Kontinentalität und Ozeanität in den mittleren und hohen Breiten der nördlichen Hemisphäre und ihre Verbindungen zur atmosphärischen Zirkulation
Zusammenfassung
Das Klima Kontinentalität oder Ozeanität ist eines der Hauptmerkmale der lokalen klimatischen Bedingungen, die mit dem globalen und regionalen Klimawandel variieren. Dieses Papier analysiert Indizes der Kontinentalität und Ozeanität sowie deren Variationen in den mittleren und hohen Breiten der nördlichen Hemisphäre im Zeitraum 1950-2015. Klimatologie und Veränderungen der Kontinentalität und Ozeanität werden anhand des Conrad’s Continentality Index (CCI) und des Kerner’s Oceanity Index (KOI) untersucht. Der Einfluss der Telekommunikationsmuster der nördlichen Hemisphäre auf die Kontinentalitäts- / Ozeanitätsbedingungen wurde ebenfalls bewertet. Laut CCI ist die Kontinentalität in Nordostsibirien und entlang der Pazifikküste Nordamerikas sowie in Küstengebieten im nördlichen Teil des Atlantischen Ozeans bedeutender. Laut KOI entsprechen Gebiete mit hoher Kontinentalität jedoch nicht genau denen mit niedriger Ozeanität, die südlich und westlich der von CCI identifizierten Gebiete liegen. Die räumlichen Muster von Veränderungen der Kontinentalität scheinen also unterschiedlich zu sein. Laut CCI wurde ein statistisch signifikanter Anstieg der Kontinentalität nur in Nordostsibirien festgestellt. Im Gegensatz dazu hat sich die Kontinentalität im westlichen Teil Nordamerikas und in den meisten Teilen Asiens abgeschwächt. Laut KOI ist das Klima in Nordeuropa und dem größten Teil Nordamerikas und Ostasiens zunehmend kontinental geworden. Der Ozean hat im kanadischen arktischen Archipel und in einigen Teilen des Mittelmeerraums zugenommen. Änderungen der Kontinentalität waren in erster Linie auf die erhöhte Temperatur des kältesten Monats als Folge von Änderungen der atmosphärischen Zirkulation zurückzuführen: Die positive Phase der Nordatlantischen Oszillation (NAO) und der ostatlantischen Muster (EA) hat im Winter in den letzten Jahrzehnten dominiert. Trends in der Ozeanität können mit dem abnehmenden Ausmaß des saisonalen Meereises und einem damit verbundenen Anstieg der Meeresoberflächentemperatur verbunden sein.
1. Einleitung
Kontinentalität und Ozeanität sind wichtige Parameter, die lokale klimatische Bedingungen beschreiben. Sie zeigen, inwieweit das lokale Klima durch Meer-Landmasse-Wechselwirkungen beeinflusst wird. Wie die meisten anderen Klimaindikatoren sind diese Parameter dynamisch und hängen sowohl mit dem globalen Klimawandel als auch mit Veränderungen der atmosphärischen Zirkulation zusammen.
Die Kontinentalität wird in erster Linie durch eine Reihe von klimatischen Variablen beeinflusst, wie Breitengrad, Entfernung zum Meer und atmosphärische Zirkulation. In den meisten Fällen basieren die Berechnungen des Kontinentalitätsindex auf dem jährlichen Lufttemperaturbereich und dem Breitengrad. Ein größerer jährlicher Lufttemperaturbereich ist mit höheren thermischen Kontrasten und größerer Kontinentalität verbunden.
Unter sich ändernden Klimabedingungen könnte die Kontinentalität auf unterschiedliche Weise beeinflusst werden . Aufgrund des globalen Klimawandels steigt die Lufttemperatur in den meisten Teilen der Welt tendenziell an. In den letzten Jahrzehnten wurde die schnellste Erwärmung in den mittleren Breiten der nördlichen Hemisphäre beobachtet . Daher ist die Analyse von Veränderungen in verschiedenen Klimaindizes, einschließlich der Kontinentalitätsänderungen in den mittleren und hohen Breiten der nördlichen Hemisphäre, von erheblicher Bedeutung. In Gebieten, in denen die Lufttemperaturen im Winter einen deutlicheren positiven Trend aufweisen als im Sommer, sinken die entsprechenden Werte des Kontinentalitätsindex und umgekehrt. In den letzten zwei Jahrzehnten wurde eine Zunahme der Amplitude des Jahreszyklus in den mittleren Breiten der nördlichen Hemisphäre festgestellt: d. H. Die Lufttemperaturen im Winter nahmen leicht zu, während die Veränderungen im Sommer signifikanter waren .
