Nedavno sam završio pisanje rada na jednu zanimljivu temu, a svakako je vrlo aktuelna, pa sam odlučio da to podijelim sa vama, vjerujem da će mnogima biti zanimljivo. Vjerovatno je većina vas već čula za NAO (sjeverno-atlantsku oscilaciju), a vjerujem da je malo ko čuo za EAO (istočno-atlansku oscilaciju). Povezanost ovog indeksa sa zimskim temperaturama kod nas me vrlo iznenadila. Prenosim vam moj rad u cjelosti, malo je opširnije, nadam se da ćete imati strpljenja makar na preksoke da pročitate.
Istočno-atlantska oscilacija (EA) i njena povezanost sa zimama u SrbijiKlimatske oscilacije: Klima planete Zemlje nije konstantna, već se neprekidno menja. Postoji više uzroka koji utiču na klimatske promene. U okviru klimatskih promena, mogu se uočiti klimatske oscilacije, kako regionalne, tako i globalne klime. Ove fluktuacije temperature vazduha, temperature mora, padavina i ostalih meteoroloških elemenata mogu biti kvazi-periodične sa periodom ponavljanja koji može biti mesečni, godišnji, višegodišnji, višedecenijski, pa čak i milenijumski. Neki od primera klimatskih oscilacija su:
- glacijalni periodi poslednjeg ledenog doba sa periodom od oko 100 000 godina
- Atlantska višedecenijska oscilacija (
AMO) sa periodom od 50 do 70 godina (slika 1.)
- El Ninjo južna oscilacija (
ENSO) sa periodom od 2 do 7 godina (slika 2.)
- Arktička (
AO), Severno-atlantska (
NAO) i Istočno-atlantska oscilacija (
EA) bez tačno utvrđenog perioda ponavljanja
Severno-atlantska oscilacija (NAO): Severno-atlanstska oscilacija (Northern Atlantic Oscillation) je klimatska pojava nad severnim Atlantikom i predstavlja fluktuacije u razlici vazdušnog pritiska svedenog na nivo mora između Islandske polja niskog vazdušnog pritiska i Azorskog anticiklona. Fluktuacije u jačini Islandske depresije i Azorskog anticiklona direktno utiču na putanje ciklona istočnije, pa samim tim i na vremenske prilike u Evropi. U tom slučaju razlikujemo pozitivnu i negativnu fazu NAO. (slika 3.)
Pojam Severno-atlantske ocilacije je u meteorologiju uveo 1920. godine engleski fizičar i meteorolog
Sir Gilbert Walker. Postoji nekoliko mogućih načina za računanje
NAO indeksa. Jedan od najčešće korišćenih je zasnovan na sezonskoj razlici u normalizovanom vazdušnom pritisku između Lisabona u Portugaliji ili Azorskih ostrva u Atlantskom okeanu i Rejkjavika na Islandu. (slika 4.)
Istočno-atlantska oscilacija (EA) - definicija: Pored NAO, drugi značajni mod niskofrekventne varijabilnosti nad Atlantskim okeanom je Istočno-atlantski obrazac, odnostno
Istočno-atlantska oscilacija (East Atlantic Pattern –
EA). Što se tiče strukture, EA obrazac je sličan NAO, i zasnovan je na razlici u vazdušnom pritisku između centara niskog i visokog vazdušnog pritiska nad severnim Atlantikom u pravcu istok-zapad. Centri anomalije EA obrasca su pomereni jugoistočno u odnosu na aproksimirane centre NAO obrasca. U tom smislu, EA obrazac možemo posmatrati kao jugoistočno-pomereni NAO obrazac. Ipak, zbog centara koji su pomereni ka nižim geografskim širinama, EA je usko povezan i sa grebenom suptropskog pojasa visokog pritiska. Upravo ta povezanost sa suptropskim pojasem čini da EA obrazac ne bude samo duplikat ili modifikovana verzija NAO obrasca, već zaseban obrazac.
EAO su prvi definisali
Wallace i Gutzler 1981. godine. Obrazac koji se danas koristi je primetno drugačiji od onoga koji su oni uveli, i sličan je obrascu koji su odredili
Barnston i Livezey u svom radu 1987. godine.
