Abstrak
Pasifik khatulistiwa menunjukkan siklus musiman yang jelas, dengan SST Pasifik Barat paling tinggi selama musim gugur boreal dan peristiwa El Niño/Southern Oscillation (ENSO) cenderung mencapai puncaknya selama musim dingin boreal. Dalam karya ini, kami menggunakan konsep mode monsun dan simulasi gabungan ideal untuk menunjukkan bahwa keberadaan daratan besar di Belahan Bumi Utara dapat menyebabkan asimetri musiman ini. Secara khusus, udara hangat yang bergerak ke timur dari monsun musim panas Asia menekan fluks permukaan di Pasifik Barat, yang menyebabkan peningkatan suhu di sana selama bulan-bulan berikutnya. Kehangatan Pasifik Barat di musim gugur boreal memperkuat sirkulasi Walker dan gradien suhu zonal di seluruh Pasifik, yang menyebabkan pertumbuhan peristiwa El Niño selama musim itu. Singkatnya, keberadaan monsun Asia di utara khatulistiwa menghasilkan peristiwa ENSO yang tumbuh secara istimewa selama musim gugur boreal dan memuncak selama musim dingin boreal.
Poin-poin Utama
- Kami mengusulkan mekanisme baru untuk menjelaskan mengapa suhu permukaan laut (SST) di wilayah Pasifik Barat di ekuator mencapai puncaknya sekali dalam setahun dan mengapa El Niño/Osilasi Selatan terkunci fase pada siklus musiman.
- Adveksi udara hangat dari Monsun Asia membuat wilayah Pasifik Barat menjadi yang terhangat di musim gugur boreal meskipun sinar matahari yang masuk mencapai puncaknya dua kali setahun
- Musiman SST Pasifik dan Sirkulasi Walker yang dihasilkan menyebabkan peristiwa El Niño dan La Niña mencapai puncaknya di musim dingin boreal.
Ringkasan Bahasa Sederhana
Peristiwa El Niño, yang ditandai dengan pemanasan di Pasifik ekuator bagian tengah dan timur, merupakan pendorong utama variabilitas antartahunan di seluruh dunia. Meskipun insolasi matahari mencapai puncaknya dua kali setahun di ekuator, peristiwa El Niño hampir selalu paling kuat selama musim dingin boreal. Dalam karya ini, kami menunjukkan bahwa keberadaan Asia di Belahan Bumi Utara menyebabkan musim ini. Secara khusus, udara hangat yang bertiup ke timur dari monsun Asia Selatan selama musim panas boreal menghangatkan Pasifik Barat. Hal ini membuat Pasifik Barat menjadi yang terhangat selama musim gugur boreal, yang berfungsi sebagai pasokan energi bagi peristiwa El Niño untuk tumbuh selama musim itu dan mencapai puncaknya selama musim dingin boreal.
1 Pendahuluan
Pasifik khatulistiwa dan El Niño/Southern Oscillation (ENSO) menampilkan siklus musiman yang mendukung satu musim, meskipun insolasi matahari mencapai puncaknya dua kali setahun di khatulistiwa. Suhu Permukaan Laut Pasifik Barat (SST, Gambar 1a ) secara kasar konstan sepanjang Juni-Juli-Agustus (JJA), meningkat selama September-Oktober-November (SON), menurun selama Desember-Januari-Februari (DJF), dan meningkat lagi selama Maret-April-Mei (MAM). Sementara itu, Pasifik Timur (panel b) memiliki siklus musiman yang berlawanan dengan amplitudo yang lebih besar, menjadi terdingin selama SON dan terhangat selama MAM. Jika suhu Pasifik khatulistiwa dikendalikan hanya oleh radiasi matahari yang masuk, kedua siklus musiman ini akan memiliki dua maksimum yang terkait dengan insolasi puncak yang melintasi khatulistiwa dua kali setahun, namun masing-masing hanya memiliki satu. Dengan kata lain, di daerah khatulistiwa, seseorang mungkin memperkirakan musim semi/panas boreal akan sama dengan musim gugur/dingin, namun Pasifik Barat lebih hangat pada bulan Oktober, sedangkan Pasifik Timur lebih hangat pada bulan April (Gambar 1c , lihat Gambar S1 dalam Informasi Pendukung S1 untuk siklus musiman Pasifik penuh).
