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Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10077/5367

Title: Internannual variability of the tropical Indian Ocean: the impact of the tropical Atlantic
Other Titles: Interannual variability of the tropical Indian Ocean: impact of the tropical Atlantic
Authors: Barimalala, Rondrotiana
Supervisor/Tutor: Crise, Alessandro
Kucharski, Fred
Co-supervisor: Bracco, Annalisa
Issue Date: 30-May-2011
Publisher: Universit√† degli studi di Trieste
Abstract: La variabilita' interannuale dell'Oceano Indiano (OI), con particolare attenzione agli effetti delle teleconnessioni dall'Atlantico SubTropicale (AST), e' stata studiata tramite l'utilizzo sia del modello oceanico regionale Regional Ocean Modeling System (ROMS) che con i risultati tratti da cinque diversi modelli accoppiati di circolazione generale (MACGs) che fanno parte del progetto CMIP3 (Coupled Model Intercomaprison Project version 3). Il modello ROMS e' capace di riprodurre fedelmente molti aspetti fondamentali della variabilita' del OI e si e' dimostrato che la variabilita' interna del OI ha un ruolo importante lungo l'Equatore e nella parte occidentale del OI, e che la variabilita' interna contribuisce significativamente alla variabilita' annuale ed interannuale del bacino. Inoltre, l'analisi della Temperatura Oceanica Superficiale (TOS) di una simulazione forzata mensilmente per un periodo di 24 anni ha rivelato che la variabilita' interannuale e' principalmente determinata da due fenomeni: il Nino - Southern Oscillation (ENSO), che e' un forzante esterno al bacino, e il modo Dipolo del OI (DOI), che puo' essere determinato sia da forzanti interni che esterni. L'OI tropicale si surriscalda gradualmente nel corso di un anno che vede la presenza di ENSO. Al contrario, il periodo in cui il DOI e' presente, e' caratterizzato da un gradiente zonale di temperatura nella parte tropicale del OI. Inoltre, studi recenti hanno confermato che l'ENSO e il DOI non sono i soli ad avere una particolare influenza sulla variabilita' del OI, ma che anche le anomalie di TOS nel AST modulano sia la variabilita' interannuale delle piogge dei monsoni africani e indiani sia la stessa TOS del OI. Questa teleconnessione puo' essere spiegata fisicamente dal meccanismo di Gill-Matsuno. In questo studio, e per la prima volta, si e' utilizzato il modello ROMS accoppiato al modello di ecosistema NPZD (Nutriente-Fitoplancton-Zooplancton-Detrito) per analizzare l'effetto delle anomalie di TOS dell'Atlantico tropicale sulla variabilita' della fisica e degli ecosistemi del OI. Anomalie fredde (calde) di TOS nella zona dell'Atlantico tropicale scaturiscono un rafforzamento (indebolimento) del jet Somalo, generando quindi anomalie fredde (calde) della TOS nella parte Nord del OI durante l'estate boreale. In generale, i risultati di questo studio confermano l'effetto del ATS sul OI precedentemente identificati attraverso simulazioni idealizzate con modelli di circolazione generale e dati osservazionali. Simultaneamente alle anomalie ti TOS si osservano cambi nella profondita' del termoclino dovuti a venti che favoreggiano l'affioramento o sprofondamento delle acque nell'area del jet di Findlater, la regione di Sri-Lanka e la parte occidentale della baia di Bengal. La diminuzione (incremento) della profondita' del termoclino e' accompagnata da un aumento (diminuzione) della concentrazione di fitoplancton in superficie. Abbiamo inoltre studiato la rappresentazione della teleconnessione ATS-OI nei MACGs, riscontrando che quattro dei cinque modelli simulano una teleconnessione fra il ATS e il OI piu' debole di quella osservata. Abbiamo dimostrato grazie ad una serie di simulazioni con un modello atmosferico di circolazione globale che le differenze in amplitudine e forma sono dovute a forti errori di rappresentazione dell'Atlantico tropicale e della sua variabilita' nei MACGs. Inoltre il segnale nei modelli e' ulteriormente ridotto dovuto alle diverse parametrizzazione di processi fisici non risolti.
The interannual variability of the Indian Ocean (IO), with a particular focus on the effect of the South Tropical Atlantic (STA) teleconnection is investigated using both Regional Ocean Modeling System (ROMS), and output from five different models chosen within the CMIP3 (Coupled Model Intercomparison Project version 3) ensemble of coupled general circulation models (CGCMs). ROMS successfully reproduces many fundamental characteristics of the IO variability. It is found that the IO internal variability plays an important role along the equator and in the western IO. The internal variability also contributes significantly to the annual and interannual variability of the basin. Furthermore, an analysis of the Sea Surface Temperature (SST) from a 24-year monthly-forced model run suggests that the prominent phenomena affecting the interannual variability of the Indian Ocean are the El-Nino Southern Oscillation (ENSO), which is a remote forcing to the basin and the Indian Ocean Dipole (IOD) mode, which is caused by both internal and remote forcing. During an ENSO year, the tropical IO gradually warms. Whereas, IOD is characterized by a zonal temperature gradient in the tropical IO. Moreover, a series of recent papers showed that not only the ENSO and IOD affect the Indian Ocean variability but also SST anomalies in the STA modulate the interannual variability of the African and Indian monsoon rainfall, as well as the IO SST. Physically, such a teleconnection can be explained by a simple Gill-Matsuno mechanism. In this work, we used ROMS coupled with the NPZD (Nutrient-Phytoplankton-Zooplankton-Detritus) ecosystem model to analyze for the first time the effect of the tropical Atlantic SSTs anomaly on the IO physics and ecosystem variability. A cold (warm) SST anomaly in the tropical Atlantic area triggers a strengthening (weakening) of the Somali jet and therefore cold (warm) SST anomaly in the northern IO during boreal summer. Overall the response found in this study confirms the STA effect onto the IO identified in previous studies using idealized experiments with an atmospheric General Circulation Model and observational data. Along with the SST anomaly, changes in thermocline depth due to the upwelling/downwelling favorable winds are seen in the Findlater jet area, the Sri-Lankan region and western Bay of Bengal. The shoaling (deepening) of the thermocline is accompanied by an increase (decrease) in phytoplankton concentration at the surface. An investigation of how CGCMs represent the STA-IO teleconnection is also carried out. Four out of the five models display a teleconnection between STA and the Indian region which is generally weaker than in the observations. With a suite of atmospheric-only GCM integrations, it is shown that the differences in amplitude and pattern are due to strong biases and reduced variabilities of the CGCMs over the tropical Atlantic. In addition, different physical parameterizations used in the models contribute to the weakening of the signal.
PhD cycle: XXIII Ciclo
PhD programme: SCUOLA DI DOTTORATO DI ENVIRONMENTAL AND INDUSTRIAL FLUID MECHANICS
Description: 2009/2010
Keywords: Oceano Indiano,variabilita interannuale , teleconnessione, Atlantico SubTropicale , ROMS, modelli accoppiati.
Indian Ocean, interannual variability, teleconnection, South Tropical Atlantic, ROMS, coupled models
Main language of document: en
Type: Tesi di dottorato
Doctoral Thesis
Scientific-educational field: GEO/12 OCEANOGRAFIA E FISICA DELL'ATMOSFERA
NBN: urn:nbn:it:units-9125
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