Die Veränderungen im jährlichen Lufttemperaturbereich variieren jedoch in verschiedenen Regionen erheblich, und daher unterscheiden sich auch die Trends in der Klimakontinentalität. Regionale Untersuchungen der Klimakontinentalität begannen in der ersten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts. Gorczynski , Brunt , Raunio und andere beschrieben die Klimakontinentalität verschiedener Orte auf der Grundlage des jährlichen Lufttemperaturbereichs. Hirschi et al. analyse der globalen Kontinentalitätsveränderung unter Verwendung von NCEP / NCAR-Reanalysedaten im Zeitraum 1948-2005. Ein signifikanter Rückgang der Kontinentalität wurde in der Arktis und Antarktis aufgrund eines starken Temperaturanstiegs des kältesten Monats festgestellt. Allerdings stieg auch der Kontinentalitätsindex in Südosteuropa .
In den letzten Jahren wurden regionale Merkmale von Kontinentalität und Ozeanität in Griechenland, der Türkei und Pakistan analysiert. Es wurde festgestellt, dass die Klimakontinentalität auf der Iberischen Halbinsel zugenommen hat . Auch in der Slowakei wurde ein vernachlässigbarer Anstieg der Kontinentalität beobachtet , und in der Tschechischen Republik wurden keine signifikanten Veränderungen festgestellt , während im Nahen Osten und in Nordafrika ein statistisch signifikanter Anstieg der Kontinentalität festgestellt wurde . Darüber hinaus argumentieren die Autoren, dass regionale Zirkulationsmuster (z. b. über das Mittelmeer) spielen bei der Bestimmung der festgestellten Kontinentalitätstrends keine entscheidende Rolle. Sie beziehen sich vielmehr auf Veränderungen der großräumigen atmosphärischen Zirkulation über dem Nordatlantik .
In der nördlichen Hemisphäre werden die Landmassen polwärts größer, so dass die Kontinentalität in Perioden mit verstärkter zonaler Zirkulation tendenziell weniger ausgeprägt ist. Im Gegensatz dazu wird es mit einer verbesserten meridionalen Zirkulation und dem größeren Einfluss der kontinentalen arktischen Luftmassen bemerkenswerter .
Änderungen der Kontinentalität betreffen sowohl natürliche (z.B. Vegetationszonen) als auch anthropogene (z.B. Wasserressourcen und Landwirtschaft) Systeme, daher sind Untersuchungen von Änderungen der Kontinentalität von großer Bedeutung . Darüber hinaus haben relativ wenige Studien die Kontinentalität und ihre Veränderungen auf globaler Ebene analysiert . Darüber hinaus mangelt es an Forschung, um die Auswirkungen der atmosphärischen Zirkulation auf die Kontinentalitätsindexwerte zu analysieren.
Ziel dieser Forschung ist es daher, die räumliche Verteilung des weithin akzeptierten Conrad’s Continentality Index (CCI) und Kerner’s Oceanity Index (KOI) in den mittleren und hohen Breiten der Landgebiete der nördlichen Hemisphäre sowie die Veränderungen dieser Indizes seit der Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts und ihre Verbindungen zur atmosphärischen Zirkulation zu bewerten.
2. Methoden
In dieser Studie wurde die Kontinentalität anhand des von Conrad vorgeschlagenen CCI bewertet :wobei (° C) die mittlere Temperatur der wärmsten Monate des Jahres ist, (° C) die mittlere Temperatur der kältesten Monate des Jahres ist und der Breitengrad ist.
Eine große jährliche Lufttemperaturspanne führt zu größeren Indexwerten und weist folglich auf ein kontinentaleres Klima hin. Die kleinsten Unterschiede können unter den meisten ozeanischen Klimabedingungen beobachtet werden. Die Gebiete, in denen Indexwerte von -20 bis 20 reichen, können als hyperozeanisch, von 20 bis 50 als ozeanisch, von 50 bis 60 als subkontinental, von 60 bis 80 als kontinental und von 80 bis 120 als hyperkontinental beschrieben werden .
