Abstrak
Pemanasan mendadak stratosfer (SSW) sebagian besar terjadi di Belahan Bumi Utara (NH) dengan hanya 1 peristiwa besar yang tercatat di Belahan Bumi Selatan di era satelit. Menyelidiki faktor-faktor yang berkontribusi terhadap asimetri ini dapat membantu mengungkap penyebab SSW dan menghasilkan prakiraan yang lebih baik. Di sini kami menggunakan simulasi model iklim untuk menyelidiki dampak kondisi batas (topografi dan sirkulasi laut) pada asimetri hemisfer. Topografi yang merata menghilangkan SSW NH, sementara menghilangkan sirkulasi terbalik meridional laut mengurangi frekuensinya hingga setengahnya. Respons SSW terhadap kondisi batas dikendalikan oleh asimetri hemisfer fluks panas eddy. Pengurangan didorong oleh penurunan amplitudo angin meridional eddy dan suhu eddy, serta peningkatan kosinus perbedaan antara fase-fasenya. Hasilnya menunjukkan kondisi batas memainkan peran penting dalam membentuk SSW, terutama pemaksaan topografi, tetapi interaksi kondisi batas bersifat nonlinier.
Poin-poin Utama
- Simulasi model iklim digunakan untuk mengukur dampak topografi dan sirkulasi laut terhadap pemanasan mendadak stratosfer (SSW).
- Topografi ditemukan memainkan peran dominan dalam membentuk asimetri hemisferik SSW melalui kontrolnya terhadap fluks panas eddy.
- Topografi memperkuat fluks panas eddy dengan meningkatkan amplitudo angin meridional eddy dan suhu sambil mengurangi perbedaan fase mereka.
Ringkasan Bahasa Sederhana
Pemanasan mendadak stratosfer (SSW) adalah peristiwa dahsyat yang memengaruhi cuaca dan iklim permukaan. Peristiwa ini sebagian besar terjadi di Belahan Bumi Utara, dan sangat sedikit yang terjadi di Belahan Bumi Selatan. Memahami mengapa hal ini terjadi adalah penting. Dengan menggunakan simulasi model iklim, kami mengukur bagaimana kondisi batas, seperti topografi dan sirkulasi laut, memengaruhi SSW. Hasilnya menunjukkan bahwa topografi adalah faktor utama yang memengaruhi perbedaan antara belahan bumi dalam SSW. Topografi terbukti mengendalikan seberapa banyak panas yang ditransfer ke arah kutub oleh penyimpangan dari rata-rata zonal, yang diketahui mendorong SSW. Lebih khusus lagi, topografi yang mendatar menyebabkan perubahan fase gelombang dan amplitudo angin meridional dan suhu, yang pada gilirannya menyebabkan penurunan fluks panas pusaran kutub.
1 Pendahuluan
Pemanasan mendadak stratosfer (SSW) merupakan gangguan mendadak pada stratosfer musim dingin, yang ditandai dengan peningkatan suhu yang cepat dan melemahnya atau bahkan berbaliknya angin zonal rata-rata zonal di wilayah pusaran kutub (Baldwin et al., 2021 ; Butler et al., 2015 ; Qian et al., 2024 ). SSW memengaruhi cuaca dan iklim di Belahan Bumi Utara (NH) (Baldwin & Dunkerton, 1999 ) dan Belahan Bumi Selatan (SH) (Thompson et al., 2005 ), dengan menggeser aliran jet dan jalur badai ke arah ekuator (Afargan-Gerstman & Domeisen, 2020 ; Baldwin & Dunkerton, 2001 ), yang menyebabkan anomali presipitasi dan suhu (Lehtonen & Karpechko, 2016 ; Lim et al., 2019 ). Selain itu, untuk SH, ia menekan penipisan ozon heterogen yang kuat, sehingga menghambat pembentukan lubang ozon (Varotsos, 2002 ).
Ciri khas SSW adalah asimetri hemisferik yang jelas dalam kejadiannya (Krüger et al., 2005 ). Fokus utama SSW adalah pada NH, yang terjadi dengan frekuensi sedikit lebih dari sekali setiap 2 tahun (Baldwin et al., 2021 ). Sebaliknya, hanya satu SSW utama di SH terjadi pada September 2002 (Allen et al., 2003 , 2006 ; Simmons et al., 2005 ), dan satu yang kecil terjadi pada September 2019 (Hendon et al., 2019 ; Rao et al., 2020 ; Yamazaki et al., 2020 ).
