharlaşma esnasında etrafından ısı alırken,buharlaşan suyun tekrar yağmura dönüşmesiyle birlikte etrafına ısı verir.

Pasifik Okyanusunda oluşan konveksiyonlar yağış ile birlikte latent ısı alanları oluşturur.Bu ısı alanları 400 hPa da TRMM uyduları tarafından incelenir.Konveksiyonun gücü ve şiddeti,gizil ısı alanlarının yoğunluğunu belirtir.

TRMM 3B42 yağmur hızlarını ve kızılötesi parlaklık sıcaklıklarının küresel birleştirilmiş uydu gözlemlerinden elde edilen bulut tepelerinin yüksekliğini kullanarak hesaplanmasına yönelik bir algoritmayı kapsamaktadır.Bu algoritma sonucu elde edilen verilerin Eliassa Palm Isı akıları ile arasındaki bağlantı araştırılmaktadır.Bulut tepe yüksekliği, tropikal konveksiyonun gücü ve miktarı hakkında bilgiler verebilir.Aynı zamanda gizil ısı alanları,oluşan konveksiyonun etkisine göre farklılık göstermektedir.TRMM uyduları ile incelenen tropikal bölgede,konvektif yağışlarda artış olduğu tespit edilirse,gizil ısıl alanları bu yönde doğrusal olarak artabilir.Böylelikle atmosferin 400 hpa ile 100 hpa katmanları arasındaki bölge konvektif yağışlar sonucu ısınır.

Eliassa Palm Isı Akıları;Tropiklerden üst enlemlere doğru yayılan ısı dalgalarını karakterize eden denklemler.

Eliassa palm ısı vektörleri ise bu ısınmayla doğrudan ilişkilidir.Isınmanın boyutuna göre EP akıları artatabilir veya azalabilir.Konvektif yağış ne kadar kuvvetliyse gizil ısı alanlarının etkisi artacaktır.Böylelikle tropik bölgelerden ekstratropikal bölgelere EP dikey enerji akıları ile ısı taşınımı gerçekleşme itimali yükselir.EP vektörleri ne kadar güçlüyse ısı akıları da o kadar güçlüdür.

Konvektif ısıtmayla zorlanan dalgaların özellikleri hem ısıtmanın gücüne hem de ısıtmanın derinliğine duyarlıdır (örneğin, Salby ve Garcia 1987 ; Bergman ve Salby 1994 ; Holton ve diğerleri 2002 ; Beres 2004 ). Geller ve diğ. (2016)

Sudden Stratoshperic Warming (Ani stratosfer Isınması -SSW)

SSW'nin tanımı klimatoloji tanımında farklılık göstermektedir.Geleneksel SSW tanımına göre 60 derece kuzey enlemi stratosferik rüzgarların doğuya dönmesi olarak tanımlanır.Bu ısınma "kuvvetli" ya da "Majör" SSW olarak adlandırılır.Fakat bazı kaynaklara normal SSW lerinde bu tanıma dahil olduğu ifade edilmektedir.Yani gücü ve kuvveti dikkate alınmaz.SSW için bölgesel rüzgarların doğuya dönmesi yeterlidir.Doğuya dönme eşik kritresi ise 0 m/s'dir.

Diğer bir tanım ise stratosferin Avrasya veya Kanada merkezli olmak üzere ısınmasıdır.Bu ısınmalar sinoptiklerden takip edilir.Eliptik Teşhis olarak adlandırılan bu tanımalamada geleneksek SSW 'den daha fazla bulgu tespit edilebilir ve kutup girdabı hakkında daha detaylı bilgiler elde edilebilir.Eliptik tanılamaya göre SSW sayısı,geleneksel SSW sayısından daha fazladır.Bu nedenle bazı çalışmalarda örnek alınacak SSW tarihleri için her iki tanılamada göz önünde bulundurulmaktadır.Eliptik tanılamaya göre rüzgarların 0 m/s 'nin altına düşerek doğuya dönmesi beklenmez.

Bu tanımlamalar aşağıda daha ayrıntılı olarak verilmiştir;

·         Bir SSW meydana geldiğinde, kutupsal stratosferdeki zonal ortalama konfigürasyon bozulmaya uğrar. Polar stratosferik sıcaklıklar zamanla hızlı bir şekilde artar, zonal ortalama sıcaklığın poleward artışına neden olur ve bazen zonal(bölgesel) ortalama rüzgarların tersine yani doğuya dönmesine neden olur .