1905 schlug Kerner einen Ozeanitätsindex vor . Dieser Index repräsentiert das Verhältnis der durchschnittlichen monatlichen Lufttemperaturdifferenz zwischen Oktober und April und der Differenz zwischen den durchschnittlichen monatlichen Temperaturen des wärmsten und kältesten Monats. Kleine oder negative Werte weisen auf eine hohe Kontinentalität hin, während hohe Indexwerte auf meeresklimatische Bedingungen hinweisen . Der Ozeanitätsindex (KOI) nach Kerner wurde wie folgt bewertet: wobei und (°C) die mittlere Monatstemperatur im Oktober bzw. April sind und und (°C) die gleichen sind wie in Gleichung (1). Dieser Index basiert auf der Annahme, dass die Quellen aufgrund der höheren Trägheit des Thermalwassers im Meeresklima kälter sind als im Herbst, während die Quellen im kontinentalen Klima tendenziell höhere oder ähnliche Temperaturen aufweisen wie im Herbst. Die Ozeanität des Klimas nimmt mit den Indexwerten zu. Kleine oder negative Werte zeigen kontinentale Klimabedingungen an, während große Werte ein Meeresklima anzeigen . Um die räumliche Verteilung von KOI zu visualisieren, wurden in dieser Studie die folgenden Indexklassen verwendet: kleiner oder gleich -10 = hyperkontinental; von -9 bis 0 = kontinental; von 1 bis 10 = subkontinental; von 11 bis 20 = ozeanisch; und von 21 bis 50 = hyperozeanisch.
Die CCI und insbesondere KOI sind nur in Regionen mit ausgeprägten saisonalen Lufttemperaturänderungen möglich. Wir haben uns dafür entschieden, Kontinentalität und Ozeanität über einem Breitengrad von 30 ° in der nördlichen Hemisphäre zu analysieren, wo die Temperatursaisonalität hoch ist.
Die mittleren monatlichen Lufttemperaturwerte für den Zeitraum 1950-2015 über Land wurden aus der CRU TS4.00-Datenbank abgeleitet . Die Gitterzellengröße betrug 0,5 × 0,5°. CRU TS ist ein hochauflösender globaler Datensatz, der alle Landmassen zwischen 60°S und 80 ° N abdeckt. Besonderes Augenmerk wird auf die Datenqualitätskontrolle gelegt . Der Datensatz ist jedoch nicht streng homogen, und größere Unsicherheiten können über Regionen mit einem spärlichen Netzwerk von meteorologischen Stationen, insbesondere Wüsten und Bergen, gefunden werden . Trotz einiger Einschränkungen wird die CRU TS-Datenbank jedoch häufig für Klimauntersuchungen verwendet .
Die langfristigen Trends des Kontinentalitäts- / Ozeanitätsindex im Zeitraum 1950-2015 wurden mit dem Slope-Test von Sen berechnet. Die statistische Signifikanz der Trendwerte wurde mit dem Mann–Kendall-Test bewertet. Änderungen mit Werten von weniger als 0,05 wurden als statistisch signifikant angesehen. 1981-2010 Kontinentalität / Ozeanität Index Normalen wurden ebenfalls bestimmt.
Wir haben auch den Einfluss der atmosphärischen Zirkulation auf saisonale Temperaturindikatoren und damit auf die Variabilität von Klimakontinentalität und Ozeanität analysiert. Die Northern Hemisphere teleconnection Patterns (NHTPs) abgeleitet von 500 hPa Höhe Feld sind die führenden Modi der niederfrequenten atmosphärischen Zirkulation Variabilität in der nördlichen Hemisphäre. Die Daten sind auf der Website des NOAA Center for Weather and Climate Prediction verfügbar. Wir haben acht der 10 verfügbaren NHTPs ausgewählt, weil sie allein zwei Drittel der niederfrequenten atmosphärischen Zirkulationsvariabilität innerhalb der NH-Extratropen erklären können, und sie sind das ganze Jahr über aktiv und haben das gleiche Abrufverfahren (Tabelle 1).
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Eine Gruppe von NHTPs (NAO und EA) ist über dem Nordatlantik und Europa prominent. Andere — SCA, POL und EA / WR – erstrecken sich über die mittleren und hohen Breiten Eurasiens, und PNA, EP / NP und WP repräsentieren den Nordpazifik und Nordamerika.