ENSO juga menunjukkan musim yang kuat, meskipun merupakan fenomena antartahunan dengan periode 3–6 tahun. Misalnya, peristiwa El Niño 1997–1998 memiliki sinyal yang jelas pada bulan Juni (Gambar 1d ), menguat secara signifikan selama SON, dan mencapai puncaknya pada bulan Desember (Gambar 1e ). Antara tahun 1959 dan 2021 hampir semua peristiwa ENSO mencapai puncaknya selama DJF, sementara tidak ada yang mencapai puncaknya selama JJA (Gambar 1f ). Dalam karya ini, kami mengusulkan penjelasan baru dan intuitif untuk asimetri musiman ini: udara hangat yang bertiup ke arah timur dari monsun Asia Selatan ke Pasifik Barat menekan hilangnya panas dan meningkatkan suhu di sana selama musim gugur boreal. Pasifik Barat yang hangat mendukung pertumbuhan ENSO, yang menyebabkan peristiwa El Niño mencapai puncaknya selama musim dingin boreal.
Pasifik tropis memiliki kepentingan yang sangat besar terhadap iklim global karena ENSO (Battisti & Sarachik, 1995 ; Clarke, 2014 ; Philander et al., 1984 ; Timmermann et al., 2018 ), yang berdampak pada cuaca di seluruh dunia (Hoerling et al., 1997 ; Neelin et al., 2003 ; Zhou et al., 2014 ) dan SST (Johnson & Birnbaum, 2017 ). Pekerjaan sebelumnya pada ENSO, menggunakan metode mulai dari model analitik sederhana (Burgers et al., 2005 ; Jin, 1998 ) hingga model kompleksitas menengah (Jin et al., 2006 ) dan model sirkulasi umum penuh (GCM, Delecluse et al., 1998 ; Guilyardi, 2006 ; Guilyardi et al., 2009 ; Philander et al., 1992 ), telah menemukan bahwa musim ENSO ditentukan oleh tingkat pertumbuhan El Niño, yang tertinggi selama SON (Chen & Jin, 2020 , 2022 ; S.-K. Kim & An, 2021 ; Stein et al., 2014 ). ( 1997 ) lebih lanjut menunjukkan, dengan menggunakan model ENSO Zebiak dan Cane (Zebiak & Cane, 1987 ), bahwa tingkat pertumbuhan ini dikendalikan oleh latar belakang musim Pasifik, khususnya divergensi angin dan SST. Namun, ada sedikit konsensus tentang apa yang mendorong asimetri musiman ini, dan oleh karena itu alasan mendasar mengapa peristiwa ENSO mencapai puncaknya selama DJF.
Penjelasan yang paling dikenal untuk asimetri musiman divergensi angin Pasifik Timur, dan karenanya ENSO, adalah posisi rata-rata tahunan Zona Konvergensi Intertropis (ITCZ). Secara khusus, karena rata-rata tahunan ITCZ berada di Belahan Bumi Utara, angin pasat paling kuat saat ITCZ berada paling jauh di utara, yaitu di JJA dan SON. Oleh karena itu, tingkat pertumbuhan ENSO meningkat pada musim-musim tersebut, yang menyebabkan peristiwa ENSO mencapai puncaknya di DJF (Li & Philander, 1996 ; Tziperman et al., 1997 ). Berbagai penjelasan telah dikemukakan untuk asimetri rata-rata tahunan ITCZ, termasuk Sirkulasi Terbalik Meridian Atlantik yang mengangkut energi ke utara (Green et al., 2017 ; Moreno-Chamarro et al., 2020 ), dan kemiringan Amerika Selatan (Philander et al., 1996 ).
Penjelasan lain yang disarankan untuk asimetri musiman ENSO adalah presesi orbit Bumi. Insolasi anomali selama perihelion Bumi dapat menyebabkan asimetri musiman di Pasifik, meskipun model berbeda dalam hal detail dan besarnya efek ini (Chiang & Broccoli, 2023 ; Erb et al., 2015 ; Lu & Liu, 2019 ).