Salah satu faktor utama yang berkontribusi terhadap SSW adalah pecahnya gelombang skala planet yang menjalar ke atas dari troposfer (Matsuno, 1971 ), sumber penting variabilitas stratosfer (Cohen & Jones, 2011 ; Dunn-Sigouin & Shaw, 2015 , 2018 , 2020 ; Polvani & Waugh, 2004 ; Shaw & Perlwitz, 2013 , 2014 ; Sjoberg & Birner, 2012 , 2014 ). Variabilitas yang lebih lemah dan lebih sedikit SSW di SH dikaitkan dengan penggerak gelombang troposfer yang lebih lemah (Plumb, 1989 ). Gelombang planet stasioner di troposfer dipicu oleh berbagai kondisi batas bawah (Garfinkel et al., 2020 ; Held et al., 2002 ), termasuk topografi skala besar (Charney & Eliassen, 1949 ), pemaksaan termal permukaan seperti kontras daratan-laut (Smagorinsky, 1953 ) dan fluks energi permukaan asimetris (Shaw et al., 2022 ), dan interaksi nonlinier dari pusaran skala sinoptik (Scinocca & Haynes, 1998 ). Meskipun ada kemajuan yang signifikan, kepentingan relatif dari pemaksaan yang berbeda ini dalam mendorong variabilitas stratosfer masih belum jelas.
Apakah semua kondisi batas berkontribusi sama terhadap asimetri SSW, atau apakah satu mendominasi? Penelitian sebelumnya sebagian besar berfokus pada topografi ideal. Model inti dinamis kering menunjukkan bahwa peningkatan amplitudo topografi gelombang-2 ideal mendorong SSW (Dunn-Sigouin & Shaw, 2018 , 2020 ; Gerber & Polvani, 2009 ; Lindgren et al., 2018 ; Sheshadri et al., 2015 ; Taguchi & Yoden, 2002 ). Amplitudo topografi yang lebih kecil melemahkan variabilitas SH, sementara amplitudo yang lebih besar meningkatkan variabilitas NH. Namun, banyak penelitian mengabaikan topografi realistis dengan efek daratan.
Proses-proses oseanik, seperti sirkulasi terbalik meridional (MOC), juga memengaruhi sirkulasi stratosfer dengan memodulasi gelombang planet melalui gradien suhu permukaan laut (Hu et al., 2014 ). Sementara White et al. ( 2017 ) meneliti kontribusi topografi lokal terhadap sirkulasi musim dingin NH, mereka tidak mempertimbangkan gaya-gaya lain, seperti proses-proses samudra. Demikian pula, Garfinkel et al. ( 2020 ) menganalisis peran berbagai gaya dalam menggerakkan gelombang stasioner NH tetapi tidak membahas bagaimana gaya-gaya tersebut berkontribusi terhadap asimetri hemisferik SSW. Keterbatasan-keterbatasan ini menggarisbawahi perlunya mengeksplorasi bagaimana kondisi-kondisi batas yang berbeda berkontribusi terhadap asimetri hemisferik SSW.
Untuk mengatasi hal ini, penelitian kami meneliti kontribusi relatif dari kondisi batas, termasuk topografi realistis dan fluks energi permukaan di atas lautan, terhadap asimetri hemisferik SSW. Secara khusus, kami bertujuan untuk menjawab: (a) Apa kontribusi relatif dari kondisi batas terhadap asimetri hemisferik SSW? (b) Melalui mekanisme apa kondisi batas memengaruhi variabilitas stratosfer? Kami mengeksplorasi pertanyaan-pertanyaan ini menggunakan simulasi model iklim dengan kondisi batas permukaan (daratan dan lautan) yang dimodifikasi.
