نیوار

نیوار

تعدیل ماه‌های خشک و تر بی‌هنجار زمستانه ایران توسط نوسان مادن-جولیان: بسامد، دامنه و سازوکارهای همدیدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
پژوهشگاه هواشناسی
چکیده
نوسان مادن‌جولیان (MJO) به مهمترین مؤلفه تغییرپذیری درونفصلی جو حاره‌ای، نقشی محوری در بازآرایی الگوهای گردش عمومی جو و تعدیل سامانه‌های بارشی در مقیاس جهانی ایفا می‌کند. با جابه‌جایی هسته همرفت فعال در هشت فاز این نوسان، بی‌هنجاری‌های دینامیکی قابل توجهی در میدان‎‌های فشار، باد و بارش نواحی حاره، جنب حاره و عرض‌های میانی شکل می‌گیرد. این بی‌هنجاری‌ها از طریق انتشار امواج راسبی رو به قطب، گردش‌های جوی عرض‌های میانی را به طور مؤثری تعدیل کرده و می‌توانند رخدادهای حدی بارشی را در مناطق نیمه خشکی نظیر ایران کنترل کنند. هدف این پژوهش، بررسی کمّی بسامد، دامنه و شدت MJO در ارتباط با دوره‌های خشک و تر فرین دسامبر تا مارس ایران طی دوره اقلیمی ۱۹۹۱–۲۰۲۰ و تحلیل سازوکارهای همدیدی-دینامیکی آنها است. بدین منظور، برای هر یک از چهار ماه پربارش فصل سرد، ۱۰ ماه خشک و ۱۰ ماه تر فرین بر اساس درصد انحراف بارش از میانگین اقلیمی شناسایی شدند. شاخص چندمتغیره زمان واقعی (RMM) برای تعیین فاز و دامنه روزانه MJO به‌کار رفت و الگوهای همدیدی از داده‌های بازتحلیل NCEP/NCAR استخراج گردید.
نتایج نشان می‌دهد که بارش فصل سرد ایران روند کاهشی معناداری در سطح اطمینان ۹۰ درصد در دسامبر، ژانویه و مارس داشته و دامنه تغییرپذیری بارش در دوره‌های فرین از 6/86- تا 8/135+ درصد نسبت به میانگین بلندمدت می‌رسد. یافته‌های کلیدی نشان می‌دهند. یافته‌های کلیدی نشان می‌دهند که فازهای ۴ تا 6، MJO که موقعیت همرفت فعال را بر فراز خشکی‌های دریایی و اقیانوس آرام غربی نشان می‌دهند، به‌طور مکرر با دوره‌های خشک فرین همراه بوده‌اند، در حالی که فازهای ۸، ۱ و ۲ بیشترین همراهی را با دوره‌های مرطوب داشته‌اند. این تأثیر از دو مسیر دینامیکی اصلی عمل می‌ک: انتقال مستقیم رطوبت از اقیانوس هند از طریق تعدیل بادهای شرقی مداری، و ارتباط از راه دور از طریق امواج راسبی که ناوه‌های مدیترانه‌ای را تعمیق یا تضعیف می‌کنند.
در دوره‌های خشک فرین، دامنه MJO در فازهای ۴ تا ۶ به Am ≥2 رسیده که نشاندهنده فعالیت قوی و پایدار این نوسان است. این آرایش جوی با تقویت کمفشار حارهای بر روی اقیانوس هند، گسترش پشته‌های جنبحارهای، تضعیف ناوه مدیترانه، و اختلال در مسیرهای انتقال رطوبت از شمالغرب اقیانوس هند، دریای عرب، دریای عمان و دریای سرخ به سمت ایران همراه است.
در مقابل، فازهای 8، 1 و 2 MJO در اغلب ماه‌های تر فرین غالب بودند. انتشار امواج راسبی رو به قطب ناشی از سرکوب همرفت در اقیانوس آرام، ناوه مدیترانه را با بی‌هنجاری‌های منفی ارتفاع در تراز hPa500، به حدود 50 تا 110 متر می‌رسد. همزمان، بازآرایی بادهای مداری موجب تقویت انتقال رطوبت از منابع جنوبی به سمت ایران می‌شود. به طور کلی، نتایج نشان می‌دهد که MJO از طریق دو سازوکار مکمل،تعدیل مستقیم گردش‌های مداری و انتقال رطوبت، و تعدیل غیرمستقیم گردش‌های عرض‌های میانی از طریق امواج راسبی، نقش تعیینکننده‌ای در کنترل رخدادهای حدی بارش ایران دارد و پتانسیل قابل توجهی برای ارتقای پیشبینیهای زیرفصلی فراهم میکند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