Musiman kumpulan hangat Pasifik Barat juga telah dipelajari secara ekstensif (Chang, 1994 ; Clement et al., 2005 ; DeWitt & Schneider, 1999 ; ST Kim et al., 2012 ; Köberle & Philander, 1994 ; EK Schneider, 2002 ; Y. Wang et al., 2019 ; Yin et al., 2020 ). Penelitian sebelumnya telah mengidentifikasi penyebab langsung dari asimetri musiman, seperti fluks panas permukaan bersih (N. Schneider et al., 1996 ; W. Wang & McPhaden, 1999 ) dan gelombang Kelvin dan Rossby yang dipaksakan oleh angin (Yu & McPhaden, 1999 ), tetapi bukan alasan mendasar mengapa musim gugur dan musim semi berbeda di ekuator.
Di sini, kami berpendapat bahwa musiman Pasifik tropis dan karenanya ENSO adalah hasil dari kehadiran monsun Asia Selatan. Kami menggunakan konsep mode monsun Indo-Pasifik yang diperkenalkan dalam Tuckman et al. ( 2024 ) sebagai kerangka kerja; udara hangat yang bertiup ke arah timur dari Asia selama JJA menekan fluks permukaan di Pasifik Barat, meningkatkan SST dan, karenanya, gradien suhu Pasifik selama SON. Ini memperkuat sirkulasi Walker, menciptakan musiman dalam angin tingkat rendah, yang, bersama dengan musiman SST, mengunci fase ENSO ke siklus musiman. Untuk mengisolasi proses-proses utama, kami menjalankan simulasi gabungan yang diidealkan dengan dua konfigurasi benua yang disederhanakan, satu dengan representasi Asia dan satu tanpa. Hanya di hadapan Asia, dan karenanya monsun, Pasifik ekuator dan ENSO memiliki siklus musiman yang sesuai dengan pengamatan.
2 Metode
Kami menggunakan analisis ulang atmosfer ERA5 (Hersbach et al., 2020 ) dan eksperimen atmosfer-lautan gabungan yang diidealkan untuk mengisolasi dan memahami peran Musim Asia dalam musim Pasifik tropis. Model tersebut terdiri dari atmosfer lembap yang diidealkan dengan radiasi abu-abu dan lautan yang dinamis, dengan penghalang yang memisahkan cekungan Pasifik, Atlantik, dan India (Marshall et al., 1997 ; Tuckman et al., 2024 ). Kami membandingkan dua simulasi: simulasi “benua” di mana Eurasia direpresentasikan sebagai wilayah lintang tengah yang luas dengan kapasitas panas yang berkurang dan tidak ada dinamika lautan; dan simulasi “aquaplanet” tanpa representasi daratan (Gambar 2 ). Benua yang diidealkan menghasilkan presipitasi yang intens selama JJA, analog dengan musim Asia Selatan, sedangkan simulasi aquaplanet tidak. Rincian lebih lanjut tentang pengaturan model ditemukan di Lampiran A , dan kuantitas diagnostik yang relevan ditunjukkan pada Gambar S2 dan S3 di Informasi Pendukung S1 .
