Original paper

Circulation mechanisms of climate anomalies in the equatorial Indian Ocean

Hastenrath, Stefan; Polzin, Dierk

Meteorologische Zeitschrift Vol. 12 No. 2 (2003), p. 81 - 93

published: Apr 25, 2003

DOI: 10.1127/0941-2948/2003/0012-0081

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ArtNo. ESP025011202003, Price: 29.00 €

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Abstract

The circulation mechanisms of climatic anomalies in the equatorial Indian Ocean are diagnosed from longterm surface and upper-air data for the October-November core of the East African "Short Rains" and season of zonal circulation cell along the Indian Ocean Equator. Climatic variability is dominated by variations in the intensity of the zonal circulation cell, manifested in subsidence in the West, ascending motion in the East, divergent westward flow in the upper troposphere, and equatorial surface westerlies (UEQ). The UEQ requires steep zonal pressure gradient, with low pressure in the East. Disastrous floods in East Africa and drought in Indonesia occur in years with weak development of the zonal circulation cell, characterized by high surface pressure anomaly in the East, which is common but not limited to the low phase of the Southern Oscillation (SO). A deficient Indian summer monsoon, common in the low SO phase, leaves behind an anomalously warm western Indian Ocean. With high pressure anomaly in the East during the months preceding October-November the Indonesian waters tend to be anomalously cold. Accordingly, with weak zonal circulation cell and in the low SO phase, the westward gradient of sea surface temperature in the equatorial Indian Ocean tends to be reduced. Weak equatorial zonal circulation in October-November is preceded by flow departures of same sense in the near-equatorial atmosphere evolving since boreal summer, and this is evidenced in the 1958-97 record as a whole, as well as for the individual extreme years 1961, 1994 and 1997. Peculiar to the 1961 extreme event is that it was preceded by an extremely good Indian summer monsoon yet anomalously warm waters in the West of the basin, and that the functionally important surface high pressure anomaly in the East did not coincide with the low SO phase.

Kurzfassung

Die Zirkulationsmechanismen von Klima-Anomalien im äquatorialen Indischen Ozean werden diagnostiziert auf Grund von langja¨hrigen Daten am Boden und in der freien Atmosphäre für Oktober–November, den Kern der zweiten Regenzeit in Ostafrika und Jahreszeit einer kra¨ftigen zonalen Zirkulationszelle längs des Äquators. Die Veränderlichkeit des Klimas wird beherrscht von Schwankungen in der Stärke der zonalen Zirkulationszelle, die sich manifestiert im Absinken im Westen, Aufwärtsbewegung im Osten, divergenter westwa¨rtiger Strömung in der oberen Troposphäre, und äquatorialen Westwinden am Boden (UEQ). UEQ erfordert einen starken zonalen Druckgradienten, mit tiefem Druck im Osten. Verheerende Starkregen in Ostafrika und Dürren in Indonesien ereignen sich in Jahren mit schwacher Ausbildung der zonalen Zirkulationszelle, die gekennzeichnet ist durch anomal hohen Bodendruck im Osten, der gewöhnlich aber nicht ausschliesslich in der niederen Phase der Southern Oscillation (SO) vorkommt. Ein schwacher Indischer Sommermonsun, der für die niedere Phase der SO typisch ist, hinterlässt einen anomal warmen westlichen Indischen Ozean. Bei anomal hohem Druck im Osten während der dem Oktober–November vorhergehenden Monate pflegen die Indonesischen Gewa¨sser anomal kalt zu sein. Mit schwacher zonaler Zirkulationszelle und in der niederen Phase der SO pflegt dementsprechend der westwärtige Temperaturgradient im äquatorialen Indischen Ozean abgeschwächt zu sein. Einer schwachen äquatorialen Zonalzirkulation gehen gleichsinnige Strömungsabweichungen in der äquatornahen Atmosphäre voran, die sich seit dem Nordsommer entwickeln. Das erweist sich für den Zeitraum 1958–97 insgesamt, ebenso wie für die extremen Einzeljahre 1961, 1994, und 1997. Eigentümlich für das extreme Ereignis 1961 ist der Umstand, dass ihm ein außergewöhnlich ergiebiger Indischer Sommermonsun, jedoch Warmwasseranomalien im Westen des Beckens vorausgingen, und dass die funktionsmäßig wichtige Hochdruckanomalie im Osten nicht mit der niederen Phase der SO zusammenfiel.