تحلیل تاثیر تغییرات شاخص چند دهه ای اطلس شمالی (AMO) بر گردش جوی حوزه دریای مدیترانه و نواحی مجاور

---

مقدمه 

اقیانوس اطلس به عنوان دومین پهنه وسیع آبی در جهان تاثیرات قابل توجهی در ترسیم الگویهای آب و هوایی حاره- برون حاره و خاصه نواحی پیرامون خود از جمله حوزه مدیترانه دارد. در سالهای اخیر سهم عمده مطالعات جوی، مربوط به تاثیرات انسو و دیگر شاخص های اوراسیا بر آب و هوای ایران بوده است و کمتر به نقش مرموزی که این پهنه آبی در تعاملات جوی بازی می‌کند اشاره شده است. در این نوشتار سعی شده تا تمام آنچه که تغییرات اطلس دربخش های مرکزی و شمالی آن روی گردش جوی بزرگ مقیاس اروپا-مدیترانه و در نهایت ایران (با توجه به سهم بالای تأثیرپذیری اقلیم کشور از شرایط دریای مدیترانه) ایفا می‌کند تبیین گردد. 

کلیات و تعاریف 

تغییرات بلندمدت و مداوم در دمای آب‌های اقیانوس اطلس شمالی با فازهای گرم و سرد در هر دوره 20 تا 40 ساله را نوسان چند دهه ای اطلس شمالی atlantic multidecadal oscillation یا به اختصار AMO گویند. 

این تغییرات دمایی یک نوسان شبه دائمی وابسته به متغییرهای داخلی اقیانوس اطلس و اتمسفر آن است که در بخش بزرگی از دوره هولوسن (آخرین دوره زمین شناسی-هولوسن از 11700 سال پیش شروع و هم اکنون نیز ادامه دارد) وجود داشته است. منشأ و طبیعت AMO نامشخص است و اینکه آیا یک پارامتر پایدار در تغییرات سیستم جهانی آب و هوایی است یا یک ویژگی گذرای خاص دوره ای از کواترنری دوم (دوره ای که ما در آن زندگی می‌کنیم) هنوز ناشناخته است. 

تجزیه و تحلیل بیشتر نشان می‌دهد که تأثیر فازهای AMO بر شرایط آب و هوایی ناحیه ای برابر است با: تغییر در گردش بزرگ مقیاس اتمسفری که با توجه به اینکه هر دوره برای چند ده سال به طول می‌انجامد می‌تواند به عنوان یک جنبه نگران کننده و مبهم از تأثیر الگوهایی خاص از جریانات آب و هوایی برای هر فاز در نظر گرفته شود که نتیجه آن ایجاد پتانسیل بالقوه برای حاکمیت نسبی چند ده ساله الگوهایی خاص و تکرار شونده از خشکسالی یا ترسالی بر هر یک از مناطق تحت تأثیر شاخص است این مناطق بیشتر جنوبشرق و شرق آمریکای شمالی-گرینلند و سرتاسر اروپا-حوزه مدیترانه تا شمال آفریقا حد قلمرو اقلیمی ساوان تا خاورمیانه و ایران و حتی هندوستان را در برمی‌گیرد. 

الگوهای پربارش ماهیانه مهرآباد تهران؛ ماه ژانویه

---

• با تاکید بر بررسی شاخص های پیوند از دور موثر در ماه ژانویه و ارتباط آنها بر الگوهای فشار و ارتفاع جو

اثرات سه تیپ لانینا کلاسیک، هیبرید و مودوکی اقیانوس آرام حاره بر روی شاخص NAO (نوسان اطلس شمالی) طی زمستان نیمکره شمالی

---

نکات: 

1- هر سه نوع لانینا (کلاسیک، هیبرید و مودوکی) با تقویت پرفشار سیبری، تضعیف کمفشار آلئوسین همراه بوده و در نتیجه در طی فصل زمستان حامل الگوهای فرابار سیبری می باشند. 

2- لانینا کلاسیک القا کننده فاز منفی NAO بوده و در نتیجه با گسترش زبانه های توده هوای گرم و مرطوب در جانب عرض های جنب حاره همراه می باشد این وضعیت موجب بارش های فراتر از نرمال در بخش های غربی کشور می گردد. 

3- هر دو نوع لانینا هیبرید و مودوکی با القای فاز مثبت NAO همراه می باشند و در نتیجه الگوهای این فاز در جو فراحاره غالبیت پیدا خواهد نمود. در هر دوی این لانیناها الگوهای فرابار سیبری تقویت بیشتری نسبت به نوع کلاسیک را از خود نشان می دهند. در نتیجه بروز دماهای فرین پاین در طی این دو نوع لانینا از شدت و فراوانی بالاتری برخورد دار خواهد بود. 