·         SSW, 10 hPa ya da altındaki zonal ortalama sıcaklığın 60 ° N zonal ‐ ortalama zonal rüzgarın tersine çevrilmesi durumunda büyük bir ısınma olarak tanımlanmaktadır [örn . Andrews ve diğ., 1987].

·         Gözlemler, orta-kış majör SSW'ler ile ilişkili büyük stratosferik anomalilerin aşağıya doğru yayılabileceğini ve iki ay kadar sürebilen anormal hava rejimlerine yol açabileceğini göstermektedir [örneğin, Baldwin ve Dunkerton, 2001 ]. Sigmond ve diğ. [ 2013 ]

·         kış ortası ana SSW'ler iki tipte sınıflandırılmıştır: girdap ‐ yer değiştirme (kabaca "dalga sayısı ‐ 1" olarak ifade edilenlere karşılık gelir) SSW'ler veya girdap ‐ bölünmüş (tipik olarak "dalga sayısı ‐ 2") SSW'ler olarak adlandırılır. [örneğin, O ' Neill , 2003 ; Charlton ve Polvani , 2007 (bundan sonra CP07)].

·         Vorteks bölünmüş SSW'lere genellikle 0 ° E'de Greenwich Meridyen çevresinde gelişen ikinci bir antisiklon eşlik eder [ör. O'Neill , 2003].

·         Ocak modeli simülasyonunda, Taguchi ve Hartmann [ 2006 ], La Niña koşulları altında olduğundan El Niño koşulları altında SSW'lerin oluşumunu arttırdığını bulmuşlardır.

·         CP07 Yöntemi, 10 hPa ve 60 ° N'deki zonal ortalama zonal rüzgarın tersine çevrilmesini gerektiren geleneksel SSW tanımlamasını savunmaktadır

·         M11 ve M13 Yöntemi girdabın geometrik bir açıklamasını sağlar ve zonal ortalama(sayısal) özelliklere güvenmez. bölgesel ortalama eşik kriteri kullanılmaz.Bu yöntem,sayısal değerler yerine geometrik olarak analize dayanır.

·         Bu tanılamaya dayalı bir sınıflandırma kullanılması, Mitchell ve ark. [ 2013] (bundan sonra M13) CP07'den daha fazla sayıda SSW tanımlamıştır.Bunun temel nedeni, bölgesel ortalama eşik kriteri kullanmamış olmalarıdır. M13 yöntemi ayrıca bölünmüş girdap olaylarının troposferin derinliklerine nüfuz ettiğini ve önemli yüzey anomalileriyle sonuçlandığını gösterirken, yer değiştirmiş girdap olaylarıyla ilişkili anomaliler tropopozun çok altına inmez. Elde edilen sonuç, Nakagawa ve Yamazaki [ 2006 ] 'nın benzer bir sonucunu destekledi; bu, dalga sayısının ‒ 2 gezegen dalgalarının artan yukarı doğru akmasıyla ilişkili olayların etkisinin yüzeye ulaşmasının daha olası olduğunu buldu. Buna karşılık, Cohen ve Jones [ 2011], yüzey anomalilerinin CP07 tarafından tanımlanan bölünmüş ve yer değiştirmiş girdap olaylarından sonra benzer olduğunu, ancak troposferik öncüllerinde önemli farklılıklar bulunduğunu ortaya koymuştur. Bu sonuçlar, iklim modellerinde stratosfer ‒ troposfer kuplajını anlamak için, doğru SSW tipini doğru tanımlama ihtiyacını vurgulamaktadır.

·         CP07 yöntemi kullanılarak yapılan SSW analizinde meydana gelen SSW olayları,M13 yönetime göre daha az bulunmaktadır.

·         Vorteksin merkezinin enlemi (centroid enlemi)

SSW sırasında orta enlemlerde güçlendirilmiş bir Brewer-Dobson sirkülasyonu gözlenir(BDC).Bu sirkülasyon,orta enlemlerdeki sıcak havanın kutup bölgesine taşınmasına atıfta bulunur.Güçlendirilmiş BDC ile birlikte kutup bölgesindeki stratosfer ısınır ve belirli bir süre sonra ekstratopiklerdeki yüzey hava koşulları etkilenir.