Die Korrelationen zwischen den mittleren NHTP–Werten von Januar bis März und den NHTP–Werten von Juli bis September sowie den NHTP–Werten von März bis Mai und den NHTP–Werten von September bis November wurden analysiert, um den Einfluss der atmosphärischen Zirkulation auf die Variation der Oberflächenlufttemperaturen sowie auf CCI und KOI zu bestimmen. Der Dreimonatsdurchschnitt der NHTP-Indizes in Korrelationen wurde verwendet, um Fehlanpassungen und den jeweils kältesten Winter- / wärmsten Sommermonat zu vermeiden. Das gleiche Verfahren wurde anschließend angewendet, um die Bewertung der Auswirkungen der atmosphärischen Zirkulation auf CCI und KOI zu vereinheitlichen.
NHTP-Indizes sind monatlich verfügbar. Jeder Indexwert stellt jedoch aufgrund seines Berechnungsverfahrens den auf einen bestimmten Monat zentrierten Dreimonatszeitraum dar.
3. Ergebnisse und Diskussion
3.1. Klimanorm und Determinante
In der klimatologischen Standardnormalperiode (1981-2010) befand sich das hyperkontinentale Klima (CCI-Werte > 80) in Nordostsibirien, während das hyperozeanische Klima (CCI-Werte <20) entlang der Pazifikküste Nordamerikas und in Küstengebieten im Norden des Atlantischen Ozeans identifiziert wurde (Abbildung 1). Die Oberflächenlufttemperatur des kältesten Monats stellte die wichtigste Determinante der CCI-Werte in fast dem gesamten Untersuchungsgebiet dar (Abbildung 2). Dies lässt sich damit erklären, dass in einem wesentlichen Teil des analysierten Gebiets die Temperaturschwankungen im Winter größer waren als im Sommer. In der Zwischenzeit war die Temperatur des wärmsten Monats der Hauptfaktor für die CCI nur im westlichen Teil des Mittelmeerraums.
Die hohe Kontinentalität (CCI) innerhalb Zentral-Nord-Nordamerikas und Nordost-Eurasiens (Ostsibirien) wurde vor allem durch sehr niedrige Lufttemperaturen im kältesten Monat des Jahres beeinflusst. Das Sibirische Hoch (SH) und das nordamerikanische Hoch (NAH) begünstigen extreme negative Oberflächentemperaturen im Winter im größeren Teil Nordasiens und in den nördlichsten Teilen Nordamerikas. Dies sind saisonale Hochdrucksysteme, die aus kalter und trockener Luft bestehen; SH ist jedoch viel hartnäckiger als NAH und löst aufgrund der lokalen Topographie (Bergtäler) die größten Temperaturinversionen über dem nordöstlichen Teil Sibiriens aus . Relativ hohe Kältemonatstemperaturen im größeren Teil Europas, im Südosten der USA und an der Pazifikküste Nordamerikas scheinen für die niedrigen CCI-Werte dort verantwortlich zu sein.
Die stärkste Ozeanität (große KOI) wurde in Küstengebieten des Arktischen Ozeans, des Nordatlantiks, des Mittelmeers und des Fernen Ostens beobachtet (Abbildung 1). Der niedrigste KOI wurde im inneren Teil Eurasiens (insbesondere in Zentralasien und auf dem tibetischen Plateau), in den kanadischen Prärien und im Yukon gefunden. Eine solche räumliche Variation der KOI kann teilweise durch Unterschiede der Meeresoberflächentemperatur (SST) im Oktober und April erklärt werden: Die SST im Oktober war in der Arktis, im Nordatlantik, im Mittelmeer usw. immer höher als die SST im April; Darüber hinaus sind viele Küstengebiete in hohen Breiten im April von Meereis bedeckt, aber im Oktober sind sie eisfrei.
Die Beziehung zwischen KOI und der Durchschnittstemperatur der wärmsten () und kältesten () Monate ist schwach (R2 < 0,15). Sowohl die Temperaturen im April als auch im Oktober haben einen größeren Einfluss auf die Variationen der KOI (Abbildung 3). Schwankungen der Lufttemperatur im April spielen eine führende Rolle (insbesondere in den zentralen Teilen der Kontinente), während die Oktobertemperaturen in Küstengebieten wichtiger sind. Die Landoberflächentemperatur im April ist normalerweise höher als im Oktober auf demselben Breitengrad über dem Landesinneren, solange keine Schneedecke vorhanden ist.