Dalam kedua simulasi, komponen utama pertama dari variabilitas antartahunan dalam suhu laut tropis menyerupai mode ENSO yang diamati (Gambar 2 , kolom kanan). Mode ini menunjukkan pemanasan di Pasifik ekuator tengah dan timur, pendinginan di Pasifik barat, dan menjelaskan 25%–35% variabilitas antartahunan di daerah tropis. Wilayah yang akan dipelajari ditandai dengan kotak oranye (Pasifik Barat) dan kotak biru (Pasifik Timur). Wilayah ini dipilih untuk mewakili kolam hangat Pasifik Barat dan lidah dingin Pasifik Timur, masing-masing. Kami menganalisis suhu potensial pada kedalaman 25 m (selanjutnya
) untuk simulasi karena lebih sedikit noise dan merupakan metrik kandungan panas laut yang lebih baik daripada SST, sementara untuk analisis ulang kami menggunakan SST karena merupakan variabel yang paling mudah didapat. Selain itu, simulasi memiliki arus naik di sepanjang batas timur Pasifik, yang memengaruhi SST, tetapi tidak
. Mode ENSO simulasi memiliki periode yang hampir sama dengan mode ENSO yang diamati (bagian bawah Gambar 2 ), yang spektrum daya lebarnya mencapai puncaknya antara 3 dan 6 tahun. Spektrum daya yang dimodelkan mencapai puncaknya pada 4 dan 5 tahun dalam simulasi akuaplanet dan benua, masing-masing; keduanya berada dalam batas kesalahan spektrum daya yang diamati. Perbedaan periode ENSO antara simulasi dapat disebabkan oleh keberadaan benua yang memengaruhi telekoneksi antara Samudra Hindia dan Pasifik (dibahas lebih lanjut dalam Lampiran A ). Yang terpenting, kedua model mensimulasikan variabilitas antartahunan yang realistis di Pasifik, memberikan keyakinan dalam penggunaannya untuk mempelajari ENSO.
3 Musim Pasifik Dengan dan Tanpa Musim Hujan
Musiman di Pasifik ekuator tertangkap dalam simulasi benua tetapi tidak dalam simulasi akuaplanet (Gambar 3 ). Suhu Pasifik Barat dalam analisis ulang (panel a) mencapai puncaknya di SON dan mencapai minimumnya di bulan Februari.
dari simulasi benua sebanding, memuncak pada bulan Oktober dan November dan memiliki minimum pada bulan Februari dan Maret. Simulasi akuaplanet, bagaimanapun, memiliki siklus musiman yang simetris secara kasar, dengan maksimum selama kedua musim titik balik matahari. Di Pasifik Timur (panel b), baik analisis ulang dan simulasi benua terhangat di MAM dan terdingin di SON, sedangkan simulasi akuaplanet sekali lagi memiliki dua maksimum dan dua minimum sepanjang tahun. Tanpa benua untuk memecah simetri hemisferik (yaitu, dalam simulasi akuaplanet), ada sedikit perbedaan antara musim panas dan musim dingin di sepanjang ekuator. Perhatikan bahwa simulasi menunjukkan siklus suhu musiman yang lebih besar di Pasifik Barat daripada analisis ulang, kemungkinan karena idealisasi model (seperti kurangnya awan dan penyerapan gelombang pendek atmosfer) atau bias model dalam kedalaman lapisan campuran.
Berikutnya, kami membandingkan distribusi musiman puncak ENSO yang disimulasikan dengan analisis ulang (Gambar 3c ). Puncak ENSO didefinisikan sebagai suhu Pasifik Timur yang melebihi rata-rata untuk waktu itu dalam setahun dengan dua deviasi standar dan berada pada titik tertingginya dalam jendela 12 bulan. Ambang batas untuk analisis ulang adalah satu deviasi standar, karena ini adalah deret waktu yang lebih pendek. Dalam pengamatan, lebih dari 65% puncak ENSO terjadi di DJF, sementara kurang dari 10% terjadi selama JJA. Musiman ENSO dalam simulasi benua serupa, dengan 64% puncak terjadi selama DJF dan 11% di JJA. Sebaliknya, dalam simulasi aquaplanet, ada sedikit musiman, dengan puncak yang sedikit lebih banyak selama JJA atau DJF dan lebih sedikit selama SON atau MAM.
Singkatnya, simulasi benua secara umum menangkap kemusiman Pasifik khatulistiwa, baik dalam klimatologinya maupun variabilitas antartahunan, sedangkan simulasi akuaplanet tidak. Hal ini secara kuat menunjukkan bahwa keberadaan Asia memainkan peran penting dalam kemusiman Pasifik, yang sekarang kami jelaskan menggunakan konsep mode monsunal.