Prema Wallace-u i Gutzler-u, EAO karakterišu tri centra. Prvi je smešten jugozapadno od Kanarskih ostrva (25°N,25°W), drugi zapadno od Velike Britanije (55°N,25°W) i treći u oblasti Crnog Mora (50°N,40°E). Na taj način, oni su definisali EA obrazac kao:
U obrascu, z* predstavljaju normalizovane anomalije visine 500mb površine za svaki od centara, zasnovane na 15-godišnjim srednjim vrednostima i standardnim devijacijama za svaki mesec u godini. Tako, pozitivnu vrednost EA obrasca dobijamo kod anomalno visoke 500mb površine nad severnim Atlantikom i anomalno niske vrednosti visine 500mb površine nad suptropskim Atlantikom i istočnom Evropom. Negativne vrednosti obrasca dobijamo kod anomalija koje su suprotne od već navedenih.
Na slici 5. vidimo da je kod
pozitivne vrednosti EA Islandska depresija oslabljena i da je podeljena na dva centra, dok je Atlantski suptropski greben pomeren daleko ka severu u odnosu na svoj uobičajeni klimatološki položaj. Kod
negativnih vrednosti EA imamo vrlo izraženu Islandsku depresiju i nagli porast vazdušnog pritiska ka jugu. U negativnom slučaju, vidimo i da je greben Sibirskog anticiklona izraženiji i više pomeren ka zapadu u odnosu na pozitivni slučaj. Na kompozitnoj karti razlika između pozitivnih i negativnih vrednosti vidimo da je ubedljivo najveća razlika malo zapadnije od Velike Britanije.
(slika 6.)
Barnston i Livezey su 1987. godine u svom radu dali drugačiju definiciju EA obrasca. Oni su EA obrazac definisali kao centar blizu 55°N, 20-35°W sa jakim gradijentom u pravcu severozapad-jugoistok preko zapadne Evrope i anomaliju suprotnog znaka orijentisanu u pravcu istok/severoistok-zapad/jugozapad preko severne Afrike i Mediterana sa centrom na lokaciji 25-35°N, 0-10°W. Vidimo da je severni centar vrlo blizu već definisanom od strane Wallace-a i Gutzler-a, odnosno malo zapadnije, dok se drugi centar nalazi između jugozapadnog i istočnog centra koje su odredili Wallace i Gutzler. Činjenica da se nalazi znatno bliže Kanarskim ostrvima nego Crnom moru govori da Barnston i Livezey nisu pridali veliki značaj ranije definisanom centru u blizini Crnog mora.
Osmotrene vrednosti EA indeksa: Pokazano je da je pozitivna faza EA povezana sa prizemnim temperaturama vazduha višim od proseka u celoj Evropi u svim mesecima. Takođe je povezana i sa nadprosečnim padavinama u severnoj Evropi i u Skandinaviji i padavinama ispod proseka u južnoj Evropi.
Na slici 7. vidimo mesečne vrednosti koprelacije EA indeksa za januar, april, jul i oktobar za pozitivnu fazu. Karte su dobijene tako da unesena vrednost u svakoj tački predstavlja vremensku korelaciju mesečnih standardizovanih anomalija visine izobarske površi za određenu tačku i telekonekcionog obrasca za određeni mesec. (izvor:
http://www.cpc.ncep.noaa.gov/data/teledoc/ea.shtml)
Na slici 8. vidimo kako je pozitivna faza EA sa prethodne slike povezana sa prizemnim temperaturama i padavinama. Iz svake sezone je odabran po jedan mesec koji reprezentuje sezonu:
Na slici 9. možemo videti osmotrene standardizovane tromesečne srednje vrednosti EA indeksa od 1950. godine do decembra 2014:
Na osnovu iznetih podataka ne može se zaključiti tačan period oscilacija, ali se može videti da je u pitanju jasna više-decenijska varijabilnost. U periodu od 1950. do 1977. godine, očigledno je dominirala negativna faza EA. Od 1977. do 1998. godine nijedna faza nije bila dominantna, dok u periodu od 1998. do danas (2015.) jasno preovlađuje pozitivna faza.