BDC'nin güçlendirilmesi gezegensel dalga genliğinin artmasıyla ifade edilir.Bu dalgalar 100 hPa'dan 10 hPa'ya doğru yayılır.Bu dalgaların genlikleri(amplitude) kutup girdabının bölünmesiyle veya yer değiştirmesiyle modüle edilir.

Tropik bölgelerdeki aktiviteler sonucu genlikleri artan bu dalgalar 45-75 derece enlemlerinde gözlemlenir.Traposferde yayılan bu dalgalar stratosferde kırılır ve yakşalık 1 haftalık zaman dilimi içerisinde kutup girdabını etkiler.

Güçlü polar vorteksde dalga aktivitesi zayıflar ve üst enlemlerdeki meridyonel sirkülasyon kuvvetlenir.

Kutup girdabının etkilenmesi orta enlemlerdeki meridyonel sirkülasyonun artmasıyla yada azalmasıyla ifade edilebilir.

·        Isı ve jeopotansiyel akışlar ve ayrıca Eliassen ‐ Palm vektörü troposfer ve stratosfer arasındaki kuplajın bir miktar belirtimini veren faydalı türevlerdir [ Eliassen ve Palm , 1961 ]. Güçlü birleşme dönemlerinde, yani gezegen dalgaları güçlü olduğunda, akışlar da güçlüdür. Kutup girdabı parçalanma evresini tamamlarsa, akılar çok küçük değerlere düşer.

·        Güçlü polar vorteks’deki stratosferdeki dolaşım, güçlü bir siklonik girdap ve çok zayıf bir gezegensel dalga aktivitesi ile bozulmaz.

·         Yerinden edilmiş ve bölünmüş girdap olayları çoğunlukla sırasıyla 1 ve 2 numaralı dalga numaralarının dikey olarak yayılan gezegensel dalgalar ile ilişkilidir. [örneğin, Nakagawa ve Yamazaki , 2006 ].

NH stratosferine, sonbaharda oluşan ve ilkbaharda bozulan kutupsal bir girdap hakimdir. 10 hPa ve 60 ^∘ N'deki ortastratosferde , girdap , Ocak ayı ortalarında yaklaşık 35 m / s batı rüzgar hızlarına ulaşır.

NH kutuplu stratosferdeki rüzgarlar, büyük ölçüde düzensiz dalgalanmalar olan 1-3 numaralı dalgalardan etkilenir.(McIntyre & Palmer, 1984).. Bu dalga momentumları stratosferde kırılarak polar vorteks rüzgarlarını yavaşlatır.

Gezegensel dalgaların kırılması, kutup başlığının etrafındaki stratosferik bölgesel rüzgarların zayıflamasına yol açtığından, kış mevsiminde batıya özgü bölgeli ‐ 10 hPa ve 60 ^{∘ 'daki} bölgesel zonal rüzgarlar, tamamen tersine dönebilir.Bu olay SSW olarak adlandırılır. Bu olaylar NH'de on yılda yaklaşık 6 kez meydana gelir (Charlton ve Polvani, 2007 ).

Bir SSW olayı sırasında, stratosferik polar girdap ya kutuptan ( yer değiştirme ya da dalga ‐ 1olayı) ayrılır ya da ikiye bölünür ( dalga-2 olayı; Mitchell ve diğerleri, 2011 ). Eger girdabın etkilenmesiyle birlikte kutup bölgesindeki sıcaklık artarken bölgesel 10 hPa rüzgarları doğuya dönmüyorsa bu olay küçük ısınma olarak adlandırılır .

Güneş ışığı ilkbaharda NH kutup bölgelerine döndüğünde, stratosferik meridional sıcaklık gradyanı azalır, bu da son bir ısınmada vorteksin parçalanmasına yol açar (örn., Black ve diğ.,2006 ), genellikle Mart-Mayıs ayları arasında görülür. Ekstropropikal stratosferik rüzgarlar daha sonra yaz boyunca doğuda kalır.

Kış tahmini için ekim ayını beklemeye gerek yok

Herkes kış tahmini yapmak için Ekim ayı verilerini bekliyor.Ekim ayı verileri gelmeden kimse bu analize girmek istemiyor.Çünkü ekim ayı verileri Avrasya kar örtüsü ortalamasını barındırıyor.

Peki neden Avrasya bölgesi kar miktarını öğrenmek bu kadar önemli?

Çünkü bu veriler kış mevsiminde kutup bölgesindeki meridyonel sirkülasyonu etkiliyor.Kutup girdabına taşınan ısı akışı Avrasya bölgesindeki kar miktarı ile yorumlanıyor.