3.1 Peran Mode Musiman
Pengamatan menunjukkan bahwa anomali energi dan presipitasi atmosfer terbentuk di Asia Selatan pada musim semi/panas boreal akibat pemanasan berlebih di daratan. Anomali ini kemudian teradveksi ke arah timur ke Pasifik Barat pada musim gugur boreal dan tetap di sana akibat interaksi dengan lidah dingin Pasifik Timur dan angin timur khatulistiwa. Tuckman dkk. ( 2024 ) menafsirkan fenomena ini sebagai “mode monsun”: Anomali energi lembap yang menyebar secara zonal dalam skala benua dan musiman. Ini menyediakan kerangka kerja untuk memahami bagaimana monsun Asia Selatan memengaruhi siklus musiman Pasifik Barat dan ENSO (Gambar 4 ).
Mode monsunal paling jelas terlihat dalam musim potensi fluks energi (EFP), yang didefinisikan sedemikian rupa sehingga gradiennya adalah transportasi energi lembap atmosfer (lihat Lampiran A untuk detailnya, Boos & Korty, 2016 ). Gambar 4 menunjukkan siklus musiman EFP maksimum, kawasan dari mana energi diekspor secara meridional dan zonal, dalam (a) analisis ulang, (b) simulasi akuaplanet, dan (c) simulasi benua. Dalam analisis ulang dan simulasi benua, energi diekspor dari Asia Selatan/Samudra Hindia Utara selama JJA dan dari Pasifik Barat ekuator selama DJF. Namun, dalam simulasi akuaplanet, hanya ada EFP maksimum kecil di atas Samudra Hindia Barat dengan sedikit pergerakan musiman. Ada juga EFP maksimum di atas Pasifik Barat dalam simulasi akuaplanet, karena cekungan Pasifik dan India serupa (tidak ditunjukkan dalam Gambar 4 , lihat Gambar S3 dalam Informasi Pendukung S1 ).
Mekanisme mode monsun dan relevansinya ditunjukkan di sisi kanan Gambar 4. Benua di Belahan Bumi Utara (panel d, abu-abu) menjadi sangat hangat selama JJA karena kapasitas panasnya yang rendah, yang menyebabkan fluks energi besar dari permukaan daratan (panah oranye) dan maksimum EFP (lingkaran hijau). Udara energik di atas benua tersebut diadveksi ke arah timur oleh angin monsun (panah hitam), yang menyebabkan udara hangat dan lembab yang tidak normal di atas permukaan yang dingin. Hal ini menekan fluks permukaan (panah merah), yang menyebabkan lebih sedikit energi yang meninggalkan Pasifik Barat dalam simulasi benua daripada dalam simulasi akuaplanet dari Mei hingga September (panel e). Akibatnya, Pasifik Barat lebih hangat dalam simulasi benua selama SON (panel f). Dengan kata lain, udara hangat yang bergerak ke timur dari Asia selama JJA menekan fluks permukaan di Pasifik Barat, yang menyebabkan suhu lautan di sana mencapai puncaknya di SON, seperti yang terlihat pada Gambar 3a . Penting untuk dicatat bahwa fluks permukaan dipengaruhi oleh kecepatan angin serta perbedaan suhu udara-laut, tetapi kecepatan angin dalam kedua simulasi sangat mirip selama musim yang relevan (Gambar S4 dalam Informasi Pendukung S1 ).
Meskipun EFP menunjukkan keberadaan mode monsunal dalam analisis ulang dan simulasi benua, ada faktor-faktor yang mempersulit interpretasi kami. Pertama, penggunaan EFP bulanan dapat memberikan kesan bahwa pergerakan mode dari Asia Selatan ke Pasifik Barat tidak berkesinambungan, sementara itu sebenarnya mulus. Ini ditunjukkan secara rinci dalam Tuckman et al. ( 2024 ), dan dapat dilihat dalam presipitasi analisis ulang (Gambar S5 dalam Informasi Pendukung S1 ). Selain itu, ada beberapa bias penting dalam simulasi benua, termasuk pergeseran ke barat di musim panas boreal dan pergerakan ke timur di musim dingin boreal. Ini kemungkinan besar karena penggunaan konfigurasi benua yang disederhanakan tanpa representasi Afrika atau Australia, yang masing-masing memengaruhi EFP musim panas dan musim dingin boreal.
