Mezosfer / Alt Termosferde Gözlemlenen Madden-Julian Salınımına Gelgit Tepkisi

Mezosfer / Alt Termosferde Gözlemlenen Madden-Julian Salınımına Gelgit Tepkisi

TIMED uydusundaki SABER cihazı tarafından gözlemlenen 18 yıllık günlük sıcaklık gelgitleriyle ilgili istatistiksel bir çalışma, tropikal troposferdeki Madden-Julian Salınımına (MJO) üst atmosferdeki (> 60 km) gelgitlerin önemli bir tepkisini ortaya koymaktadır. Göç etmeyen gelgit genlikleri, mevsimsel ortalamaya göre ~% 25'e kadar mevsim içi MJO dönemlerinde, göç eden gelgitlerinkinden iki kat daha fazla (~% 10) modüle edilir. MJO endeksinde belirtildiği gibi aktif MJO günleri için gelgit tepkisini, sezonun ve MJO konumunun bir fonksiyonu olarak tam olarak karakterize ediyoruz. Gelgitlerin MJO modülasyonu modeller tarafından tahmin edildi, ancak daha önce kesin olarak gözlemlenemedi. Sonuçlarımız, farklı mevsimlerde ekvatoral ve katotsuz gelgit modları için kısmen farklı bir tepkiye neden olan arka plan rüzgarlarının önemli bir rolüne işaret etmektedir.

Özet

Gelgitler, troposferik hava / iklim ve uzay hava / iklim arasındaki bağlantıyı anlamanın anahtarıdır. Madden ‐ Julian Salınımı (MJO) ile ilişkili troposferik konveksiyonun, yukarı doğru yayılan yerçekimi dalgalarının ve Kelvin dalgalarının yoğunluğunu modüle ettiği bilinmektedir. Gelgitler üzerinde bir etki zaten yirmi yıldan fazla bir süre önce önerilmişti, ancak yalnızca veri analizindeki son gelişmeler, gözlemlerin etkisinin ölçülmesine izin veriyor. 60–105 km rakımlarda on sekiz yıllık günlük atmosferik gelgit teşhisi (TIMED uydusundaki SABER cihazı tarafından gözlemlendi), MJO'ya bir yanıt olarak istatistiksel olarak anlamlı mevsim içi gelgit modülasyonunu ortaya koymaktadır. Yanıtın büyüklüğü, aktif koşullar sırasında MJO fazına bağlı olarak mevsimsel ortalamanın ±% 20'si (~ 0,5–2 K) düzeyindedir. MJO'ya gelgit tepkisi tüm mevsimlerde mevcuttur. Gelgitler ayrıca mezosfer / alt termosferdeki MJO zaman ölçeklerindeki tepkiyi E-dinamo süreçleri yoluyla iyonosfere bağlayabilir ve bu da iyonosferin F bölgesinde daha fazla etkiye sahiptir.