Die Gebiete mit niedrigem KOI entsprechen nicht genau denen mit hohem CCI; Tatsächlich befinden sich Gebiete mit niedrigem KOI südlich und westlich ihrer Gegenstücke mit hohem CCI (Abbildung 1). Die zyklonische Aktivität sowie die mittlere Windgeschwindigkeit über der Arktis, dem Nordatlantik und dem Nordpazifik sind im Oktober höher als im April und stellen einen der Haupttreiber des Wärmeflusses in die hohen Breiten dar, was zu den hohen KOI in den Küstengebieten dieser Regionen beiträgt .
3.2. Langfristige Trends
Die jährlichen minimalen und maximalen monatlichen Lufttemperaturen sowie die Temperaturen im April und Oktober stiegen im Zeitraum 1950-2015 über den größten Teil des Untersuchungsgebiets an (Abbildung 4). Die jährliche monatliche Mindesttemperatur stieg um mehr als 0.5 ° C / 10 Jahre in Westrussland, Ostsibirien und in einigen Teilen Zentralasiens (Abbildung 4), während der größte Anstieg von im nordwestlichen Teil Nordamerikas festgestellt wurde (mehr als 1,0 ° C / 10 Jahre). Die jährliche monatliche Mindesttemperatur ging nur im nordöstlichen Teil Sibiriens und im östlichen Teil Nordamerikas leicht zurück.
Die Größe des jährlichen maximalen monatlichen Temperaturtrends () war kleiner als in den Jahren 1950-2015. Trends über 0.25 ° C / 10 Jahre wurden im nordöstlichen Teil Sibiriens, in großen Teilen Zentralasiens und Europas sowie im Norden Nordamerikas beobachtet. Eine größere Anstiegsrate im Vergleich zur Verringerung der jährlichen Temperaturamplitude und des CCI in den meisten Teilen Nordamerikas, Asiens und Osteuropas (Abbildung 5). In Südwesteuropa stieg die CCI in den Bereichen, in denen mehr wuchs als . Im nordöstlichen Teil Sibiriens und im östlichen Teil der USA war der Anstieg der CCI mit einem Rückgang und einem Anstieg von verbunden .
( a)
( b)
( a)
(b)
Einige Telekommunikationsmuster zeigten auch klare Tendenzen: die Prävalenz einer bestimmten Phase in den letzten Jahrzehnten—EA (positiv), EA/WR (negativ) und EP /NP (negativ) aus den gleichen Gründen wie für NAO.
Ein starker Rückgang der Ozeane in den meisten Teilen Europas und der Mongolei sowie ein Anstieg in der Region Kaspisches Meer-Kaukasus sowie in einem großen Teil Nordamerikas in den letzten Jahrzehnten weisen auch auf die Prävalenz bestimmter Phasen bestimmter Zirkulationsmuster im April und Oktober hin: EA, EA / WR, SCA, POL und PNA. Neuere Forschungen haben jedoch gezeigt, dass Erwärmungsanomalien über dem subtropischen Nordwestatlantik sowie Sturmspuraktivitäten über dem Nordatlantik gut organisierte EA / WR-ähnliche Wellenmuster mit damit verbundenen weit verbreiteten Anomalien von den kontinentalen USA bis nach Zentralasien erzeugen können, mit den stärksten Auswirkungen auf das Kaspische Meer und die westeuropäischen Regionen .
In den Jahren 1950-2015 bis April () und Oktober () war der Anstieg der monatlichen Temperaturen in Gebieten in der Nähe des Arktischen Ozeans am größten (> 0,50 ° C / 10 Jahre) (Abbildung 4). In den unteren Breitengraden stiegen sowohl die Temperaturen im April als auch im Oktober, aber das räumliche Muster der Trends war sehr unterschiedlich, insbesondere in Asien und Nordamerika. Der Temperaturtrend im April war in Ostsibirien und im östlichen Teil Zentralasiens am höchsten, während die Temperaturen im Oktober in den nördlichen und nordöstlichen Teilen Sibiriens und in einigen Gebieten Zentralasiens deutlicher zunahmen. Unbedeutende negative Veränderungen wurden im Oktober in einem großen Teil Nordamerikas beobachtet. Die Unterschiede in den Trends der räumlichen Muster führten zu statistisch signifikanten Veränderungen der KOI über dem Ostseeraum und Teilen Sibiriens und der Mongolei (Abbildung 5). Das Klima wurde im nördlichen Teil Kanadas, in den äußersten Teilen des Fernen Ostens und Afrikas sowie in großen Teilen des Mittelmeerraums ozeanischer.
