|
|
|
| De Madden-Julian oscillatie (MJO) is het grootste element van de intraseizoensvariabiliteit (30 tot 90 dagen) in de tropische atmosfeer. Het werd in 1971 ontdekt door Roland Madden en Paul Julian van het American National Center for Atmospheric Research (NCAR). Het is een grootschalige koppeling tussen atmosferische circulatie en tropische diepe atmosferische convectie. |
| |
| In tegenstelling tot een staand patroon zoals de El Niño-Southern Oscillation (ENSO), is de Madden-Julian oscillatie een reizend patroon dat zich oostwaarts voortplant, met ongeveer 14 tot 29 km/u,
door de atmosfeer boven de warme delen van de Indische en Stille Oceaan. Dit algehele circulatiepatroon manifesteert zich het duidelijkst als
anomale regenval. |
| |
| De Madden-Julian oscillatie wordt gekenmerkt door een oostwaartse progressie van grote gebieden met zowel versterkte als onderdrukte tropische regenval, voornamelijk waargenomen boven de Indische en Stille Oceaan. |
|
| De afwijkende regenval is meestal het eerst zichtbaar boven de westelijke Indische Oceaan en blijft zichtbaar terwijl het zich voortplant over de zeer warme oceaanwateren van de westelijke en centrale tropische Stille Oceaan. |
| |
| Dit patroon van tropische regenval wordt over het algemeen onopvallend wanneer het over de voornamelijk koelere oceaanwateren van de oostelijke Stille Oceaan beweegt, maar verschijnt opnieuw wanneer het over de warmere wateren over de Pacifische kust van Centraal-Amerika gaat. |
| |
| Het patroon kan ook af en toe opnieuw verschijnen bij lage amplitude boven de tropische Atlantische Oceaan en hogere amplitude boven de Indische Oceaan. De natte fase van verhoogde convectie en neerslag wordt gevolgd door een droge fase waarin onweersactiviteit wordt onderdrukt. |
| |
| Elke cyclus duurt ongeveer 30-60 dagen. Vanwege dit patroon staat de Madden-Julian oscillatie ook bekend als de 30- tot 60-daagse oscillatie, 30- tot 60-daagse golf of intraseizoensoscillatie. |
| |
1: Een Hovmöller-diagram van het 5-daagse voortschrijdende gemiddelde van
uitgaande langgolvige straling, met de MJO. De tijd neemt in de afbeelding van
boven naar beneden toe, dus contouren die van linksboven naar rechtsonder zijn
georiënteerd, vertegenwoordigen de beweging van west naar oost. |
|
|
 |
| Afbeelding-1 |
|
| |
| Gedrag van de MJO |
| |
| Duidelijk patronen van atmosferische circulatieafwijkingen op lager en hoger niveau vergezellen het MJO-gerelateerde patroon van versterkte of afgenomen tropische regenval in de tropen. Deze circulatiekenmerken strekken zich uit over de hele wereld en zijn niet beperkt tot alleen het oostelijk halfrond. De Madden-Julian oscillatie beweegt oostwaarts met een snelheid tussen 14 km/u en 29 km/u over de tropen en doorkruist de tropen van de aarde in 30 tot 60 dagen, waarbij de actieve fase van de MJO wordt gevolgd door de mate van uitgaande langgolvige straling, die wordt gemeten door geostationaire weersatellieten met infraroodsensoren. Hoe lager de hoeveelheid uitgaande langgolvige straling, hoe sterker de onweerscomplexen, of convectie, in dat gebied zijn. |
| |
| Versterkte oppervlakte (bovenste niveau) westelijke winden komen voor nabij de west (oost) zijde van de actieve convectie. Oceaanstromingen, tot 100 meter diep vanaf het oceaanoppervlak, volgen in fase met de oost-wind component van de oppervlaktewinden. Vóór, of ten oosten van, de MJO versterkte activiteit, zijn de winden hoog in westelijke richting. In het kielzog ervan, of ten westen van het versterkte regenvalgebied, zijn de winden hoog in oostelijke richting. |
| |
Deze windveranderingen hoog in de lucht zijn te wijten aan de divergentie die aanwezig is over de actieve onweersbuien tijdens de versterkte fase. De directe invloed ervan kan tot 30 graden breedtegraad vanaf de evenaar in zowel het noordelijk als het zuidelijk halfrond worden gevolgd, en zich naar buiten