Giriş

Madden ‐ Julian Salınımı (MJO) (Madden & Julian, 1971 ) tropikal konveksiyon ve dolaşımdaki mevsim içi değişkenliğin baskın modudur ve orta menzilli hava koşulları için önemi nedeniyle keşfinden bu yana (~ 50 yıl önce) kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. tahmin. Tropikal rüzgarlarda, bulutlarda, yağışlarda ve diğer birçok değişkende tipik olarak ~ 30–90 günde bir tekrarlayan, ekvator yakınında (± 30 °) doğuya doğru hareket eden bir rahatsızlıktır (Zhang, 2005 ). MJO'nun Kelvin dalgaları (Wheeler & Kiladis, 1999 ) gibi küresel ölçekli dalgalardan oluşan bir spektrum ürettiği ve stratosferik yerçekimi dalgalarını (GW), GW sürüklenmesini ve bölgesel rüzgarları (örneğin, Alexander ve diğerleri, 2018). Mezosferde / alt termosferde (MLT) MJO sinyalleri üzerine yapılan çalışmalar seyrektir ve çoğunlukla radar rüzgar gözlemlerine dayanır. Eckermann vd. ( 1997 ), MJO ile ilişkili troposferik konveksiyonun, yukarı doğru yayılan GW'lerin ve gelgitlerin yoğunluğunu modüle ettiğini öne sürdü. Bu gözlemler, MJO dönemleri aralığında güçlü sinyaller veren 70-110 km ekvatoral gündüz HRDI bölgesel rüzgarlarla tutarlıydı (Lieberman, 1998 ). Daha yakın zamanlarda, Gasperini ve ark. ( 2020) GOCE verilerinden termosferdeki ultra hızlı Kelvin dalgalarında MJO etkisi olduğuna dair kanıt buldu ve ani stratosferik ısınma etkilerine benzer şekilde ortalama dolaşımın dalga sürüşündeki değişiklikler yoluyla MJO'nun termosferin ortalama durumu üzerindeki etkileri beklenebilir. düzenli olarak (Oberheide ve diğerleri, 2020 ). Gasperini ve ark. ( 2020 ) GOCE rüzgarlarının analizini gerçekleştirdi, çalışmalarında sunulan ana sonuçlar SD / WACCM-X kullandı. Liu vd. ( 2018) yerel saat kilitli MLS verilerinde mezopoz yakınındaki dalga-3 ve dalga-4 tidal vekillerindeki MJO sinyalleri hakkında rapor edildi. Ancak, uydu kaynaklı gelgit teşhisinde yetersiz zaman çözünürlüğü, gelgit spektrumundaki MJO sinyallerinin spektral uzay / zaman uyumlarından çıkarılmasını engellemiştir. Sadece “gelgit ters evrişim” tekniklerini kullanan günlük gelgit teşhislerinin yakın zamanda ortaya çıkması (bölüm 2 ), MJO zaman ölçeklerindeki gelgit değişkenliğinin çözülmesine izin vermektedir. Kumari ve Oberheide ( 2020), gelgit / gezegensel dalga etkileşimlerini incelerken, SABER gelgit sıcaklıklarında MJO'nun neden olduğu büyük mevsim içi değişikliklerin varlığını ortaya koydu. MLT gelgitlerinin herhangi bir MJO modülasyonu, troposferik zorlamada, stratosferik / mezosferik rüzgar filtrelemede, GW momentum zorlamasında ve muhtemelen diğer etkilerde bir MJO tarafından empoze edilebilir. Kesin mekanizmalar ve bunların göreceli önemi, gelecekteki çalışmalarda özel model çalışmaları için konulardır.

Bu makalede, iki önemli günlük gelgite odaklanıyoruz: (i) radyasyondan kaynaklanan belirgin göç eden günlük gelgit DW1 ve - bir dereceye kadar - troposferdeki gizli ısınma zorlaması ve (ii) konvektif olarak zorlanan, göç etmeyen günlük gelgit DE3, 3 bölgeli dalga numarasına sahip doğuya doğru yayılan bir günlük gelgit. İkincisi, özellikle E bölgesi dinamosunu modüle etmede ve troposferik konveksiyonu iyonosferik plazmaya haritalamada etkilidir ve doğrudan üst termosfere yayılabilir (örneğin, Chang ve diğerleri, 2013 ; Hagan ve diğerleri) diğerleri, 2009 ; Oberheide ve diğerleri, 2009 ). Sassi vd. ( 2019) iyonosferdeki MJO ile ilgili mevsim içi değişikliklerin uzay hava durumu modellemesini ve tahminini iyileştirmenin ayrılmaz bir parçası olduğunu öne sürüyor. Gözlemsel tarafta, Gasperini ve ark. ( 2017 ) bölgesel ortalama rüzgarlarda 90 günlük bir sinyal ve termosferde CHAMP ve GOCE'den türetilen bir DE3 proxy'si ("dalga4") buldu ancak sinyali MJO ile kesin olarak ilişkilendiremedi. Garcia ( 2000 ); Isoda vd. ( 2004 ); Kumar vd. ( 2007 ), MLT bölgesel rüzgarlarındaki mevsim içi salınımların, MJO ile ilişkili konvektif zorlamaya bir yanıt olarak muhtemelen göç etmeyen gelgitlerdeki mevsim içi değişkenliklerden kaynaklandığını öne sürmüştür. İstatistiksel anlamda Yang ve ark. ( 2018), SD-WACCM ve MJO'dan gelen DW1'deki mevsim içi sinyaller arasında net bir bağlantı buldu: MJO fazına (konumu) bağlı olarak, konvektif anomaliler, yaklaşık% 20'lik (tepe noktası) sıcaklık ve rüzgar genliği farklarıyla gelişmiş / azaltılmış bir DW1 zorlamasına Kuzey kışın mezopoz etrafında). Kısaca, bir MJO fazında gelişmiş / bastırılmış derin konveksiyona göre artan / azalan nem, orta ve üst ekvator troposferinde (5–13 km, 10 ° S – 10) artan / azalan su buharı ile daha güçlü / daha zayıf radyatif DW1 zorlamasına yol açar ° N). Modele göre DW1'de MJO ile modifiye edilmiş GW momentum zorlaması da bir rol oynuyor.