Slika 10. prikazuje osmotrene vrednosti EA i ostalih telekonekcionih obrazaca u prethodne 4 godine.
Ako uporedimo EA sa NAO indeksom vidimo da postoje značajne razlike, naročito u toku 2012. kada je vrednost NAO indeksa početkom godine u zimskim mesecima bila vrlo visoka, zatim je naglo opala tokom prolećnih meseci, i bila vrlo niska sredinom godine, dok je kod EA indeksa bio obrnut slučaj. Vrednosti su početkom godine bile negativne, a zatim je došlo do porasta, pa je vrednost EA u toku leta bila pozitivna.
Povezanost EA indeksa sa zimama u Evropi: NAO indeks se već dugo koristi kao najvažniji
indikator klime u zapadnoj Evropi, naročito u hladnijoj polovini godine. Zato se i kod klimatoloških mesečnih i sezonskih prognoza često koristi kao jedan od indikatora. Na sličan način se i EA indeks može upotrebiti i sve je popularniji u poslednje vreme. Iako se uvek veća pažnja pridavala NAO indeksu, u mnogim radovima pokazala se značajna korelacija EA indeksa sa vremenom u Evropi.
Pokazalo se da je EA povezana sa kolebanjem padavina na Pirinejskom poluostrvu (Rodriguez-Puebla, 1998.), kao i sa zimskim padavinama u Velikoj Britaniji, naročito na jugoistoku zemlje (Murphy i Washington, 2001.).
Moore i Renfrew su u svom radu 2011. godine povezali uzajamno dejstvo NAO i EA indeksa sa vrlo hladnim decembrom u Velikoj Britaniji 2010. godine, koji je bio najhladniji decembar u toj oblasti u prethodnih 100 godina. NAO indeks je računat kao normalnizovana razlika pritisaka na nivou mora između Gibraltara i jugozapadnog Islanda (Jones, 1997.), dok je EA indeks računat kao normalizovana anomalija pritiska na nivou mora kod primarnog centra (Murphy i Washington, 2001.). Tako su za računanje EA indeksa uzeti podaci sa ostrva Valentia u zapadnoj Irskoj, jer je to stanica sa najvećom korelacijom (0.82) sa centrom EA dobijenim iz NCEP-ove reanalize pritiska na nivou mora za period od 1950. do 2010. godine.
U tabeli 1. su izračunate vrednosti NAO i EA indeksa za decembar 2010, kao i za decembar 2009. koji je imao znatno višu temperaturu u Velikoj Britaniji od decembra 2010:
Ukoliko bi se gledala samo korelacija NAO indeksa i temperature na osnovu jednačina regresije, decembar 2009. je bio topliji nego što bi bilo očekivano na osnovu te relacije, dok je decembar 2010. bio hladniji nego što je očekivano. Odnosno, očekivano bi bilo da decembar 2010. bude za 0.7 + 1.3°C bude hladniji od decembra 2009, a bio je prema merenjima hladniji za 3.8°C. Upravo to je bio razlog da se ispita kakvi bi bili rezultati ako bi se u analizu uvrstila i vrednost EA indeksa.
Na slici 12. vidimo ucrtane sve srednje mesečne vrednosti NAO i EA indeksa za svaki decembar u periodu od 1870. do 2010. godine, a posebno su naznačeni decembar 2009. i 2010. godine.
Na slikama 13. i 14. možemo videti izmerena odstupanja pritiska i temperature u odnosu na srednje decembarske vrednosti u periodu 1948 - 2010:
U nastavku, Moore i Renfrew su analizirali univarijantne regresije pritiska svedenog na nivo mora i temperature na 1000mb sa NAO i EA indeksom za period 1948-2010. (slike 15. i 16.) Regresije su zasnovane na srednjim mesečnim vrednostima za zimske mesece iz NCEP-ove reanalize za period 1948-2010. Za regresiju NAO vidi se klasična struktura NAO sa dva centra cirkulacije, Islandska depresija i Azorski anticiklon. Za EA regresiju dobijen je jedan centar koji se nalazi na liniji koja spaja centre NAO regresije.