2 Data dan Metode
2.1 Simulasi Model Iklim
Kami menggunakan simulasi model sirkulasi umum atmosfer lempeng-samudra ECHAM6 yang sebelumnya dilaporkan oleh Shaw et al. ( 2022 ), yang menggabungkan permukaan daratan realistis yang menampilkan topografi, kedalaman laut lapisan campuran 50 m, dan fluks energi permukaan bervariasi bulanan yang ditentukan di atas laut yang dikuantifikasi oleh perbedaan fluks radiasi NASA CERES TOA dan divergensi fluks energi atmosfer yang diperoleh dari data analisis ulang ERA-Interim (Frierson et al., 2013 ; Shaw et al., 2022 ). Hasil serupa ditemukan saat menggunakan q-flux (fluks panas laut) yang diperoleh dari simulasi suhu permukaan laut yang ditentukan.
Dampak kondisi batas pada asimetri hemisferik SSW diukur dengan membandingkan simulasi 60 tahun dengan kondisi batas realistis dengan simulasi dengan topografi datar (FLAT) dan fluks energi permukaan simetris. Seperti yang dibahas dalam Shaw et al. ( 2022 ), dalam eksperimen FLAT, geopotensial permukaan dan orografi rata-rata ditetapkan menjadi nol. Dalam eksperimen fluks energi permukaan simetris, fluks energi permukaan dirata-ratakan di seluruh hemisferik, yang secara efektif menghilangkan MOC laut (Frierson et al., 2013 ) dan gradien suhu permukaan laut timur-barat.
2.2 Analisis ulang
Analisis ulang ERA5 (Hersbach et al., 2020 ) dari tahun 1958 hingga 2022 digunakan dalam studi ini. Kami menggunakan angin zonal dan meridional harian serta suhu untuk mengevaluasi kemampuan model dalam mensimulasikan frekuensi SSW dan fluks panas eddy meridional yang wajar.
2.3 Definisi SSW dan Eddy Heat Flux
Identifikasi SSW utama di kedua belahan bumi mengikuti metode yang digunakan oleh Charlton dan Polvani ( 2007 ), dimana SSW utama terjadi ketika angin barat rata-rata zonal berada pada
N/
S dan 10 hPa berbalik ke arah timur selama minimal 3 hari selama musim dingin (November-Maret untuk NH, Mei-September untuk SH). Tanggal pembalikan angin adalah tanggal awal, dan kejadian berikutnya dalam 20 hari tidak diperhitungkan. SSW tempat angin timur tidak kembali ke arah barat sebelum April juga tidak diperhitungkan.
Untuk mengukur aktivitas gelombang yang memasuki stratosfer, kami menghitung rata-rata bulanan fluks panas eddy meridional
pada 100 hPa (Polvani & Waugh, 2004 ), dimana
adalah angin meridional,
adalah suhu, dan garis atas dan tanda bintang menunjukkan rata-rata bulanan dan penyimpangan zonal. Kami juga menguraikan
Dan
pada
N dan 100 hPa menjadi bilangan gelombang, menghitung amplitudo dan fase setiap komponen gelombang sesuai Watt-Meyer dan Kushner ( 2018 ).
3 Hasil
3.1 SSW dalam Simulasi Model Iklim
Dalam ERA5, frekuensi SSW per tahun
di NH adalah sekitar 0,61/tahun sementara hanya ada 1 SSW utama di SH, konsisten dengan penelitian sebelumnya (Baldwin et al., 2021 ; Butler et al., 2015 ). Model dengan kondisi batas yang realistis, termasuk fluks energi permukaan klimatologis yang diperoleh secara observasional (selanjutnya disebut ALL), mereproduksi
di NH (Gambar 1a , ALL), mengungguli sebagian besar simulasi CMIP5/6 (Rao & Garfinkel, 2021 ). Ini juga secara akurat menangkap asimetri hemisfer di
, karena tidak ada SSW yang disimulasikan di SH.
Tidak ada SSW SH yang disimulasikan dalam model iklim, yang mungkin tampak seperti bias tetapi diharapkan. Jucker dan Reichler ( 2023 ) menunjukkan bahwa SSW di SH terjadi sekali setiap 62 tahun dalam simulasi model iklim berpasangan selama 9.990 tahun, sehingga masuk akal jika tidak ada peristiwa yang muncul dalam simulasi selama 60 tahun.