SABRE verileri (bölüm 2 ), Yang ve diğerlerinin model tahminlerini test etmek için, MLT günlük gelgit değişkenliği üzerindeki MJO etkisini istatistiksel olarak karakterize etmemize ve ölçmemize izin veriyor. ( 2018 ) ve gelgit modu birleşmesi yoluyla MJO'ya gelgit tepkisinin mevsimsel değişimini anlamada arka plan rüzgarlarının rolünün ilk değerlendirmesini almak için (bölüm 3 ).

2 Veri ve Analiz

2.1 SABRE Sıcaklığı Gelgitler

Analiz için kullanılan 2002'den 2019'a kadarki gelgit taban çizgisi verileri, SABER (sürüm 2.07) kısa vadeli gelgit tanılamalarından (20-105 km, 50 ° G-50 ° K) ve ardından simetrik ve antisimetrik Hough Modu Uzantılarına ( HME'ler). 12 dakikalık TIMED uydu yörünge presesyonu nedeniyle tam yerel saat kapsamı elde etmek için 60 günlük SABER (Russell III ve diğerleri, 1999 ) gözlemleri gerektiren spektral Fourier uyumlarından farklı olarak , "gelgit ters evrişimden" günlük gelgit teşhisi kullanıyoruz. (Oberheide ve diğerleri, 2002 ) HRDI, WINDII ve SABER verilerini kullanarak çeşitli günlük gelgitlerdeki kısa vadeli değişkenliği incelemek için yararlılığını kanıtlamış olan (örneğin, Kumari & Oberheide, 2020 ; Lieberman ve diğerleri, 2013 , 2015; Pedatella ve diğerleri, 2016 ; Vitharana ve diğerleri, 2019 ). Oberheide ve ark. ( 2002 ), 1 günlük bir zaman çözünürlüğü ile genlik ve fazlar elde etmek için esasen çeşitli yüksekliklerde yükselen ve alçalan yörünge düğümleri üzerindeki gözlem farklılıklarını alan ters evrişim yönteminin tam matematiksel ayrıntıları için. SABER tidal ters evrişim hatası ~ 0.5 K'dir (Lieberman ve diğerleri, 2015 ).

Şekil 1a , 2009 yılı ve 95 km için DE3 günlük genliklerini örneklemektedir. 2009 yılı, birkaç güçlü MJO'ların bulunduğu sözde tropikal konveksiyon yılı olduğu için seçildi (Waliser ve diğerleri, 2012 ). Gözlenen kısa vadeli genlik değişkenliği, birkaç gün içinde sıklıkla ~ 10 K'ye ulaşır. Yukarı doğru yayılan gelgitlerdeki göze çarpan özelliklerin çoğu, Hough Mode Extensions (HME'ler) günlük gelgitlere uydurularak iyi tanımlanmıştır (örneğin, Oberheide ve diğerleri, 2011 ). Temel olarak, HME'ler, gelgit dağılımını hesaba kattıkları için klasik Hough fonksiyonlarının uzantılarıdır (Lindzen ve diğerleri, 1977 ). Oberheide ve Forbes'e bakın ( 2008) ayrıntılı bir tartışma ve sayısal HME hesaplaması için. Her HME, kutuptan direğe, 0–390 km ve zamandan bağımsız gelgit sıcaklığı, rüzgarlar ve yoğunlukta genlik ve fazların yüksekliğe karşı tutarlı bir enlemidir. Her bir gelgit bileşeni için HME'ler, MLT bölgesinde gözlemlenen gelgitlere uyan en küçük kareler olabilir ve HME'lerin her birine karşılık gelen gelgit genlikleri ve fazları, enlem, yükseklik ve günlerin fonksiyonu olarak elde edilir. Genellikle ilk iki HME, yani HME1 (ilk simetrik) ve HME2 (ilk antisimetrik) önemlidir. Daha yüksek dereceli HME'lerin eklenmesi, gözlemlere daha yakın bir eşleşme ile sonuçlanacaktır, ancak katkıları nispeten küçüktür ve HME'ler birbirine ortogonal olduğu için bir problem oluşturmazlar. Bu nedenle, DE3 gelgiti büyük ölçüde simetrik (HME1, dikey dalga boyuλ _z ≈ 56 km , en yüksek irtifa ~ 110 km) ve ekvatora göre bir antisimetrik (HME2, λ _z ≈ 30 km , en yüksek irtifa ~ 90 km) modu (örneğin, Oberheide & Forbes, 2008 ). DW1'e HME1 hakimdir (ekvatora göre simetrik) ve aşağıda sadece bu mod kullanılır. HMEprojeksiyonları,HME uyum katsayıları ve karşılık gelen HME'ler (Oberheide & Forbes, 2008'de gösterildiği gibi enlem-yükseklik) kullanılarak yeniden yapılandırılan Şekil d'de gösterilmektedir . HME'lerin genliklerinin mevsimsel değişimini (kış / yaz) ve enlem yapısını (simetrik / antisimetrik) gösterir. Gösterim amacıyla 11 günlük bir ortalama düzleştirme uygunlamış