voortplantend vanaf zijn oorsprong nabij de evenaar op ongeveer 1 graad breedtegraad, of 111 kilometer per dag. |
| |
| Onregelmatigheden |
| De beweging van de MJO over de hele wereld kan af en toe vertragen of stilvallen tijdens de zomer en vroege herfst op het noordelijk halfrond, wat leidt tot consistent verhoogde regenval aan de ene kant van de wereld en consistent verlaagde regenval aan de andere kant. Dit kan ook vroeg in het jaar gebeuren.De MJO kan ook een tijdje stil zijn, wat leidt tot niet-anomale stormactiviteit in elke regio van de wereld. |
|
|
 |
| De structuur van de MJO voor een periode waarin de versterkte convectieve fase gecentreerd is over de Indische Oceaan en de onderdrukte convectieve fase gecentreerd is over de west-centrale Stille Oceaan |
|
| Verbinding met de moesson |
Tijdens het zomerseizoen op het noordelijk halfrond zijn de MJO-gerelateerde effecten op de Indiase en West-Afrikaanse zomermoesson goed gedocumenteerd. MJO-gerelateerde effecten
op de Noord-Amerikaanse zomermoesson doen zich ook voor, hoewel ze relatief zwakker zijn. MJO-gerelateerde effecten op de Noord-Amerikaanse zomerneerslagpatronen zijn sterk verbonden met meridionale (d.w.z. noord-zuid) aanpassingen van het neerslagpatroon in de oostelijke tropische Stille Oceaan. Er is ook een sterke relatie tussen de leidende modus van intraseizoensvariabiliteit van het Noord-Amerikaanse moessonsysteem, de MJO en de oorsprongspunten van tropische cyclonen. |
| |
Een periode van opwarmende zeeoppervlaktetemperaturen wordt vijf tot tien dagen voorafgaand aan een versterking van MJO-gerelateerde neerslag in zuidelijk Azië aangetroffen. Een onderbreking van de Aziatische moesson, normaal gesproken gedurende de maand juli, wordt toegeschreven aan de Madden-Juliaanse oscillatie nadat de versterkte fase ervan zich naar het oosten van de
regio verplaatst naar de open tropische Stille Oceaan. |
| |
| Invloed op tropische cycloonvorming |
Tropische cyclonen komen voor gedurende het warme boreale seizoen (meestal mei-november)
in zowel de noordelijke Stille Oceaan als de noordelijke Atlantische Oceaan, maar elk jaar kent periodes van verhoogde of onderdrukte activiteit binnen het seizoen. Bewijs suggereert dat de Madden-Julian oscillatie deze activiteit moduleert (met name voor de sterkste stormen) door een grootschalige omgeving te bieden die gunstig (of ongunstig) is voor ontwikkeling. MJO-gerelateerde dalende beweging is niet gunstig voor de ontwikkeling van tropische stormen. |
|
|
 |
Data van aanvang en overheersende
windstromen van de zuidwestelijke
zomermoesson |
|
| |
| MJO-gerelateerde stijgende beweging is echter een gunstig patroon voor onweersbuien in de tropen, wat vrij gunstig is voor de ontwikkeling van tropische stormen. Naarmate de MJO oostwaarts vordert, verschuift het favoriete gebied voor tropische cycloonactiviteit ook oostwaarts van de westelijke Stille Oceaan naar de oostelijke Stille Oceaan en uiteindelijk naar het Atlantische bekken. |
| |
Er bestaat echter een omgekeerde relatie tussen tropische cycloonactiviteit in het westelijke noordelijke Pacifische bekken en het noordelijke Atlantische bekken. Als het ene bekken actief is, is het andere normaal gesproken stil, en vice versa. De belangrijkste reden hiervoor lijkt de fase
van de MJO te zijn, die normaal gesproken op elk willekeurig moment in tegengestelde modi tussen de twee bekkens is. Hoewel deze relatie
robuust lijkt, is de MJO een van de vele factoren die bijdragen aan de ontwikkeling van tropische cyclonen. Bijvoorbeeld, de temperaturen van het zeeoppervlak moeten voldoende warm zijn en de verticale windschering moet voldoende zwak zijn om tropische verstoringen te laten ontstaan en aanhouden. De MJO beïnvloedt echter ook deze omstandigheden die de vorming van tropische cyclonen vergemakkelijken of onderdrukken.