Untuk menilai lebih lanjut kemampuan model dalam simulasi variabilitas stratosfer, Gambar 1b mengilustrasikan distribusi bulanan frekuensi SSW di NH. Tidak seperti bias CMIP5/6 umum di mana SSW mencapai puncaknya di akhir musim dingin (Februari-Maret) (Rao & Garfinkel, 2021 ; Wu & Reichler, 2020 ), simulasi klimatologi model (ALL) menempatkan SSW terutama di pertengahan musim dingin (Januari-Februari).
Yang disimulasikan
dapat dipengaruhi oleh bias dalam keadaan rata-rata pusaran kutub (Rao et al., 2019 ; Wu & Reichler, 2020 ). Untuk mengatasi hal ini, kami menerapkan koreksi untuk menyelaraskan keadaan rata-rata model dengan nilai yang diamati, menghasilkan
deret waktu untuk mendeteksi SSW dan menghitung hasil yang disempurnakan
.
Ketika klimatologi angin zonal simulasi ALL pada 10 hPa dan
N diganti dengan nilai ERA5,
menurun (Gambar 1b , SEMUA BC), menunjukkan adanya perkiraan yang terlalu rendah
(Gambar S1a dan S1m dalam Informasi Pendukung S1 ). Meskipun terdapat bias dalam besaran angin rata-rata, model ini secara efektif menangkap profil vertikal dan musiman
(Gambar S1 dalam Informasi Pendukung S1 ). Baik dokumen asli maupun yang sudah diperbaiki
tetap berada dalam interval kepercayaan 95% dari ERA5, mengungguli banyak model CMIP5/6, yang sering kali berada di luar rentang ini (Rao & Garfinkel, 2021 ). Jadi, meskipun ada beberapa perbedaan, model ini merupakan alat yang kuat untuk mengeksplorasi frekuensi SSW dalam kondisi batas yang berbeda (bandingkan Gambar 1b dengan Gambar 2 dalam Rao dan Garfinkel ( 2021 )).
3.2 Dampak Kondisi Batas terhadap SSW
Topografi yang mendatar dalam model hampir menghilangkan SSW di NH dan asimetri hemisferik, dengan hanya satu SSW yang terjadi pada bulan Februari (Gambar 1a , FLAT). Ketika model dipaksa dengan fluks energi permukaan yang simetris, dengan menghilangkan MOC samudra, SSW NH berkurang setengahnya (Gambar 1a , SYMS). Dengan fluks FLAT dan yang simetris (Gambar 1a , F + S), tidak ada SSW yang terjadi di kedua hemisferik selama simulasi 60 tahun. Hasil ini menunjukkan topografi mendominasi asimetri hemisferik SSW, dengan kontribusi yang lebih kecil dari sirkulasi samudra, dan bahwa kondisi batas berinteraksi secara nonlinier dalam memengaruhi SSW.
3.3 Asimetri Fluks Panas Eddy Meridian
Untuk menjelaskan perubahan dalam frekuensi SSW, kami memeriksa fluks panas pusaran meridional, yang menggambarkan perambatan gelombang planet troposfer ke atas. Dalam ERA5, distribusi fluks panas pusaran NH pada 100 hPa condong positif (Gambar 2a ), dengan simulasi ALL yang mereplikasi pola ini secara dekat (Gambar 2b ). Distribusi yang condong, khususnya ekor panjang, menyiratkan bahwa ada banyak peluang bagi variabilitas internal untuk memicu denyut gelombang planet yang kuat yang menginduksi SSW (Matsuno, 1971 ; Watt-Meyer & Kushner, 2018 ).
Ketika topografi diratakan (Gambar 2c dan 2e ), fluks panas eddy median menurun, mengurangi kemungkinan perambatan gelombang ke atas dan SSW. Menyeimbangkan fluks energi permukaan (Gambar 2d ) memiliki dampak yang tidak signifikan secara statistik pada pemaksaan gelombang berdasarkan uji KS, meskipun frekuensi SSW NH turun hingga 1/3, dengan nilai fluks median turun dari 7,13 menjadi 6,66 Km/s dan penurunan 7% dalam nilai fluks panas di atas 10 Km/s. Ketika topografi diratakan dan fluks disimetrikan (Gambar 2e ), fluks median berkurang secara signifikan, yang menunjukkan topografi adalah faktor dominan.