95 km rakımda Kelvin cinsinden SABER DE3 günlük genliklerinin 11 günlük çalışma ortalaması, karşılık gelen (b) HME1 ve (c) DE3'ün HME2 projeksiyonları ve (d) DW1'in HME1 projeksiyonu günlük genlikler. (e) 10-100 gün arasında DW1 HME1 (yeşil), DE3 HME1 (mavi) ve DE3 HME2'ye (kırmızı) karşılık gelen 2009 yılı için HME uyum katsayılarının Fourier spektrumu. % 95 önem seviyeleri, sırasıyla yeşil, mavi ve kırmızı renkli noktalı çizgiler olarak gösterilir.

Kısa vadeli varyasyonları incelemek için gözlemlenen genlikler yerine HME projeksiyonlarının kullanılması önemlidir, çünkü farklı mevsimlerde bölgesel ortalama (arka plan) rüzgar değişimleri, gelgit ısınma varyasyonları ile birlikte simetrik ve antisimetrik modları oldukça farklı şekilde etkileyebilir. Örneğin, stratosferde ve alt mezosferde mod birleşmesi (Oberheide & Forbes, 2008 ; Zhang ve diğerleri, 2012). HME'ler, 30 ° G – 30 ° K enlem aralığında ve 85–105 km yükseklik aralığındaki gözlemlere uyarlanmıştır. Enlem / yükseklik bilgisi tamamen HME'lerde bulunduğundan (tensör temeli anlamında), uyum katsayıları enlem ve yükseklikten bağımsızdır ve yalnızca zamana bağlıdır. Bu nedenle, HME'ler mekansal karmaşıklığı büyük ölçüde basitleştirir ve tüm zamansal bilgi, daha ileri analizler için kullanılan tek boyutlu uyum katsayılarında bulunur.

Şekil , üç uygun katsayı zaman serisinin tümünün Fourier spektrumlarını gösterir. Değişkenlik, gezegensel dalga zaman ölçeklerinden mevsim içi ve mevsime kadar çok çeşitli zamansal ölçekleri kapsar. Üç uyum katsayısının hepsinde 30-50 günlük periyotta mevsim içi zirve mevcuttur. DW1 HME1 ve DE3 HME1, 60-73 günlerde başka bir geniş zirveye sahiptir. Dalgacık spektrumlarının dikkatli incelenmesi (Kumari & Oberheide, 2020 ; Vitharana vd., 2019) bu zirvenin 60 günlük TIMED sapma döngüsünün bir artefaktı olmadığını buldu. Göç etmeyen gelgitlerdeki (DE3 HME1 ve DE3 HME2) 92 günde zirve, dördüncü yıllık harmoniktir ve büyük olasılıkla MJO ile ilgili değildir. Bu nedenle, MJO endeksi aracılığıyla MJO aktivitesine gelgit tepkisi için daha fazla araştırılabilecek kısa vadeli bir gelgit veri setine (DW1 HME1 ve DE3 HME1 & 2, 2002–2019) sahibiz.

2.2 Gerçek Zamanlı Çok Değişkenli MJO Endeksi

Wheeler ve Hendon ( 2004 ) tarafından hazırlanan RMM (gerçek zamanlı çok değişkenli MJO) indeksi) MJO-konveksiyonun gücünü ve konumunu izlemek için yaygın olarak kullanılır. 1974'ten günümüze kadar temin edilebilir, ortalama 850 hPa bölgesel rüzgar, 200 hPa bölgesel rüzgar ve gözlemlenen uyduya yakın ekvatoral (15 ° N-15 ° G) alanların birleşik alanlarının bir çift ampirik ortogonal fonksiyonuna (EOF) dayanmaktadır. giden uzun dalga radyasyon (OLR) verileri. Yıllık döngü ve yıllar arası değişkenlik kaldırılarak EOF'lere gözlemlenen günlük verilerin projeksiyonu, çoğunlukla yalnızca MJO'nun sezon içi zaman ölçeğine göre değişen temel bileşenler (PC) zaman serileri sağlar. RMM indeks zaman serisi, ilk iki ortogonal PC zaman serisi RMM1 ve RMM2'yi temel alan RMM (veya MJO) genliklerini ve fazlarını içerir. MJO fazları genel olarak dünya genelinde ekvator boyunca konumlarla çakışır. Kolaylık sağlamak için sekiz farklı MJO fazı tanımlanır, yani MJO-konveksiyonun konumu, 1'den 8'e kadar numaralandırılmıştır (8 & 1: batı yarım küre ve Afrika, 2 & 3: Hint Okyanusu, 4 & 5: deniz kıtası, 6 & 7: batı Pasifik). Aktif MJO olayları için MJO fazlarına göre gelgit değişkenliğini karşılaştırmak için aktif MJO olaylarını ve faz konumunu bulmak için RMM indeksini kullanıyoruz.