4- تفاوت عمده بین دو نوع لانینا هیبرید و مودوکی در شدت همپیوندی آنتی سیکون های آزور و سیبری می باشد. بدین ترتیب در نوع هیبرید شدت همپیوندی بین زبانه های این دو فرابار افزایش یافته و بلاک حاصل موجب بروز سرما شدید و افت بارش ها در فلات ایران می گردد بالاترین میزان پاسخ های اقلیمی نیمه غربی ایران می باشد. اما در نوع لانینا مودوکی این همپیوندی موجب بلاک فلات ایران در تاثیر پذیری سامانه های بارشزای عرض معتدله نمی گردد در نتیجه وقوع دماهای پایین و سرما (با شدت کمتر) الگوی غالب زمستان ایران خواهد بود. 

5- نکته جالب الگوی متفاوت سواحل جنوب غربی خزر (گیلان) با سایر بخش های ایران (بویژه نیمه غربی) در طی نوع لانینا هیبرید می باشد بدین ترتیب بالاترین میزان نابهنجاری مثبت بارش در سواحل جنوب غربی خزر طی لانینا هیبرید حاصل شده این در حالی ست که بالاترن پاسخ های نابهنجاری منفی بارش در غرب ایران بارز می گردد. 

6- لانینا کلاسیک ممکن است توجیه کننده  فرانرمال های دمایی در غرب ایران طی فصل زمستان محسوب گردد.

7- خشک و سردترین زمستان از نظر نوع تیپ لانینا حاکم متعلق به نوع هیبرید می باشد.

امواج ال نینو جنوبی (ENSO) نشان­دهنده یک نابهنجاری دوره ­ای (Periodic Fluctuation) بین شرایط گرم (ال نینو) و سرد (لانینا) در دمای سطح دریا (SST)،  از مرکز تا شرق اقیانوس آرام استوایی می­ باشد. به عنوان یکی از مهم ترین پدیده های سطح اقیانوس، ENSO توجه عمومی گسترده به دلیل اثرات عمیق جهانی بر آب و هوا را دارا می باشد. در حال حاضر، ارتباط بین ENSO و آب و هوا در اقیانوس آرام شمالی و شمال امریکا به خوبی شناخته شده است و معمولا اشاره به پیوند از دور "اقیانوس آرام آمریکای شمالی" (PNA) دارد.

طی بررسی های صورت گرفته دو نوع لانینا بر اساس توزیع نوسان دمای سطح دریا (SST) شناسایی شده است. در مقابل رویداد لانینا اقیانوس آرام شرقی (EP) ، نوع جدیدی از لانینا - اقیانوس آرام مرکزی و یا لانینا اقیانوس مرکزی (CP) توسط مرکز سرمایش SST بر روی CP نمایان شده است. این دو نوع از لانینا یک تفاوت اساسی را در تکامل نوسان ­های SST نشان می­دهد: 

لانینا EP یک ویژگی انتشار به سمت غرب را نشان می ­دهد در حالی که لانینا CP یک ویژگی حاکم بر CP را نشان می ­دهد.

ترکیبات نوسانات SST (رنگها و خطوط بر حسب درجه سلسیوس) در طول پاییز (SON)؛ a برای یک لانینا EP ، و b لا نینا CP. نوسانات SST که در سطح 95٪ معنی دار نبود،  نشان داده نشد. فواصل میزان منحنی  0.5 درجه سانتی گراد و خطوط صفر حذف شده است. 

دو نوع از لانینا می تواند اثر پیوند از دور بسیار متفاوت را در سراسر جهان سبب شود. همچنین به عنوان یک پاسخ به لانینا EP، منطقه اطلس شمالی (NA)- اروپای غربی (WE) الگوی خاص نوسان جوی را تجربه می­ کند که در طی آن یک الگوی منفی نوسان اطلس شمالی (NAO) همراه با جریان جت استریم اطلس تضعیف نمایان می گردد که سبب می گردد زمستان سردتر و خشک تر از نرمال در غرب اروپا شکل بگیرد. با این حال، لانینا CP تاثیر تقریبا مخالف بر روی آب و هوا NA-WE دارد. نوسان آب و هوای NAO مثبت با یک جریان جت استریم تقویت شده اطلس مشاهده شده و به نظر می ­رسد هوای گرمتر و مرطوبتر برای زمستان غرب اروپا ارمغان آورد. 

آزمایش های مدل­سازی نشان می ­دهد که نوسانات جوی متضاد بالا عمدتا منسوب به الگوهای سرمایشی مختلف SST دو نوع از لانینا می ­باشد. از آنجا که نوسان SST مربوط به لا­نینیا در حال شکل گیری به وضوح در طول پاییز مشاهده می گردد، نوسانات آب و هوایی زمستان در سراسر اروپا غربی می تواند یک فصل پیش­رو را پیش بینی کند.

شاخص 2 قطبی اقیانوس هند (Indian Ocean dipole = IOD)

---

اقیانوس هند و دریاهای مجاور جنوبی ایران تأمین کننده قسمتی از منابع رطوبتی کشور هستند و تغییرات دمایی سطح آب اقیانوس هند ، نقش مهمی در تبخیر سطح آزاد آب اقیانوس ها و ایجاد رطوبت به درون جو دارد.