Di SH, dengan orografi yang lebih rendah dan lebih sedikit SSW, fluks panas eddy meridional memiliki median yang lebih kecil dan lebih sedikit ekstrem (Gambar 2f dan 2g ). Meratakan topografi sedikit mengurangi fluks panas median, tetapi perubahannya tidak signifikan secara statistik (Gambar 2h ). Menyeimbangkan fluks energi permukaan juga menurunkan fluks panas median (Gambar 2i dan 2j ). Hal ini kemungkinan besar disebabkan oleh dominasi wilayah samudra di SH, di mana penerapan fluks energi permukaan yang simetris meratakan perbedaan zonal, akibatnya melemahkan sirkulasi stasioner.
Kami selanjutnya meneliti struktur spasial terintegrasi vertikal dari fluks panas eddy. Dalam ERA5, fluks panas NH besar di garis lintang tengah, terutama di sekitar
E, yang ditangkap oleh ALL (Gambar S2a dan S2d dalam Informasi Pendukung S1 ). Sebaliknya, SH menunjukkan struktur fluks longitudinal yang lebih kecil dan kurang signifikan (Gambar S2b dan S2e dalam Informasi Pendukung S1 ). Simulasi dengan topografi menyoroti asimetri NH yang kuat, terutama di dekat
E, hilir Dataran Tinggi Tibet, dengan asimetri ekstratropis 40% mirip dengan ERA5
(Gambar 3f ).
Ketika topografi diratakan, asimetri ini turun hingga 3% di seluruh garis bujur, terutama di daerah ekstratropis (Gambar 3c dan 3e ), konsisten dengan pengurangan fluks panas pusaran NH (Gambar 2c dan 2e ). Dampak topografi pada asimetri fluks terlihat jelas pada beberapa level (850, 300, dan 100 hPa, Gambar S3–S5 dalam Informasi Pendukung S1 ) dan paling menonjol di NH dekat fitur topografi yang signifikan (misalnya,
E dan
W), sementara perubahan pada SH dapat diabaikan.
Sebaliknya, ketika fluks energi permukaan disimetriskan, asimetri fluks panas eddy tidak berkurang secara signifikan (Gambar 3d ), dengan asimetri ekstratropis masih pada 37% (Gambar 3f ). Menyeimbangkan fluks permukaan mengurangi fluks panas eddy meridional di kedua belahan bumi di semua tingkat (Gambar S3h, S4h, dan S5h dalam Informasi Pendukung S1 ). Akhirnya, ketika kedua topografi diratakan dan fluks permukaan disimetriskan, asimetri fluks panas eddy menjadi diabaikan lagi (Gambar 3e ), dengan asimetri ekstratropis turun menjadi 7% (Gambar 3f ). Hasil ini menunjukkan bahwa kondisi batas berinteraksi secara nonlinier dalam dampaknya pada fluks panas eddy meridional.
3.4 Bagaimana Topografi Mendorong Asimetri Fluks Panas Eddy?
Simulasi menunjukkan bahwa topografi yang mendatar memberikan kendali dominan pada pemanasan stratosfer mendadak (SSW) dan asimetri hemisferik dari fluks panas pusaran meridional. Namun, bagaimana topografi mendorong asimetri fluks panas pusaran ini?
Seperti yang dibahas oleh Chen ( 2005 ), topografi dan fluks energi permukaan memaksa gelombang stasioner melalui mekanisme yang sama, yang utamanya diatur oleh dinamika gelombang Rossby. Akan tetapi, tujuan dari penelitian ini bukanlah untuk menyelidiki bagaimana gelombang stasioner dihasilkan oleh gaya yang berbeda. Sebaliknya, kami berfokus pada pemahaman bagaimana topografi berkontribusi terhadap terjadinya asimetri dalam fluks panas eddy.
Mengingat efek minor topografi pada distribusi fluks panas eddy di SH, kami meneliti perubahan asimetri ketika topografi NH diratakan. Jika
Dan
direpresentasikan menggunakan representasi eksponensial kompleks dari deret Fourier, nilai absolut fluks panas eddy
, yang merupakan representasi dari keselarasan antara dua kuantitas, dapat ditulis sebagai
Di mana
Dan
adalah amplitudo dari
Dan
Bahasa Indonesia:
Dan
adalah fase dari
Dan
.