2.3 Analiz

Yang ve diğerleri ile aynı yaklaşımı kullanıyoruz. ( 2018 ), sonuçlarımızı model simülasyonu ile karşılaştırmak için. Yang ve ark. ( 2018), istatistiksel çalışmaları için 1979–2015 (~ 35 yıl) SD ‐ WACCM simülasyonunu kullanırken, 2002–2019 (~ 18 yıl) SABER gözlemlerini kullanıyoruz. İlk olarak her mevsim, yani kuzey yarımküre (NH) kışı (Aralık ‐ Ocak ‐ Şubat, DJF) için DW1 HME1, DE3 HME1 ve HME2 genlik zaman serilerinin (HME uyum katsayıları kullanılarak yeniden yapılandırılmış) her birinden mevsimsel ortalamayı tahmin ediyoruz. , NH baharı (Mart ‐ Nisan ‐ Mayıs, MAM), NH yazı (Haziran ‐ Temmuz ‐ Ağustos, JJA) ve NH sonbahar (Eylül ‐ Ekim ‐ Kasım, SON). MLT günlük gelgitlerindeki MJO sinyalini (yani MJO anomalilerini) çıkarmak / filtrelemek için, daha sonra aradaki yüksekliklerin her birinde gelgit zaman serisine (enlem ortalamalı HME genlikleri) 30–100 günlük bir bant geçiş filtresi uygularız. 80 ve 100 km. Bir sonraki adım, RMM indeksindeki MJO genliklerini kullanarak her sezondaki aktif MJO olaylarını belirlemektir. Yang ve ark. (2018 ), art arda en az beş gün boyunca 1.5'ten büyük bir RMM endeksi, aktif bir MJO olayı olarak tanımlanır. Daha fazla analiz için her sezon yalnızca aktif MJO etkinliklerine karşılık gelen günleri kullanırız. Daha sonra kalan MJO filtreli gelgit kümesini, aktif-MJO günlerinin faz bilgilerini kullanarak sekiz MJO fazına karşılık gelen sekiz bölmede gruplandırıyoruz. Bu, gelgit genliklerindeki mevsim içi değişkenliğin MJO fazlarıyla ilişkilendirilmesine olanak tanır. Ayrıca, her bir MJO fazında günlük gelgit değişkenliğindeki MJO sinyalini ölçmek için mevsimsel ortalamadan yüzde sapmaları da hesaplıyoruz. Ayrıntılar için Şekil 2c ve bölüm 3'e bakın

HME1 genliklerindeki (K) DJF bant geçiren filtreli MJO anormallikleri, ortalama 10 ° G – 10 ° N ve aktif MJO olaylarına karşılık gelen sekiz MJO fazında gruplandırılmış. DW1 HME1 genliklerinin 95 km'de maksimize edildiğini unutmayın. (b) Her aşamada DJF ortalamasından anormalliklerin yüzde sapması (yapıdan bağımsız yükseklik). (c) Siyah eğri, (b) 'den genlik yüzde sapmasıdır ve kırmızı kareler, bant geçiren filtreli DW1 HME1 uyum katsayıları kullanılarak elde edilen yüzde sapmalardır.

Gelgitlerde MJO anormalliklerini çıkarmanın başka yolları da olduğunu unutmayın. Bir yaklaşım, genliklerin 91 günlük çalışma ortalamasından sapmalar olarak hesaplanan anormalliklere (genlikler yerine) 30–100 günü filtrelemektir (yıllar arası değişkenlik etkisini en aza indirmek için kullanılan mevsimsel ortalamanın bir temsili olarak) ve sonuçlar çok benzer. Yıllar arası değişkenliği incelemek için çok yıllık iklim bilimine göre yüzde sapma da hesaplanabilir. Bant geçiren filtrelemeden önce eğilimi azaltmak, MJO etkilerini ayrı ayrı incelemek için gereklidir. Ancak Yang ve ark. ( 2018 ) yaklaşımı istatistiksel bir çalışma için yeterlidir.