3.3. Atmosphärische Zirkulation
Die atmosphärische Zirkulation ist ein wichtiger Treiber für die räumliche Verteilung und zeitliche Variation ausgewählter Temperaturparameter: , , , und . Die Korrelation zwischen den Telekommunikationsmustern der nördlichen Hemisphäre und den analysierten Temperaturparametern ermöglicht die Identifizierung der Bereiche, in denen die atmosphärische Zirkulation einen signifikanten Einfluss auf die zeitliche Variation saisonaler Temperaturunterschiede und damit auf CCI und KOI hat (Abbildung 6). Die verwendeten Telekommunikationsmuster werden mithilfe einer Hauptkomponentenanalyse identifiziert, und theoretisch sollte es keine Multikollinearität zwischen verschiedenen Mustern und ihren Auswirkungen auf Temperaturindikatoren geben.
Die atmosphärische Zirkulation hatte den größten Einfluss auf die Variation der Breiten zwischen 40 ° und 60 ° (Abbildung 6). NAO hatte eine statistisch signifikante positive Korrelation mit dem größten Teil der eurasischen mittleren und hohen Breiten. Daher nimmt die CCI in Nordeurasien in Wintern mit einer vorherrschenden positiven NAO-Phase tendenziell ab und umgekehrt in einer negativen NAO-Phase (Abbildung 6). NAO oder sein hemisphärisches Pendant Arktische Oszillation (AO) hat einen signifikanten Einfluss auf die Form und Stärke des Sibirischen Hochs (SH) und damit auf die Wintertemperaturen an der Landoberfläche . PNA- und WP-Muster wirken sich im nördlichen Teil Nordamerikas ähnlich aus. Andere NHTPs scheinen nur regionale Auswirkungen auf : EA in Europa, SCA im westlichen Teil Eurasiens, POL in Teilen Sibiriens und EP / NP in der östlichen Arktis und Sibirien. Positive Phasen von NAO (AO) und in gewissem Maße EA implizieren größere Äquator-zu-Pol-Temperaturgradienten während der Wintersaison, was mit stärkeren zonalen Winden verbunden ist, die maritime Luftmassen weit in die inneren Teile der Kontinente bringen . Im Sommer scheint NAO auch eine bedeutende Rolle bei der Bestimmung der Verteilung von Oberflächentemperaturanomalien über Kontinente der nördlichen Hemisphäre zu spielen, insbesondere über Eurasien und den Nordatlantik .
Die Korrelationen zwischen NHTPs und tragen weniger zur CCI bei als dies der Fall ist (Abbildung 2). Darüber hinaus haben fast alle ausgewählten NHTPs eine rein regionale Wirkung auf . Die wichtigsten sind EA für Europa und den Fernen Osten, POL für Europa und Südsibirien, EA / WR für Osteuropa und den Ural und EP / NP hauptsächlich für Nordamerika und einige Teile Eurasiens . Die wichtigsten Zirkulationsmodi im Winter und NAO und PNA im Sommer scheinen nur in sehr diskreten und lokalen Landoberflächenbereichen der nördlichen Hemisphäre signifikante Korrelationen aufzuweisen (Abbildung 6).
Für KOI scheinen nach Korrelationen zwischen NHTPs und und die wichtigsten Muster SCA, EA / WR, POL und EA für eurasische Regionen, PNA für nordamerikanische Regionen, NAO für Grönland und Nordostkanada sowie EP / NP und WP für Eurasien und Nordamerika zu sein (Abbildung 6). Der wichtigste Faktor, der KOI in Bezug auf seine Formel beeinflusst, können Muster sein, die im Oktober und April in den gleichen Gebieten während ihrer verschiedenen Phasen einen entgegengesetzten Effekt auf die Temperatur haben. Dies ist besonders wichtig in den Binnenregionen Eurasiens und Nordamerikas (niedrige KOI-Regionen) sowie in Küstengebieten in hohen und mittleren Breiten (hohe KOI-Regionen). Solche NHTP-Muster sind NAO und SCA für Sibirien und die Uralregion, EA / WR für Osteuropa, Kaukasus und die Türkei, EA für Mitteleuropa und Ostchina, EP / NP für Ost-Nordamerika und WP für Nordostsibirien und die Great Plains (Abbildung 6).