De MJO wordt routinematig gemonitord door zowel het USA National Hurricane Center als het USA Climate Prediction Center tijdens het Atlantische orkaanseizoen (tropische cyclonen) om te helpen bij het anticiperen op periodes van relatieve activiteit of inactiviteit. |
| |
| Invloed op Afrikaanse regenval |
Het MJO-signaal is goed gedefinieerd in delen van Afrika, waaronder het Congobekken en Oost-Afrika. Tijdens de grote regenseizoenen in
Oost-Afrika (maart tot mei en oktober tot december) is de regenval doorgaans lager wanneer de MJO-convectiekern zich boven de oostelijke Stille Oceaan bevindt, en hoger wanneer de convectiepiek boven de Indische Oceaan ligt. Tijdens 'natte' fasen verzwakken de normale oostelijke winden, terwijl tijdens 'droge' fasen de oostelijke winden sterker worden. |
| |
| Een toename in de frequentie van MJO-fasen met convectieve activiteit boven de oostelijke Stille Oceaan kan hebben bijgedragen aan de droogtetrend die de afgelopen decennia in het Congobekken is waargenomen. |
| |
| Downstream-effecten |
| |
| Link naar de El Niño-Southern oscillatie |
Er is een sterke jaarlijkse (interannuele) variabiliteit in de Madden-Julian oscillatie-activiteit, met lange periodes van sterke activiteit gevolgd door periodes waarin de oscillatie zwak of afwezig is. Deze interannuele variabiliteit van de MJO is gedeeltelijk gekoppeld aan de El Niño-Southern Oscillation (ENSO)-cyclus. In de Stille Oceaan wordt sterke MJO-activiteit vaak 6 tot 12 maanden vóór het begin van een El Niño-episode waargenomen, maar is vrijwel afwezig tijdens de maxima van sommige El Niño-episoden, terwijl MJO-activiteit doorgaans groter is tijdens een
La Niña-episode. |
| |
Sterke gebeurtenissen in de Madden-Julian oscillatie gedurende een reeks maanden in de westelijke Stille Oceaan kunnen de ontwikkeling van een
El Niño of La Niña versnellen, maar leiden doorgaans niet op zichzelf tot het begin van een warme of koude ENSO-gebeurtenis. Echter, observaties suggereren dat de El Niño van 1982-1983 zich snel ontwikkelde in juli 1982 als directe reactie op een Kelvin-golf die werd veroorzaakt door een MJO-gebeurtenis eind mei. Verder zouden veranderingen in de structuur van de MJO met de seizoenscyclus en ENSO substantiëlere effecten van de MJO op ENSO kunnen vergemakkelijken. |
| |
Bijvoorbeeld, de westelijke oppervlaktewinden die geassocieerd worden met actieve MJO-convectie zijn sterker tijdens de voortgang richting El Niño en de oostelijke oppervlaktewinden die geassocieerd worden met de onderdrukte convectieve fase zijn sterker tijdens de voortgang richting
La Niña. Wereldwijd wordt de interannuele variabiliteit van de MJO het meest bepaald door de interne dynamiek van de atmosfeer, in plaats van
door de omstandigheden aan het oppervlak. |
| |
| Noord-Amerikaanse winterneerslag |
| De sterkste impact van intraseizoensvariabiliteit op de Verenigde Staten vindt plaats tijdens de wintermaanden in het westen van de VS. In de winter ontvangt deze regio het grootste deel van de jaarlijkse neerslag. Stormen in deze regio kunnen meerdere dagen of langer duren en gaan vaak gepaard met aanhoudende atmosferische circulatiekenmerken. Van bijzonder belang zijn extreme neerslaggebeurtenissen die verband houden met overstromingen. Sterk bewijs suggereert een verband tussen weer en klimaat in deze regio uit studies die de El Niño Southern Oscillation in verband hebben gebracht met regionale neerslagvariabiliteit. |