3. Sonuçlar ve tartışma

Şekil 2a , kış mevsiminde MJO fazlarıyla DW1 HME1 genliğindeki değişimlerin rakım yapısını göstermektedir (DJF). Bununla birlikte, mevsimsel ortalamadan yüzde sapma ( tamlık için gösterilen Şekil 2b ) rakımdan bağımsızdır çünkü yükseklik ve enlem yapısı HME temel işlevlerinde tamamen yer almaktadır. Uyum katsayılarının yüzde sapmalarıyla aynı sonuçları verir (Şekil 2c ). Bu nedenle, tüm mevsimler için analizin geri kalanında HME genliklerinin (Kelvin cinsinden) bir temsilcisi olarak HME katsayılarını kullanıyoruz.

DW1 HME1 (Şekil tepe-tepe fark, kuzey kışın yüzde sapma değerleri aralığı 2c MJO karşılık atfedilen)% 10 ~ olmalıdır. Bu MJO yanıtı, Yang ve diğerleri tarafından bildirilen% 15-20 ile karşılaştırıldığında biraz daha küçüktür. ( 2018 ) model çalışmasında. Bununla birlikte, çeşitli MJO aşamaları için bulduğumuz yanıtın işareti, bulguları ile büyük ölçüde uyumludur. Yang vd. ( 2018) ayrıca, amplitüdün MJO fazları 1'den 4'e kadar maksimum ~% 10 ile pozitif bir anomali gösterdiğini, MJO'nun 5'ten 8'e kadar olan fazlarında minimum ~ −5 ile negatif bir anomali görüldüğünü bulmuşlardır. Bu nedenle, tepeden tepeye farkı ~% 15'tir, karşılık gelen değerimiz olan ~% 10'dan daha büyüktür. Sonucumuzda, genlikteki maksimum pozitif anomali ~% 6 iken minimum anomali ~% 4'tür. Bu nedenle, Yang ve diğerleri, 35 yıllık SD-WACCM. ( 2018 ) gerçekçi bir MJO bağımlılığını yeniden üretmeyi başardı ancak DW1'deki MJO sinyalinin göreceli büyüklüğünü olduğundan fazla tahmin ediyor. Yang ve ark. ( 2018 ) yalnızca DW1 DJF sonuçlarını gösterir ve DE3 model sonuçlarını sağlamaz.

Şimdi, Şekil 2c'ye benzer şekilde, HME uyum katsayılarını temel olarak kullanarak hem göç eden hem de göç etmeyen gelgitlerdeki MJO sinyalinin mevsimsel değişimini inceliyoruz . Sonuçlar, mevsim fonksiyonu olarak tropikal MJO'ya MLT günlük gelgit tepkisinin kapsamlı bir görünümünü gösteren Şekil 3'te özetlenmiştir . Gelgit ters evrişim sırasında tahmin edilen gelgit genlik hatasına (~ 1 K) ve ardından SABER sıcaklıklarının HME projeksiyonlarına dayanarak belirsizliği hesaplamak için 50 Monte Carlo simülasyonu kullanıyoruz. Simülasyonlardan elde edilen belirsizliklerin, Şekil 3'te kırmızı çubuklarla gösterilen istatistiksel hatalar olduğuna dikkat edin. bir (±) standart sapmaya kadar çizgi grafiklerinin (siyah) belirsizliklerini temsil eder. Hata çubuklarının uzunluğu, Şekil 3a - 3h için <% 1'dir (0,02 K'ye eşdeğer ) ve Şekil 3i - 3l için% 9'u (~ 0,12 K) geçmez . Genel olarak hata çubukları, MJO fazları arasındaki yüzde sapma değerlerinin değişiminden daha küçüktür, bu da gelgit tepkisinin istatistiksel önemini vurgular. Açıkça, her mevsim MLT günlük gelgitlerindeki tropikal MJO'ya, DW1'de% 7-10 (Şekil 3a - 3d ) ve DE3'te% 15-25 (Şekil 3e - 3l ) yüzde sapmalarla önemli bir yanıt vardır

(DJF, MAM, JJA ve SON) MJO'ya (a – d; DW1 HME1, e – h; DE3 HME1 ve i – l; DE3 HME2) karşı istatistiksel gelgit tepkisi, karşılık gelen mevsime göre hesaplanmıştır. anlamına gelmek. Kırmızı çubuklar, karşılık gelen hata tahminleridir.