Musiman SST Pasifik Timur juga dikendalikan oleh keberadaan benua, melalui kombinasi mode monsunal dan umpan balik Bjerknes (Bjerknes, 1969 ). Secara khusus, benua/Pasifik Barat yang lebih hangat di musim panas dan gugur boreal meningkatkan kekuatan sirkulasi Walker, dan oleh karena itu arus barat (Gambar S6a dalam Informasi Pendukung S1 ) dan arus naik (Gambar S6b dalam Informasi Pendukung S1 ) di Pasifik Timur. Ini mendinginkan Pasifik Timur dengan mengekspor air hangat ke barat (Gambar S6c dalam Informasi Pendukung S1 ) dan membawa air dingin ke permukaan dari bawah (Gambar S6d dalam Informasi Pendukung S1 ). Dengan kata lain, sirkulasi Walker yang terkuat di musim panas dan gugur boreal mendinginkan Pasifik Timur selama JJA dan membuatnya terdingin selama SON (Gambar 3b ). Sebaliknya, Pasifik Barat yang lebih dingin di DJF dan MAM meredam sirkulasi Walker, menghangatkan Pasifik Timur. Dalam simulasi akuaplanet, sirkulasi Walker memiliki sedikit musim, yang menyebabkan simetri musim panas/dingin dan musim gugur/semi pada suhu Pasifik Timur.
Singkatnya, udara hangat yang bergerak ke timur dari Asia selama JJA menekan fluks permukaan di Pasifik Barat, yang menyebabkan suhu di sana mencapai puncaknya di SON, seperti yang terlihat pada Gambar 3a . Pasifik Barat yang lebih hangat di SON juga memperkuat sirkulasi Walker, yang (a) semakin menghangatkan Pasifik Barat dengan mencegah arus naik di sana dan (b) mendinginkan lidah dingin (Bjerknes, 1969 ), yang menyebabkan Pasifik Timur memiliki musim yang berlawanan dengan Pasifik Barat (Gambar 3b ). Sekarang kita beralih ke bagaimana musim Pasifik latar belakang ini berinteraksi dengan ENSO.
3.2 Musiman ENSO
Untuk mengeksplorasi proses yang memengaruhi musim ENSO, kami menggunakan indeks Bjerknes yang dimodifikasi (Jin et al., 2006 , 2020 ) untuk menghitung laju pertumbuhan ENSO. Bagian riil indeks Bjerknes (ukuran pertumbuhan ENSO) bergantung pada perubahan suhu dekat permukaan Pasifik Timur dan relaksasi termoklin Pasifik Barat (Jin et al., 2020 ), jadi kami mengukur kedua faktor ini. Untuk suhu Pasifik Timur, kami mendiagnosis anggaran suhu anomali linier dari lapisan campuran di Pasifik Tengah dan Timur ekuator (190
–260
E, 5
S-5
N, kedalaman 0–80 m):
Di mana
adalah suhu,
adalah arus zonal,
adalah arus vertikal, dan
adalah fluks permukaan (skema di sisi kiri Gambar 5 ). Garis tepi menunjukkan siklus musiman klimatologis, bilangan prima menunjukkan anomali dari siklus musiman, dan
Dan
menunjukkan perbedaan terbatas dalam arah zonal dan vertikal di seluruh kotak yang dipelajari. Kami mengabaikan istilah nonlinier, adveksi meridional, dan sumber atau sink anomali selain fluks permukaan. Setiap istilah telah dibagi dengan
, sehingga dapat diartikan sebagai kontribusi terhadap tingkat pertumbuhan total peristiwa El Niño atau La Niña setelah peristiwa tersebut dimulai (yaitu, T ′
0).
Sementara itu, relaksasi termoklin Pasifik Barat (diwakili sebagai
) dihitung langsung dari simulasi sebagai kemiringan garis kecocokan terbaik antara
Dan
, Di mana
adalah kedalaman anomali termoklin Pasifik Barat (rincian lebih lanjut dapat ditemukan di Lampiran A ).