Fakat tahmin için tamamen ekim ayı verilerini kullanmak yanlış.Çünkü kutup girdabını modüle eden diğer faktörler daha önceden tahmin edilebilmekte.Üstelik bu tahmin tutarlılığı çok yüksek.

Yani genel sirkülasyona etki eden 4 faktörden sadece bir tanesini Avrasya kar örtüsü oluşturuyor.

Özetle ekim ayı verileri sandığınız kadar önemli değil.

Son yıllarda kutup bölgesindeki buzullarda yaşanan buz kaybı polar stratosferik dolaşımı zayıflatmıştır.Özellikle barents denizindeki buz kayıpları bu etkinin daha fazla ortaya çıkmasına neden olmuştur.

Stratosferik dolaşım=10 hPa ortalama rüzgarlar

Meridyonel rüzgar=Üst enlemlerdeki 10-30 hPa ortalama rüzgarları(60 derece kuzey enlemi bölgesel stratosfer rüzgarları örnek verilebilir).Stratosferik dolaşım ile benzer.

Peki artan buz kayıpları neden stratosferik dolaşımın zayıflamasına sebep oldu? Bunun sebebi artan Eddy ısı dalgaları.

Eddy ısı akısı temel olarak tropiklerden kutuplara hava cepheleri tarafından taşınan ısıya atıfta bulunmaktdır Bu olay aynı zamanda Eliassen-Palm ilişkisi yoluyla stratosfere yayılan büyük miktarda dalga aktivitesini de işaret etmektedir

Eddy ısı dalgaları v*t* ile ifade edilen ,100 hpa'dan 10 hpa'ya yayılan gezegensel ölçekli dalgalardır.Bu dalgaların Orta ve Doğu Avrasya olmak üzere iki eylem merkezi vardır.Bu iki merkezde artan ısı akıları kutup bölgelerdeki meridyonel sıcaklığa ve rüzgara doğrudan etki eder.

(Burda v meridyonel rüzgar t ise meridyonel sıcaklıktır.Üssü ifadeler sırasıyla rüzgardaki ve sıcaklıktaki sapma değerini ifade eder)

Isı akıları güçlüyse meridyonel rüzgarlar zayıflamaya doğru meyil eder.Zayıfsa meridyonel rüzgarlar kuvvetlidir.

Orta ve Doğu Avrasya bölgesinde artan eddy ısı akıları, iklimsel gezegensel dalga yapısının, sırasıyla Barents Denizi bölgesinden yayılan sabit Rossby dalgalarının yayılmasıyla dinamik olarak bağlanan anormal meridyonel rüzgar ve sıcaklık alanlarıyla yapıcı birleşmesinden kaynaklanmaktadır.

Ayrıca ;Kuzey Kutup Denizi buzundaki azalmanın Orta Avrasya bölgesindeki pozitif eddy ısı akısı bölgesinin kaymasına ve güçlendirilmesine yol açtığı tespit edilmiştir

Ek olarak son yıllarda sıkça gözlemlenen kutup girdabı parçalanması yani "split" olayı,Orta Avrasya bölgesindeki eddy ısı akılarının artmasıyla ilişkilidir.Bu bölgeden yaylan dalgalar kutup girdabını daha fazla etkiler.

Son zamanlarda yapılan birkaç çalışma Arktik deniz buzunda düşüşün, stratosferik kutupsal girdapta uzun vadeli kalıcı eğilimler yarattığını öne sürmüştür. Bu bağlantı için gözlemsel kanıtlar, zayıflamış bir girdaba neden olan 1 ve 2 numaralı gezegensel dalgaların yukarı doğru yayılmasının, deniz buzunda bir düşüşle aynı anda meydana geldiğini ortaya çıkaran reanaliz verilerinin çalışmalarından ileri sürülmüştür [ Jaiser et al . , 2013 ; Kim ve diğ. , 2014 ; Yang ve diğ. , 2016 ].

Arktik deniz buzunun azalmasının antropojenik emisyonlardan önemli ölçüde etkilendiği düşünülmekle birlikte [ Bindoff et al. , 2013 ] gelecek yıllarda da devam etmesi beklenmektedir. [Stroeve ve diğ. , 2012 ](Antropejenik zorlama;insanlar tarafından doğanın tahrip edilmesi,emisyonu ise atmosfere insanlar tarafından yayılan zararlı gazlar)