| |
In de tropische Stille Oceaan worden winters met zwakke tot matige koude of La Niña-episodes of ENSO-neutrale omstandigheden vaak gekenmerkt door een verhoogde Madden-Julian-oscillatieactiviteit van 30 tot 60 dagen. Een recent voorbeeld is de winter van 1996-1997, die gekenmerkt werd door zware overstromingen in Californië en in de Pacific Northwest en een zeer actieve MJO. Zulke winters worden ook gekenmerkt door relatief kleine afwijkingen in de temperatuur van het zeeoppervlak in de tropische Stille Oceaan in vergelijking met sterkere warme en koude episodes.
In deze winters is er een sterkere link tussen de MJO-gebeurtenissen en extreme neerslaggebeurtenissen aan de westkust. |
| |
| Pineapple Express-gebeurtenissen |
| Het typische scenario dat het patroon van tropische regenval in verband met de MJO koppelt aan extreme neerslaggebeurtenissen in de Pacific Northwest, kenmerkt zich door een progressief (d.w.z. oostwaarts bewegend) circulatiepatroon in de tropen en een retrograde (d.w.z. westwaarts bewegend) circulatiepatroon in de gematigde breedtegraden van de noordelijke Stille Oceaan. Typische winterse weeranomalieën voorafgaand aan zware neerslaggebeurtenissen in de Pacific Northwest zijn als volgt: |
| 7–10 dagen vóór de hevige neerslaggebeurtenis: |
| Zware tropische regenval geassocieerd met de MJO verschuift oostwaarts van de oostelijke Indische Oceaan naar de westelijke tropische Stille Oceaan. Een vochtpluim strekt zich noordoostwaarts uit van de westelijke tropische Stille Oceaan naar de algemene omgeving van de Hawaïaanse eilanden. Een sterke blokkerende anticycloon bevindt zich in de Golf van Alaska met een sterke polaire straalstroom rond de noordelijke flank. |
| |
| 3-5 dagen vóór de hevige neerslaggebeurtenis |
Zware tropische regenval verschuift oostwaarts richting de datumgrens en begint af te nemen. De bijbehorende vochtpluim strekt zich verder uit naar het noordoosten, vaak
dwars door de Hawaïaanse eilanden. De sterke blokkerende hogedruk verzwakt en verschuift westwaarts. Er ontstaat een splitsing in de Noord-Pacifische straalstroom, gekenmerkt door een toename van de amplitude en oppervlakte van de westelijke zonale winden van de bovenste troposfeer op de zuidelijke flank van het blok en een afname op de noordelijke flank. De tropische en extratropische circulatiepatronen beginnen te faseren, waardoor een zich ontwikkelende trog op gemiddelde breedtegraad de vochtpluim kan aanboren die zich uitstrekt van de diepe tropen. |
| |
| De zware neerslaggebeurtenis |
Naarmate het patroon van versterkte tropische regenval verder naar het oosten verschuift en verzwakt, strekt de diepe tropische vochtpluim zich uit van de subtropische centrale
Stille Oceaan tot de middelste breedtegraad-trog die zich nu voor de westkust van Noord-Amerika bevindt. De straalstroom op hogere niveaus strekt zich uit over de noordelijke
Stille Oceaan, waarbij de gemiddelde straalstroompositie Noord-Amerika binnenkomt in het noordwesten van de Verenigde Staten. |
| |
De diepe lagedruk die zich nabij de Pacifische noordwestkust bevindt, kan tot meerdere dagen zware regenval en mogelijke overstromingen met zich meebrengen.