Kontribusi musiman setiap istilah terhadap pertumbuhan ENSO ditunjukkan di sisi kanan Gambar 5 untuk simulasi benua (atas) dan akuaplanet (bawah). Total laju pertumbuhan untuk simulasi benua (batang hitam) positif di JJA, puncaknya di SON, dan negatif di DJF dan MAM. Kemusiman ini terutama ditentukan oleh arus zonal rata-rata yang bekerja pada suhu anomali (oranye), dengan kontribusi sekunder dari arus zonal anomali yang bekerja pada suhu rata-rata (ungu), stratifikasi rata-rata (hijau), dan fluks permukaan (abu-abu). Semua kuantitas ini dipengaruhi oleh mode monsunal melalui modulasi suhu permukaan Pasifik dan arus terkait. Seperti dibahas di atas, keberadaan benua menyebabkan kemusiman dalam sirkulasi Walker, dan oleh karena itu arus barat dekat permukaan (Gambar S6a dalam Informasi Pendukung S1 ) dan arus naik Pasifik Timur (Gambar S6b dalam Informasi Pendukung S1 ). Hal ini memperkuat gradien suhu Pasifik di JJA dan SON, yang mengarah pada peningkatan pertumbuhan ENSO di musim-musim tersebut. Pasifik Barat yang lebih dingin di DJF dan MAM meredam sirkulasi Walker dan arus naik Pasifik Timur, yang menghangatkan air di dasar lapisan campuran. Faktor-faktor ini memengaruhi laju pertumbuhan ENSO melalui
(ungu),
(oranye), dan
(hijau), ditunjukkan di sisi kanan Gambar 5. Secara intuitif, karena sirkulasi Walker/umpan balik lidah dingin adalah sumber ketidakstabilan ENSO, sistem tersebut paling tidak stabil ketika fitur-fitur ini paling kuat di SON dan paling stabil ketika paling lemah di MAM.
Fluks permukaan juga sedikit memperkuat siklus musiman pertumbuhan ENSO, sebagian besar melalui suhu Pasifik Timur. Meskipun ada penyederhanaan model, kepentingan relatif dari istilah-istilah ini, dan khususnya dominasi adveksi zonal dalam menentukan musim ENSO, sesuai dengan penelitian sebelumnya (Chen & Jin, 2022 ). Efek fluks permukaan dalam model kami kecil, yang mungkin disebabkan oleh angin ekuator yang terkait dengan ITCZ yang memiliki siklus musiman yang terlalu kecil. Relaksasi termoklin
dan arus naik yang berarti bekerja pada gradien suhu yang tidak normal
tidak memiliki siklus musiman yang signifikan.
Untuk simulasi akuaplanet (kanan bawah Gambar 5 dan garis biru pada Gambar S6 dalam Informasi Pendukung S1 ), laju pertumbuhan ENSO dan komponen-komponennya memiliki siklus musiman yang kecil, yang menyebabkan sedikitnya musim pada puncak ENSO (Gambar 3 ). Perhatikan bahwa laju pertumbuhan ditampilkan di sini dengan rata-rata tahunan dihilangkan; laju pertumbuhan absolut kedua simulasi (yang serupa) dan deret waktu ENSO yang sesuai ditunjukkan pada Gambar S7 dalam Informasi Pendukung S1 .
Dengan adanya benua, transisi dari pertumbuhan ke peluruhan di DJF menyebabkan peristiwa ENSO mencapai puncaknya pada musim tersebut. Laju pertumbuhan sebagian besar dikendalikan oleh variasi arus zonal dan gradien suhu zonal, karena hubungan antara keduanya (yaitu, umpan balik Bjerknes) merupakan sumber ketidakstabilan ENSO. Keberadaan benua di utara khatulistiwa menjelaskan musim ini, karena mode monsunal menyebabkan siklus musiman pada suhu Pasifik khatulistiwa dan kekuatan sirkulasi Walker.