Poređenjem struktura univarijantnih regresija, vidimo da u situacijama kada su oba indeksa istog znaka, oba centra (IL i AH) bi bila pomerena južnije, što bi izazvalo povećanje anomalije pritiska na nivou mora. U suprotnom, ako bi indeksi bili suprotnog znaka, mogli bismo očekivati pomeranje centara severnije, i smanjenje anomalija. To je dalo za ideju da se ispita kolika bi bila razlika u slučajevima kad je NAO indeks -2, za različite vrednosti EA indeksa. Uzete su tri vrednosti EA indeksa (+1, 0 i -1). Tako da prvi slučaj odgovara decembru 2009, a treći sučaj decembru 2010. Dobijeni rezultati na osnovu modela bivarijantne regresije i srednjih mesečnih vrednosti pritiska na nivou mora i temperature na 1000mb su prikazani na slikama 17. i 18.
Ako pogledamo vrednosti pritiska na nivou mora za različite vrednosti EAI, vidimo da se sa padom EAI od +1 do -1 Islandsko polje niskog pritiska i Azorski anticiklon pomeraju južnije, s tim što Islandska depresija dobija, a Azorski anticiklon gubi na jačini. Jasno se vidi i da pomeranje EAI od +1 do -1 rezultuje pomeranjem negativne anomalije temperature ka jugu, pa samim tim i padom temperature u većem delu Evrope, naročito u centralnoj Evropi, ali i u Velikoj Britaniji koja je bila predmet ove studije.
Na kraju ove studije, Moore i Renfrew su izračunali procenat varijabilnosti polja srednjeg pritiska na nivou mora i temperature na 1000mb u zimskim mesecima na osnovu individualno NAO i EA indeksa, kao i kolektivnog dejstva NAO i EA indeksa. Dobijeni rezultati su prikazani na slikama 19. i 20.
Vidimo da se na osnovu oba indeksa pojedinačno može opisati varijabilnost pritiska i do 80-90% u oblastima u okolini centara, dok se zajedničkim dejstvom oba indeksa može u znatno široj oblasti dobiti sličan procenat. Ono što je u ovoj studiji bilo od većeg značaja je kako se temperaturna varijabilnost može opisati pomoću EA i NAO indeksa. (slika 20.)
Dakle, ako gledamo pojedinačno NAO i EA indeksa može objasniti samo 30-50% varijabilnosti temperature i to uglavnom u severnoj Evropi (NAO indeks) i u zapadnoj Evropi (EA indeks). Zajedničkim dejstvom NAO i EA indeksa može se objasniti i do 60% varijabilnosti polja temperature u širokoj oblasti od 30° do 70° geografske širine, naročito u oblasti zapadne Evrope.
Zaključak je da pomeranjem ka jugu anomalije Islandske depresije i Azorskog anticiklona dobijamo niže temperature u zapadnoj Evropi. Razlika u srednjoj mesečnoj temperaturi između decembra 2009. i decembra 2010. godine u Londonu je bila -3.3°C. Da je uzeta u obzir samo promena NAO indeksa, očekivana razlika u temperaturi bi bila -0.6°C, dok bi sa uzetim u obzir i EA indeksom očekivana razlika bila -1.7°C. Tako da uključivanje EA indeksa objašnjava preko 50% signala, u poređenju sa 20% na osnovu samo NAO indeksa.
EA indeks i zime kod nas: Na osnovu svega do sada iznetog, vidimo da je EA indeks značajno povezan sa klimom Evrope, naročito kada je u pitanju zapad kontinenta. S obzirom da je do sada najviše pažnje posvećeno zapadnoj Evropi i Velikoj Britaniji, umesto zaključka, ideja je da se u ovom radu vidi može li se i u kojoj meri odstupanje temperatura u zimskim mesecima kod nas povezati sa vrednostima EA indeksa.
Analizirana su odstupanja srednje dnevne temperature vazduha i broja dana sa snežnim pokrivačem u zimskim mesecima u Beogradu u prethodnih 14 godina. Za početak, pogledajmo srednje dnevne temperature i broj dana sa snežnim pokrivačem u periodu od 1980. do 2010. godine. (tabela 2.)