Etkin MJO günlerinin sayısının bir sezondan diğerine farklılık gösterdiğini unutmayın. Kış (DJF ~ 648 gün), yazın MJO aktivitesinin neredeyse iki katına (JJA ~ 353 gün) sahiptir. İlkbahar (MAM ~ 578 gün) ve sonbahar (SON ~ 442 gün) kışa göre daha az MJO aktivitesine sahiptir. Kışın daha fazla sayıda veri noktası, MJO tepkisinin daha iyi bir istatistiksel tahminini sağlar. Bu nedenle, yaz mevsimindeki hata tahmini (örneğin, Şekil 3k ) daha büyüktür. DE3 HME2 için hata çubukları (Şekil 3i - 3l ), genellikle daha küçük DE3 HME2 genlikleri nedeniyle DW1 HME1 ve DE3 HME1 için olanlardan önemli ölçüde daha büyüktür (Şekil 1). Göç eden günlük gelgit, ilkbaharda (MAM, ~% 15) ve sonbaharda (SON, ~% 11) önemli MJO tepkilerine sahipken, yanıt yazın en küçüktür (JJA, ~% 7). Açıkça görülüyor ki, hem göç eden hem de göç etmeyen gelgitler, bir mevsimden diğerine değişen yanıtların ayrıntılarıyla MJO aşaması tarafından önemli ölçüde değiştiriliyor.

1'den 8'e kadar olan fazlar için pozitif ve negatif yüzde sapmaları arasındaki tepeden tepeye fark, gelgit MJO sinyalinin gücünün bir ölçüsü olarak alınır. Bu nedenle, kışın (Şekil 3e ve 3i ) ve yazın (Şekil 3g ve 3k ) MJO'ya göç etmeyen gelgit tepkileri , kışın (Şekil 3a ) ve yazın (Şekil 3c ) göç eden gelgitler için karşılık gelen karşılıklarının iki katı kadar güçlüdür. muhtemelen MJO ile ilişkili stratosferik GW'lerin gelişmiş doğuya doğru DE3'e sürüklenmesinden dolayı. Bunun nedeni, kaynak bölgeden uzakta olan stratosferde MJO doğumlu GW'lerin, stratosferik zonal rüzgarlarda küresel olarak daha büyük doğuya doğru anomalilere neden olduğu bulunmuştur (Alexander et al., 2018). DE3 HME1 yaz ve sonbaharda hakim olduğu için, Ağustos-Eylül-Ekim'deki yüzde sapmaları da inceledik (Şekil 4 ). Yaz aylarında DE3 HME1 içinde MJO yanıt (~% 20, küçük bir hata) anlamlı ve Şekiller en özellikleri 3g ve 3h , Şekil içerdiği 4 Şekil faz 4'te belirgin tepe hariç 3 olasılıkla bir MJO yanıt ile ilişkili , Ağustos'ta olmayan Haziran-Temmuz aylarında

Ekim'de (ASO) DE3 HME1 için her MJO aşamasındaki yüzde sapmaları.

DE3 HME1'in kışın (DJF) güçlü bir tepkisi olması ve DE3 HME2'nin kışın, DE3 HME1'in yaz ve sonbaharda hakim olması nedeniyle DE3 HME2'nin yazın (JJA) güçlü bir yanıt alması şaşırtıcıdır (Oberheide ve Forbes, 2008 ). Ayrıca, DE3 HME2 modu orta enlemlerde (~ 20 °) ekvatorda küçük genliklerle zirveye ulaşırken, MJO ile ilgili konvektif varyasyonlar tropiklerde merkezlenmiştir. Bu, MJO'ya verilen önemli DE3 HME2 yanıtının nedeni sorusunu gündeme getirmektedir. Yukarıda bahsedildiği gibi, DE3'teki HME'lerin mevsimsel değişimi, troposferik ısınmanın ve stratosfer ve alt mezosferdeki ortalama bölgesel rüzgar değişimlerinin bir sonucu olarak ortaya çıkar (Oberheide & Forbes, 2008 ; Zhang ve diğerleri, 2012 ). Yang vd. ( 2018) MJO fazlarıyla DW1 genlik anormalliklerinin artması / azalmasının ardındaki fiziksel mekanizmayı açıklamaya çalıştı ve bunun tropiklerde MJO etkilerine atfedilen gelişmiş / bastırılmış konveksiyonun bir yanıtı olduğunu buldu. MJO ile ilgili GW rahatsızlıkları da güçlü MJO olayları sırasında DW1 gelgitini güçlendirmede önemli bir rol oynar. Kışın gelişmiş bir konvektif zorlama (DJF) DE3 HME1 genlik anomalilerini de arttırmak zorunda iken, gözlemlerimiz (Şekil 3) çeşitli MJO fazları için DE3 HME1 ve DW1 HME1'in yüzde sapmaları arasında bir korelasyon göstermektedir. Dahası, kışın DE3 HME2 genlikleri, esas olarak mod birleşmesi, yani stratosfer ve alt mezosferdeki ortalama rüzgar değişimlerinden kaynaklanan modlar arasında enerji aktarımı ve konvektif zorlamanın daha az rol oynaması nedeniyle artar (Zhang ve diğerleri, 2012 ). Olası bir açıklama şu şekildedir: DE3'ün HME uyumlarını mod bağlantı bölgesinin üzerinde yani 85 km'nin üzerinde yapıyoruz. Negatif DE3 HME1 yanıtı (Şekil 3e ) ve pozitif DE3 HME2 (Şekil 3i) 1'den 5'e kadar MJO fazlarındaki yanıt, muhtemelen mod kuplajından kaynaklanan enerji transferinin bir göstergesidir. Bu, kışın DE3 HME2 (antisimetrik) ve DW1 HME1'in (simetrik) benzer tepkilerini açıklayabilir. MJO yanıtındaki ortalama rüzgar değişimlerinin rolü, MJO fazlarıyla yüzde sapma değişimlerini anlamak için açık bir şekilde anahtardır. Şekil 3a - 3d'den ilginç bir gözlem DW1 HME1'in kış ve ilkbaharda 2'den 4'e kadar olan evrelerde olumlu MJO tepkileri verirken, tüm mevsimlerde 7. ve 8. aşamalarda olumsuz tepkileri olmasıdır. Buna karşılık, DE3 HME1 & 2, farklı mevsimlerde MJO aşamalarına yanıt vermede daha büyük farklılıklar göstermektedir. Genel olarak, DW1 göç eden gelgit tepkisindeki mevsimsel değişim, DE3 göç etmeyen gelgite kıyasla daha az değişkendir. Gasperini vd. ( 2020 ), QBO ve SAO'nun MJO-MLT gelgit bağlantısında önemli bir rol oynadığını öne sürdü. MLT gelgit MJO varyasyonlarındaki mevsimsel bağımlılıkları daha iyi anlamak için QBO ve SAO aşamalarını dikkate alan analizlere ihtiyaç vardır.