Die Summe von acht Bestimmungskoeffizienten, die die Beziehung zwischen , , , und und Telekommunikationsindizes beschreiben, wurde als Maß für den kumulativen Effekt ausgewählter Telekommunikationsmuster der nördlichen Hemisphäre auf , , , und und damit CCI- und KOI-Werte verwendet (Abbildung 7). Der Einfluss auf hat eine Breitenausdehnung zwischen 40 ° N und 60 ° N in Eurasien und zwischen 50 ° N und 70 ° N in Nordamerika (Abbildung 7). Ein solcher räumlicher Effekt fällt mit der Ausdehnung des Sibirischen Hochs nach Westen in Eurasien und dem arktischen Winterantizyklon in Nordamerika zusammen. Diese Bereiche scheinen empfindlich auf Anzeichen einer NAO-Phase sowie auf eine POL-, EA- und PNA-Phase zu reagieren. Der kumulative Effekt auf ist eher diskret und hängt folglich von NHTP-Mustern ab, die den Rossby-Wellenzug darstellen: EA, EA / WR, EP / NP, WP und POL. Da die CCI ist weitgehend abhängig von , NAO scheint der Hauptbeitrag zu seiner zeitlichen Variation in Eurasien und NAO und PNA in Nordamerika zu sein. Für KOI scheint der kumulative Effekt von NHTPs auf die Temperatur in Ostkanada und im nordöstlichen Teil Sibiriens ( und ) stark und in Westsibirien, der Uralregion und Nordkasachstan (nur ) etwas schwächer zu sein. Daher tragen EP / NP und WP hauptsächlich zum kumulativen Effekt bei, während andere Telekonnektionsmuster nur in einer bestimmten Jahreszeit zum kumulativen Effekt beitragen, z. B. EA / WR im Oktober und SCA im April (Abbildung 7).
Großräumige atmosphärische Zirkulationsmuster und Oszillationen beeinflussen die Kontinentalität (CCI) und Ozeanität (KOI) vieler Regionen der nördlichen Hemisphäre. Ihre Asymmetrie in Phasen während bestimmter Zeiträume kann die Trends von CCI und KOI beeinflussen. Zum Beispiel zeigte die NAO die Vorherrschaft ihrer positiven Phase in den letzten drei Jahrzehnten des zwanzigsten Jahrhunderts, mit einem Höhepunkt in den frühen 1990er Jahren . Dies fiel mit der Änderung des Ausmaßes und der Verschiebung der Position der Aktionszentren zusammen, insbesondere in der kalten Jahreszeit: das Azoren-Hoch, Sibirisches Hoch, nordamerikanisches Hoch, isländisches Tief und Aleuten-Tief. Dies wird auch durch Trends von CCI und KOI bestätigt (Abbildung 5).
4. Schlussfolgerungen
In dieser Arbeit wurden Variationen der Kontinentalität und Ozeanität in den Breiten der mittleren und hohen nördlichen Hemisphäre im Zeitraum 1950-2015 untersucht. Hierfür wurden der Conrad Continentality Index (CCI) und der Kerner Oceanity Index (KOI) eingesetzt. Die Auswirkungen der atmosphärischen Zirkulation auf die Variabilität dieser Indizes wurden ebenfalls analysiert.
Das räumliche Muster der Klimakontinentalität und Ozeanität hängt von der Entfernung zum Ozean, der Topographie und der atmosphärischen Zirkulation ab. Die interannuelle Variation der Oberflächenlufttemperaturen des kältesten Monats () ist größer als die Temperaturschwankungen während der Sommermonate in der Mehrheit des Untersuchungsgebiets. Daher ist der wichtigste Faktor, der die Größe der jährlichen Lufttemperaturamplitude und der CCI-Werte bestimmt . Die wärmste Monatstemperatur () ist der führende Faktor für CCI nur im westlichen Teil Europas und in Nordafrika. Die zeitliche Variation der Unterschiede zwischen April () und Oktober () Oberflächenlufttemperaturen ist größer als die Variation der jährlichen Lufttemperaturamplitude, und es hat einen größeren Einfluss auf die zeitliche Dynamik von KOI. Die KOI in zentralen Teilen der Kontinente besser korreliert mit Lufttemperaturen im April, während in Küstengebieten KOI ist eng mit Oktober Temperaturschwankungen verbunden.