Oleh karena itu, terjadi penurunan
ketika topografi menjadi datar dapat disebabkan oleh: (a) penurunan amplitudo angin meridional eddy
dan/atau suhu
; (b) pergeseran dalam keselarasan fase antara
Dan
, diwakili oleh
, yaitu dua variabel yang menjadi tidak sefase. Nilai kosinus 1 menunjukkan keselarasan sempurna, sedangkan nilai −1 menandakan fase yang berlawanan, keduanya memiliki nilai absolut 1.
menurun dari 1 menunjukkan perbedaan fase antara
Dan
menyimpang dari
(sepenuhnya dalam fase) atau
(benar-benar keluar fase).
Gambar 4 menunjukkan distribusi probabilitas amplitudo dan perbedaan fase angin eddy meridional rata-rata bulanan dan suhu pada 100 hPa dan
N di seluruh simulasi model iklim mengikuti Watt-Meyer dan Kushner ( 2018 ). Topografi yang mendatar menyebabkan penurunan signifikan secara statistik lebih dari 30
pada amplitudo gelombang median-1 untuk kedua variabel (Gambar 4a dan 4b ), dengan nilai p
berdasarkan uji KS. Selain itu, perbedaan fase antara kedua variabel sedikit meningkat (Gambar 4c ), yang menyebabkan sedikit penurunan pada kosinus perbedaan fase (Gambar 4d ).
Untuk komponen gelombang-2, mode distribusi amplitudo menurun lebih dari 20
ketika topografi dihilangkan (Gambar 4e dan 4f ) sementara perubahan nilai median kurang signifikan dibandingkan dengan komponen gelombang-1. Sebaliknya, angin meridional eddy dan suhu menjadi lebih tidak sefase jika tidak ada topografi (Gambar 4g ). Perbedaan fase meningkat sebesar
mengikuti topografi yang mendatar, sedangkan kosinus perbedaan ini berkurang sekitar 60
(Gambar 4h ), keduanya signifikan secara statistik ( nilai p
, uji KS). Hal ini berkontribusi pada pengurangan fluks panas pusaran NH. Komponen bilangan gelombang yang lebih tinggi menunjukkan pengurangan yang nyata dalam amplitudo suhu pusaran (Gambar S6b dan S6f dalam Informasi Pendukung S1 ), sementara variasi lainnya tetap relatif sederhana.
Secara keseluruhan, pengurangan fluks panas gelombang-1 disebabkan oleh penurunan
Bahasa Indonesia:
amplitudo dan peningkatan perbedaan fase, sementara pengurangan fluks panas median gelombang-2 terutama disebabkan oleh perbedaan fase.
Untuk menguji pengaruh topografi terhadap fluks panas eddy, kami menggunakan metode linear, quasi-geostrophic (QG).
-model saluran bidang untuk mensimulasikan gerakan gelombang planet stasioner di atmosfer tengah. Persamaan terperinci, kondisi batas, dan derivasi disediakan dalam Informasi Pendukung S1 . Sementara model QG linear tidak dapat menangkap dinamika orde lebih tinggi atau medan gelombang stasioner yang terkait dengan asimetri permukaan lainnya, model ini dapat mengisolasi peran topografi dalam memodulasi interaksi aliran rata-rata gelombang.
Gambar S8 dalam Informasi Pendukung S1 menunjukkan bahwa gaya topografi dalam model QG meningkatkan amplitudo gelombang, fluks panas eddy, dan kopling fase antara angin meridional eddy dan suhu. Secara khusus, dengan membandingkan skenario dengan topografi yang realistis dan halus, gambar tersebut menunjukkan bahwa topografi yang diperkecil melemahkan amplitudo gelombang dan meningkatkan perbedaan fase, yang konsisten dengan hasil dari simulasi ECHAM6 dan semakin memperkuat temuan. Hasil dan perbandingan lengkap dirinci dalam Informasi Pendukung S1 .
4 Diskusi
Studi ini menggunakan simulasi model iklim untuk mengukur dampak kondisi batas pada asimetri hemisferik SSW. Pendekatan kami selaras dengan studi sebelumnya yang menggunakan model iklim untuk memahami dampak kondisi batas pada asimetri hemisferik fitur atmosfer (Frierson et al., 2013 ; Manabe & Terpstra, 1974 ; Shaw et al., 2022 ). Lebih khusus lagi, kami mengukur dampak topografi dengan meratakannya, dan dampak MOC samudra dengan menyeimbangkan fluks energi permukaan di samudra lempeng (Stevens et al., 2013 ).