4. Sonuç

SABER gözlemleri, kişinin Madden ‐ Julian Salınımına MLT gelgit tepkisini ilk kez ölçmesine ve model tahminlerini test etmesine izin verir. İkincisi, MJO aşamasına bağlı olarak gerçekçi bir yanıt üretir ancak genellikle DW1 için olan etkiyi fazla tahmin eder. Hem göç eden hem de göç etmeyen günlük gelgitler, tüm mevsimler boyunca MJO'ya güçlü bir şekilde yanıt verir (mevsimsel ortalamanın ~% 10-25'i) ve muhtemelen arka plandaki rüzgârdaki değişiklikler nedeniyle MJO'nun konumuna, yani MJO aşamasına açık bir bağımlılığa sahiptir. (ve ayrıca MJO'dan türetilmiş GW zorlaması) ve konvektif zorlama. İlginç bir şekilde, göç etmeyen gelgitlerin ekvatoral / katotsuz modlarındaki (HME'ler) MJO etkileri oldukça farklı olabilir ve muhtemelen stratosfer / alt mezosferdeki mod birleşmesi ile ilgilidir. MJO'ya göç etmeyen gelgit tepkisi (~% 25), yazın (~% ve kışın (~% 10) göç eden gelgit tepkisinin yaklaşık iki katıdır. Dahası, MJO tepkisinin göç etmeyen gelgitlerdeki mevsimsel değişimi, göç eden gelgitlerdekinden daha belirgindir. Düşük enlem MLT'de MJO'ya nispeten güçlü gelgit tepkisi, E bölgesi dinamo modülasyonu nedeniyle F bölgesi plazmasında% 25 düzeyinde benzer etkilerin bulunacağını göstermektedir. MJO düzenli olarak yinelenen bir model olduğundan bu, uzay hava araştırması ve mevsim içi zaman ölçeklerinde daha düşük atmosfer bağlantısı için önemlidir. Düşük enlem MLT'de MJO'ya nispeten güçlü gelgit tepkisi, E bölgesi dinamo modülasyonu nedeniyle F bölgesi plazmasında% 25 düzeyinde benzer etkilerin bulunacağını göstermektedir. MJO düzenli olarak yinelenen bir model olduğundan bu, uzay hava araştırması ve mevsim içi zaman ölçeklerinde daha düşük atmosfer bağlantısı için önemlidir. Düşük enlem MLT'de MJO'ya nispeten güçlü gelgit tepkisi, E bölgesi dinamo modülasyonu nedeniyle F bölgesi plazmasında% 25 düzeyinde benzer etkilerin bulunacağını göstermektedir. MJO düzenli olarak yinelenen bir model olduğundan bu, uzay hava araştırması ve mevsim içi zaman ölçeklerinde daha düşük atmosfer bağlantısı için önemlidir.