اقیانوسها و دریاها به علت داشتن ظرفیت گرمایی بالا منبع اصلی انرژی و رطوبت برای آتمسفر هستند و تغییرات دمای سطح دریا اثر مهمی روی تغییرات اقلیمی خشکی ها دارد.

در سالهای اخیر بررسی بر هم کنش بین عوامل آب و هوایی در خشکی ، اقیانوس و جو مورد توجه بسیاری از دانشمندان علوم هواشناسی و اقلیم شناسی قرار گرفته است. پدیده های دور پیوند در گسترش کلی و منطقه ای، رفتار اقلیم نواحی مختلف کره زمین را کنترل می کنند و می توان توزیع بارش، دما و برخی از سایر پارامترهای هواشناسی مناطق تأثیر پذیر را بر اساس تغییرات این پدیده ها تبیین کرد . نتایج پژوهشهای زیادی نشان داده اند که تغییرات دما در سطح گستره های بزرگ آبی می تواند تاثیر معنی داری بر نوسانهای بارش در سطح خشکی های زمین داشته باشد . روشن شده است که تاثیر دمای سطح آب بر مقدار بارش محدود به نقاط ساحلی نبوده بلکه نواحی بسیار دور از دریا نیز می توانند تحت تاثیر تغییرات الگوهای دمای سطح گستره های آبی قرار گیرد.

الگوی کلی انتقال رطوبت به الگوی جریان و گردش جو در منطقه وابستگی شدیدی دارد. بنابر این ، در ایام مختلف سال سطوح آبی ، مقادیر مختلفی از بخار آب را به سمت ایران انتقال می دهند.

در مقیاس های منطقه ای و جهانی ، مطالعاتی برای بررسی تغییرات فیزیکی دمای سطح اقیانوس ها و دریاها و تغییرات خشکسال ی ها و تر سالی ها با استفاده از مدل جو- اقیانوس، تحلیل های آماری و دینامیکی صورت گرفته است . ساجی و همکاران (1999) اندرکنش های جو - اقیانوس را که سبب تغییرات بین سالی اقلیمی در اقیانوس هند می شود، بررسی کردند. آنها با استفاده از بررسی الگوهای دمای سطح دریا، بردار بادهای سطحی، ارتفاع سطح دریا ، جریان های دریایی و همچنین، بارش در اطراف اقیانوس هند برای دوره 40 ساله موفق به کشف مد دو قطبی دمایی در اقیانوس هند (IOD: Indian Ocean dipole) گردیدند. ساختار دو قطبی دمایی به صورت نابهنجاری در دمای سطحی دریا ظاهر می شود که شامل دمای سطحی گرمتر از نرمال دریا در قسمت بزرگی از غرب حوضه (10⁰S - 10⁰N و 50⁰E - 70⁰E) و نواحی سردتر از نرمال در شرق حوضه (10⁰S - 00 و 90⁰E - 110⁰E) همراه با نابهنجاری باد و بارش هستند.

نوسان اطلس شمالی (North Atlantic Oscillation =NAO)

---

برخلاف ساختار موجی بعضی از الگوهای دورپیوندی، نوسان اطلس شمالی یا به اختصار NAO یک دو قطبی شمالی- جنوبی است که با بی هنجاری هم زمان و با فاز مخالف برخی کمیت های هواشناختی در نواحی جنب حاره ای و شمال اقیانوس اطلس مشخص می شود. این نوسان به بازتوزیع جرم هوا، بین منطقه قطب شمال و نواحی جنب حاره ای اقیانوس اطلس اشاره دارد و دارای دو فاز مثبت و منفی است به طوری که گذار این نوسان از یک فاز به فاز دیگر سبب تغییرات بزرگی در مناطق هم جوار آن می شود. روش یکسانی وجود ندارد. یکی از NAO برای تعریف این روش ها که از نظر مفهومی نیز ساده است، استفاده از نقشه های همبستگی تک نقطه ای است. در این روش، NAO با مناطقی که بیشینه همبستگی منفی در حوزه  اقیانوس اطلس شمالی با یکدیگر دارند، تعریف  می شود. در فاز مثبت این نوسان، فشار سطحی بیش از میانگین در جنوب عرض 55 درجه شمالی و یک کمفشار بی هنجار در ناحیه وسیعی در اطراف قطب شمال، سبب تشدید گرادیان نصف النهاری فشار می شود که بیشترین دامنه بی هنجاری های آن در اطراف جزیر ه ایسلند و شبه جزیره  ایبریا رخ می دهد. همراه با جریان های NAO  فاز مثبت سطحی غربی قوی تر از میانگین در عرض های میانی اقیانوس اطلس به سمت اروپا، جریان بی هنجار جنوبی در شرق ایالات متحد امریکا و جریان بی هنجار شمالی در نواحی قطبی کانادا و مدیترانه است.

الگوی فازهای منفی و مثبت شاخص NAO طی زمستان.