4 Kesimpulan
Kami telah mengusulkan penjelasan sederhana untuk musiman Pasifik ekuatorial dan penguncian fase musiman ENSO. Bahwa Pasifik Barat terhangat selama SON dan bahwa peristiwa ENSO mencapai puncaknya selama DJF keduanya dapat dipahami sebagai konsekuensi dari mode monsun Indo-Pasifik tahunan, di mana udara hangat yang bergerak ke timur dari Monsun Asia menekan fluks permukaan di Pasifik Barat (Tuckman et al., 2024 ). Dalam simulasi akuaplanet kami, yang tidak memiliki benua atau monsun, Pasifik Barat memiliki sedikit asimetri musim semi/gugur, dan peristiwa ENSO mencapai puncaknya selama musim panas boreal sama seringnya seperti pada musim dingin boreal. Namun, ketika monsun hadir, Pasifik Barat terhangat selama SON dan peristiwa ENSO mencapai puncaknya selama musim dingin boreal, seperti dalam pengamatan. Musiman ENSO berasal dari dampak mode monsun pada gradien suhu zonal di Pasifik dan perubahan terkait dalam Sirkulasi Walker.
Studi kami menunjukkan bahwa keberadaan Asia dan monsun tahunannya adalah kondisi yang cukup untuk menangkap asimetri musiman utama di Pasifik ekuator. Namun, itu mungkin bukan kondisi yang diperlukan, karena ada sumber asimetri hemisferik lainnya di Bumi. Ini termasuk Andes (Baldwin et al., 2021 ; Takahashi & Battisti, 2007a , 2007b ), Sirkulasi Terbalik Meridian Atlantik (Marshall et al., 2014 ), presesi orbit Bumi (Lu & Liu, 2019 ), dan kemiringan Amerika Selatan (Li & Philander, 1996 ; Philander et al., 1996 ), yang semuanya dapat memutus simetri musiman Pasifik ekuator. Namun, pengaruh monsun yang dipertimbangkan di sini adalah penjelasan intuitif tentang musim ENSO dan menggabungkan pemahaman tentang asimetri musim semi/gugur di Pasifik Barat. Selain itu, tidak ada mekanisme di atas yang dapat menjelaskan hasil yang ditunjukkan di sini, karena dalam dua simulasi kami, ITCZ serupa (Gambar S8 dalam Informasi Pendukung S1 ), Amerika Selatan tidak miring, Andes tidak terwakili, dan orbit Bumi berbentuk lingkaran. Penelitian lebih lanjut dengan konfigurasi ideal dapat dirancang untuk mengeksplorasi pengaruh masing-masing efek ini.
Hasil kami memiliki implikasi penting untuk memahami Pasifik ekuatorial. Pertama, mereka secara langsung menghubungkan sifat-sifat Pasifik tropis dengan Asia dan monsun Asia Selatan. Ini berarti bahwa mempelajari Pasifik memerlukan penghitungan pengaruh mode monsun. Variabilitas monsun antartahunan dan modulasi mode monsun oleh pergeseran benua pada skala waktu geologis dapat secara substansial memengaruhi Pasifik ekuatorial. Hubungan monsun-ENSO juga menyarankan kerangka kerja untuk menganalisis bias model dalam musim ENSO (Bellenger et al., 2014 ; Liu et al., 2021 ; Tian et al., 2019 ). Bias tersebut dapat disebabkan oleh perbedaan model dalam kekuatan atau pergerakan mode monsun. Kedua, wawasan apa pun tentang musim ENSO dapat berimplikasi pada penghalang prediktabilitas ENSO musim semi (SPB, Duan & Wei, 2013 ; Levine & McPhaden, 2015 ). Keadaan ENSO membantu menginisialisasi prediksi musiman, sehingga tingkat pertumbuhan ENSO negatif di MAM mempersulit prediksi iklim di bulan-bulan berikutnya. Kerangka mode monsunal menunjukkan alasan yang sederhana dan intuitif untuk SPB: tingkat pertumbuhan ENSO negatif di musim semi, yang disebabkan oleh Sirkulasi Walker yang melemah dan gradien suhu zonal kecil di Pasifik, disebabkan oleh keberadaan benua besar di Belahan Bumi Utara. Dengan menghubungkan musim ENSO dengan keberadaan Asia, kita telah membuat kemajuan dalam memahami prediktabilitas mendasar sistem Bumi.