U tabeli 3. možemo da vidimo odstupanja od prosečne temperature i broja dana sa snežnim pokrivačem u zimskim mesecima u Beogradu, kao i maksimalne visine snežnog pokrivača u periodu od 2001-2014. i poređenje sa izmerenim EA indeksom u tim mesecima. Podaci za temperaturu i snežni pokrivač su preuzeti sa sajta RHMZ-a:
http://www.hidmet.gov.rs/ciril/meteorologija/klimatologija_godisnjaci.php , dok su podaci za vrednosti EA indeksa preuzeti sa sajta NOAA-inog centra za klimatske prognoze:
ftp://ftp.cpc.ncep.noaa.gov/wd52dg/data/indices/ea_index.timIndeksi su standardizovani na osnovu klimatoloških podataka za period 1980-2010.
Na osnovu rezultata iz tabele vidimo da ne postoji savršena povezanost mesečnog odstupanja temperature i broja dana sa snežnim pokrivačem sa EA indeksom, ali ipak u većini slučajeva (62%) postoji podudaranje znaka. Ono što je važan zaključak je da su meseci sa najvećim pozitivnim odstupanjem temperature i najmanje snega (naznačeni crvenom bojom) imali pozitivan i najviši EA indeks u analiziranom periodu. Sa druge strane, vidimo da su meseci sa najvećim negativnim odstupanjima temperature i najvećim brojem dana sa snegom (naznačeni plavom bojom) imali negativne vrednosti EA indeksa. Tu se posebno ističu februar 2005. i 2012. sa najnižim vrednostima EA indeksa u analiziranom periodu.
Možda će povezanost EA indeksa i temperaturnih odstupanja biti jasnija ako pogledamo samo srednje sezonske vrednosti za svaku od analiziranih zima. (tabela 4.)
Vidimo da kada posmatramo sezonska odstupanja postoji znatno bolje slaganje nego kada smo posmatrali samo mesečne vrednosti. U 12 od posmatranih 13 zima postoji podudaranje znaka odstupanja. Jasno se vidi da su dve zime sa najvećim pozitivnim odstupanjem temperature u posmatranom periodu (2006/07. i 2013/14.) imale najviši srednji EA indeks. Takođe se vidi da su dve zime sa najnižim EA indeksom (2004/05. i 2011/12.) bile hladnije od proseka. Izuzetak je samo zima 2002/03. koja je bila najhladnija u posmatranom periodu, a vrednost EA indeksa je bila pozitivna. Na grafiku 1. možemo videti koliko dobro trend rasta i pada temperature prati trend rasta i pada EA indeksa:
Ako izuzmemo zimu 2002/03, vidimo da krive grafika jako dobro prate jedna drugu, naročito u poslednjih 5 zima u analiziranom periodu, kada se krive praktično podudaraju. Tako da možemo zaključiti da sa velikom verovatnoćom u slučaju EA indeksa od preko +1 možemo očekivati topliju i manje snežnu zimu od prosečne, dok za vrednosti EA indeksa od -1 i niže možemo očekivati hladniju i snežniju zimu od prosečne. Na osnovu trenda Istočno-atlantske oscilacije i njene prognoze možemo prognozirati i da li će zima kod nas biti toplija ili hladnija od normale.
Korišćena literatura:1. Wallace JM, Gutzler DS (1981) Teleconnections in the geopotential height field during the Northern Hemisphere winter. Mon Wea Rev 109:784–812
2. Barnston AG, Livezey RE (1987) Classification, seasonality and persistence of low-frequency atmospheric circulation patterns. Mon Wea Rev 115:1083–1126
3. Moore GWK, Renfrew IA (2011) Cold European winters: interplay between the NAO and the East Atlantic mode. Atmos Sci Let 13:1–8
4. Murphy SJ, Washington R (2001.) Unitetd Kingdom and Ireland precipitation variability and the North Atlantic sea-level pressure field. Inernational Journal of Climatology 21: 939-959
Korišćeni web-sajtovi:http://www.cpc.ncep.noaa.gov/data/teledoc/ea.shtmlhttp://www.hidmet.gov.rs/ciril/meteorologija/klimatologija.php