Tujuan kami adalah untuk menjawab dua pertanyaan yang diajukan dalam Pendahuluan. Yaitu (a) Apa kontribusi relatif dari kondisi batas, termasuk topografi dan MOC samudra, pada asimetri hemisferik SSW? (b) Melalui mekanisme apa kondisi batas memengaruhi variabilitas stratosfer?
Jawaban untuk pertanyaan pertama adalah bahwa topografi mendominasi asimetri hemisferik SSW sementara fluks energi permukaan asimetris memainkan peran yang lebih kecil dalam keberadaan topografi. Topografi pada dasarnya menghilangkan SSW di NH dan menghilangkan asimetri hemisferik. Menyeimbangkan fluks energi permukaan hanya mengurangi SSW NH sebesar 1/3. Khususnya, dampak topografi pada persentase asimetri fluks kalor eddy cukup besar, melebihi 35
, dengan kontribusi non-aditif dari berbagai pemaksaan batas yang menunjukkan interaksi nonlinier di antara mereka. Meskipun hasil kami menunjukkan bahwa kondisi batas berinteraksi secara nonlinier dalam hal dampaknya pada SSW, jelas bahwa topografi adalah faktor yang lebih signifikan.
Jawaban untuk pertanyaan kedua adalah bahwa topografi memengaruhi variabilitas stratosfer dengan meningkatkan amplitudo suhu eddy dan angin meridional, dan mengurangi perbedaan fase mereka. Secara khusus, penghapusan topografi menghasilkan penurunan nilai median amplitudo untuk angin meridional eddy dan suhu eddy, khususnya untuk nomor gelombang 1. Penurunan ini disertai dengan peningkatan perbedaan fase antara kedua variabel, yaitu mereka menjadi lebih tidak sefase satu sama lain. Perubahan-perubahan dalam amplitudo dan fase yang disebabkan oleh topografi ini menyebabkan peningkatan regional dalam fluks panas eddy, khususnya di atas Eurasia, yang menunjukkan perambatan gelombang planet ke atas ke stratosfer, sehingga mengganggu pusaran kutub dan menyebabkan lebih banyak SSW.
Hasil kami konsisten dengan penelitian sebelumnya yang menunjukkan bahwa topografi secara signifikan memengaruhi fitur gelombang stasioner (Garfinkel et al., 2020 ; Held, 1983 ; Manabe & Terpstra, 1974 ). Secara umum diasumsikan bahwa topografi dan kontras daratan-lautan berkontribusi terhadap asimetri hemisferik SSW dan fluks panas eddy. Namun, analisis kami menunjukkan bahwa topografi merupakan faktor dominan.
Studi sebelumnya telah menunjukkan bahwa kontras termal darat-laut berkontribusi pada pembentukan gelombang stasioner (Garfinkel et al., 2020 ; Portal et al., 2022 ); namun, hasil kami menunjukkan bahwa perannya dalam asimetri SSW adalah minor. Sementara simulasi kami tidak secara eksplisit menghilangkan dampak pemaksaan termal dari kontras darat-laut untuk perbandingan langsung, efeknya masih dapat diamati dalam simulasi FLAT (Gambar S3d, S3e, S10e, dan S10f dalam Informasi Pendukung S1 ). Hasil menunjukkan bahwa asimetri hemisfer dalam aktivitas eddy tetap minimal ketika topografi dihilangkan, meskipun ada kontras darat-laut. Ini menunjukkan bahwa gelombang stasioner yang dihasilkan oleh kontras darat-laut lemah dan tidak berkontribusi secara signifikan terhadap asimetri, sementara topografi memberikan pengaruh yang lebih substansial. Dengan meratakan topografi, kontribusi topografi dan interaksi nonlinier antara topografi dan pemaksaan termal dikecualikan, hanya menyisakan kontribusi minor dari pemaksaan termal. Mereproduksi hasil ini dalam model iklim lainnya penting untuk memastikan keandalannya.