Seit 1950 wurden in vielen Regionen der nördlichen Hemisphäre positive und statistisch signifikante Trends von , , , und aufgezeichnet. Die Richtung und das Ausmaß des CCI-Trends wurden durch das Verhältnis von und Trends bestimmt. Die Klimakontinentalität ist in Gebieten zurückgegangen, in denen die Differenz zwischen und Trendwerten positiv ist, und umgekehrt. Zum Beispiel ist die dramatische Abnahme der Stärke des Sibirischen Hochs, das für extreme kontinentale Bedingungen über größeren Teilen Sibiriens und Ostasiens verantwortlich ist, seit den 1980er Jahren beobachtet worden und wurde hauptsächlich durch dominante positive Phasen von NAO / AO- und EA-Mustern beeinflusst. Inzwischen, die und positive Trend räumliche Muster führten zu signifikanten Veränderungen in KOI über die meisten von Eurasien und dem nördlichen Teil von Nordamerika in der Zeit erforscht. Laut KOI hat die Klimakontinentalität in der Ostseeregion und in Teilen Ostsibiriens, der Mongolei und der Great Plains zugenommen, während der statistisch signifikante Anstieg der Ozeanität hauptsächlich über dem nördlichen Teil Kanadas festgestellt wurde. Laut CCI hat die Kontinentalität in westlichen Teilen Kanadas und der USA sowie in Teilen Zentral- und Ostasiens abgenommen. Zusammenfassend können wir hervorheben, dass statistisch signifikante CCI-Trends in größeren Gebieten eine verringerte Kontinentalität aufweisen, während statistisch signifikante KOI-Trends von 1950 bis 2015 eine verringerte Ozeanität aufweisen. Dies kann durch die Tatsache erklärt werden, dass während des Untersuchungszeitraums im Winter und Frühjahr größere Temperaturerhöhungen festgestellt wurden. Ein statistisch signifikanter Rückgang der CCI in Gebieten rund um den Nordatlantik und die östliche Arktis sowie im Südosten der USA und ein Anstieg der CCI in der Inneren Mongolei und im Mittelmeerraum scheinen die Folge der Änderung der Position und des Ausmaßes von Aktionszentren zu sein, sowohl semipermanent (z. B. NAO) als auch saisonal (z. B. Sibirisches Hoch) .
El Kenawy et al. haben behauptet, dass Änderungen in der räumlichen Variabilität der Kontinentalität eng mit den atlantischen Variabilitätsmodi verbunden sind, insbesondere mit dem ostatlantischen Muster (im Mittelmeerraum, im Nahen Osten und im nördlichen Teil Afrikas). Ähnliche Befunde bezüglich der Nordatlantischen Oszillation wurden auch an einem früheren Punkt in dem großen Gebiet, das sich von Ostkanada bis zur zentralen Arktis über Europa erstreckt, festgestellt . Im Gegenteil, die hohe räumliche Variabilität der Kontinentalität sowie Veränderungen ihrer Gradienten in bestimmten Gebieten (z. B. Grönland) könnte nicht nur auf großräumige Zirkulationsmuster, sondern auch auf lokale Effekte zurückzuführen sein.
Nicht alle Bereiche abnehmender (zunehmender) CCI (KOI) können jedoch durch die Prävalenz bestimmter Telekommunikationsmuster erklärt werden. Die höheren Breiten Nordamerikas und die nordöstlichsten Teile Sibiriens waren höchstwahrscheinlich vom Rückzug des saisonalen Meereises (spätere Gefrierzeit) betroffen, der durch einen Anstieg der Meeresoberflächentemperaturen verursacht wurde .
Es ist sehr wahrscheinlich, dass sich die Kontinentalität in Zukunft verändern wird und ihre Veränderungen in den folgenden Jahrzehnten verstärkt werden können. Daher sind Klimaprojektionen wichtig, um potenzielle Kontinentalitäts- / Ozeanitätsveränderungen zu bewerten und die damit verbundenen Auswirkungen auf natürliche und anthropogene Systeme zu bewerten.
Datenverfügbarkeit
Interessenkonflikte
Die Autoren erklären, dass keine Interessenkonflikte in Bezug auf die Veröffentlichung dieser Arbeit bestehen.
Danksagungen
Diese Arbeit wurde vom Institut für Geowissenschaften der Universität Vilnius unterstützt.