A circumglobal teleconnection pattern in the Southern Hemisphere

Abstract

Atmospheric teleconnections are low-frequency, recurring patterns that link weather and climate in distant regions of the globe. Detecting teleconnection patterns and understanding their mechanisms and impacts are therefore important. Revisiting the Southern Hemisphere, this study identifies a circumglobal teleconnection (CGT) pattern that exhibits a high degree of pattern similarity throughout the year. The CGT pattern is obtained as the fourth leading mode by the Empirical Orthogonal Function analysis of the monthly 500-hPa geopotential height field over 20°–90°S during the austral winter. The canonical Southern Annular Mode, Pacific-South American (PSA)-1, and PSA-2 patterns are also derived from the analysis and examined along with the CGT pattern. Temporally, the duration of the CGT pattern is about 8 days, slightly shorter than that observed in the canonical patterns, which are about 10–12 days. Spatially, the CGT pattern exhibits zonally oriented geopotential height anomalies along the latitudinal bands near 60°S, with a zonal scale of wavenumber 3. In the eastern Pacific, a meridional dipole structure is evident for all seasons, except during the austral summer, transitioning from a double jet to a single jet. These seasonal variations in jet structure also impact the energetics of the CGT pattern in their growth. Depending on the structure and intensity of the jet, the CGT derives its energy through the barotropic energy conversion of the mean kinetic energy over the exit of the subtropical or along the flank of the polar jet. Another important energy source is the baroclinic energy conversion of the mean available potential energy, which occurs via the meridional eddy heat flux across the strong climatological meridional temperature gradient. In addition, strong trends of the CGT pattern during the austral spring are associated with the favorable conditions for sea ice cover formation over the Ross Sea. Finally, we find a cyclic relationship between the negative phase of the CGT and the Madden-Julian Oscillation (MJO) for the austral winter and spring.

;대기의 원격상관은 전지구에 걸쳐 반복적으로 나타나는 대규모 대기 현상으로, 멀리 떨어져 있는 지역 간의 날씨와 기후를 연결한다. 이러한 특성으로 인해 원격상관 패턴을 탐지하고, 패턴이 유지되는 메커니즘을 이해하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 남반구의 원격상관 패턴을 재정의함과 동시에 모든 계절에 존재하는 전지구 원격상관(Circumglobal Teleconnection, CGT)을 확인하였다. CGT 패턴은 기존 남반구 원격상관 패턴인 Southern Annular Mode (SAM), Pacific South American (PSA)-1 and PSA-2와 함께, 남반구 겨울철 위도 20°–90°S에 대한 월별 500hPa 지위고도의 경험적 직교 함수(Empirical Orthogonal Function, EOF)의 네 번째 패턴으로 정의된다. CGT 패턴은 10-12일 정도의 지속 시간을 보이는 기존 원격상관 패턴들보다 짧은 8일 정도의 지속 시간을 가진다. 공간적으로는 60°S 위도대를 따라 동서방향으로 정렬된 동서 방향 파수 3의 지위고도 아노말리를 보였으며, 남반구 제트기류가 이중 구조에서 단일 구조로 변화하는 여름철을 제외한 모든 계절에 대해 남북 방향의 쌍극자 형태가 동태평양 지역에 나타났다. CGT 패턴은 이러한 제트 기류의 구조와 강도의 변화에 따라 아열대 제트 출구 혹은 극 제트의 측면으로부터 순압 에너지 전환을 통해 패턴을 유지하는 에너지를 얻는다. 또 다른 중요한 에너지원은 온도 배경장의 남북 경도를 가로지르는 남북 방향의 에디 열속에 의한 경압 에너지 전환이다. 또한 남반구 봄철에 정의된 CGT 패턴은 강한 추세를 보였으며, 이는 Ross Sea 지역의 해빙 형성과 관련이 있다. 남반구 겨울철과 봄철에 대해서는 음의 CGT 패턴이 매든-줄리안 진동(Madden-Julian Oscillation, MJO)의 위상을 따라 일정한 주기성을 보였다.