Deze gebeurtenissen worden vaak Pineapple Express-gebeurtenissen genoemd, zo genoemd omdat een aanzienlijk deel van de diepe tropische vochtigheid de Hawaïaanse eilanden doorkruist op weg naar het westen van Noord-Amerika. |
|
|
 |
De Pineapple Express, een MJO-effect op Noord-
Amerikaanse weerpatronen. |
|
| |
| Gedurende deze evolutie wordt er een teruggang van de grootschalige atmosferische circulatiekenmerken waargenomen in de oostelijke Pacific-Noord-Amerikaanse sector. Veel van deze gebeurtenissen worden gekenmerkt door de progressie van de zwaarste neerslag van zuid naar noord langs de Pacific Northwest-kust over een periode van enkele dagen tot meer dan een week. Het is echter belangrijk om de individuele stormen op synoptische schaal, die over het algemeen van west naar oost trekken, te onderscheiden van het algehele grootschalige patroon, dat teruggang vertoont. |
| |
| Er bestaat een coherente gelijktijdige relatie tussen de longitudinale positie van maximale MJO-gerelateerde regenval en de locatie van extreme neerslaggebeurtenissen aan de westkust. Extreme gebeurtenissen in de Pacific Northwest gaan gepaard met verhoogde neerslag boven de westelijke tropische Pacific en de regio van Zuidoost-Azië die door meteorologen het Maritieme Continent wordt genoemd, met onderdrukte neerslag boven de Indische Oceaan en de centrale Pacific. Naarmate de regio van belang verschuift van de Pacific Northwest naar Californië, verschuift de regio met verhoogde tropische neerslag verder naar het oosten. Extreme regenvalgebeurtenissen in Zuid-Californië gaan bijvoorbeeld doorgaans gepaard met verhoogde neerslag nabij 170°E. Het is echter belangrijk om op te merken dat de algehele link tussen de MJO en extreme neerslaggebeurtenissen aan de westkust zwakker wordt naarmate de regio van belang zuidwaarts verschuift langs de westkust van de Verenigde Staten. |
| |
| Er is van geval tot geval variatie in de amplitude en longitudinale omvang van de MJO-gerelateerde neerslag, dus dit moet alleen als een algemene relatie worden beschouwd. |
| |
| Impact van klimaatverandering op MJO |
| |
De MJO legt een afstand van 12.000–20.000 km af over de tropische oceanen, voornamelijk over de Indo-Pacifische warme pool, die oceaantemperaturen heeft die over het algemeen warmer zijn dan 28 °C. Deze Indo-Pacifische warme pool is snel opgewarmd, waardoor de verblijftijd van MJO boven de tropische oceanen is veranderd. Terwijl de totale levensduur van MJO op de tijdschaal van 30–60 dagen blijft, is de verblijftijd boven de Indische Oceaan met 3–4 dagen verkort (van gemiddeld 19 dagen naar 15 dagen) en met 5–6 dagen toegenomen boven de West-Pacifische Oceaan (van gemiddeld 18 dagen naar 23 dagen). Deze verandering in de verblijftijd van MJO heeft de regenvalpatronen over de
hele wereld veranderd. |
| |
|
|
|
|
|
|