MJO Modulation of Anomalous Dry and Wet Winter Months over Iran: Frequency, Amplitude, and Synoptic-Scale Mechanisms

نویسنده English

Abbas Ranjbar
RIMAS
چکیده English

The Madden-Julian Oscillation (MJO), as the most prominent mode of tropical intraseasonal atmospheric variability, plays a pivotal role in reorganizing the general circulation patterns and modulating precipitation systems at the global scale. Through the eastward propagation of its active convective core across the eight phases of this oscillation, significant dynamical anomalies emerge in the pressure, wind, and precipitation fields across tropical, subtropical, and mid-latitude regions. These anomalies effectively modulate mid-latitude atmospheric circulations via poleward Rossby wave propagation and can exert substantial control over extreme precipitation events in semi-arid regions such as Iran. The primary objective of this study is to quantitatively assess the frequency, amplitude, and intensity of MJO activity in relation to extreme dry and wet periods during December–March over Iran across the 1991–2020 climatological period, and to analyze the underlying synoptic-dynamic mechanisms. To this end, for each of the four principal precipitation months of the cold season, ten extreme dry and ten extreme wet months were identified based on the percentage deviation of precipitation from the long-term climatological mean. The Real-time Multivariate MJO (RMM) index was employed to determine the daily phase and amplitude of MJO activity, and synoptic patterns were derived from NCEP/NCAR reanalysis data.
The results reveal that cold-season precipitation over Iran exhibits a statistically significant decreasing trend at the 90% confidence level in December, January, and March, with the amplitude of precipitation variability in extreme periods ranging from −86.6% to +135.8% relative to the long-term mean. Key findings indicate that MJO phases 4 through 6, characterized by active convection positioned over the Maritime Continent and the western Pacific Ocean, are recurrently associated with extreme dry periods, whereas phases 8, 1, and 2 show the strongest association with extreme wet periods. This influence operates through two primary dynamical pathways: (1) direct moisture transport from the Indian Ocean via modulation of equatorial easterlies, and (2) remote teleconnection through Rossby waves that deepen or weaken Mediterranean troughs.
During extreme dry periods, MJO amplitude in phases 4–6 reaches Am ≥ 2, indicative of strong and persistent oscillatory activity. This atmospheric configuration is accompanied by an intensified tropical low-pressure system over the Indian Ocean, expansion of subtropical ridges, suppression of the Mediterranean trough, and disruption of moisture transport pathways from the northwestern Indian Ocean, the Arabian Sea, the Sea of Oman, and the Red Sea toward Iran.
Conversely, MJO phases 8, 1, and 2 were dominant during the majority of extreme wet months. Poleward Rossby wave propagation, induced by suppressed convection over the Pacific Ocean, deepens the Mediterranean trough through negative geopotential height anomalies at the 500hPa level, reaching approximately 50 to 110 metres. Simultaneously, the reorganization of equatorial winds reinforces moisture transport from southern oceanic sources toward Iran. Overall, the findings demonstrate that the MJO exerts a determining influence on extreme precipitation events in Iran through two complementary mechanisms, direct modulation of equatorial circulations and moisture transport, and indirect modulation of mid-latitude circulations via Rossby wave dynamics, and offers considerable potential for advancing subseasonal precipitation forecasting.

کلیدواژه‌ها English

MJO
Anomalously Wet/Dry Months
Iran
  1. Ahmadi Givi, F., & Parhizkar, D. (2008). Investigation of the role of ENSO in Iran's annual precipitation during the period 1971–2000. Iranian Journal of Geophysics, 2(2), 25–37. (In Persian)
  2. Almazroui, M. (2023). The influence of the Madden–Julian Oscillation on the wet season rainfall over Saudi Arabia. Earth Systems and Environment, 7, 1–14.
  3. Bahrami, F., Ranjbar Saadatabadi, A., Meshkatee, A. M., & Kamali, G. (2020). Autumn rainfall anomalies and regional atmospheric circulation along establishment of weak La Niña after strong El Niño in Iran. Iranian Journal of Geophysics, 13(4), 1–15. https://doi.org/10.30499/ijg.2020.104779
  4. Casanueva, V. A., Rodríguez-Puebla, C., Frías-Domínguez, M. D., & González-Reviriego, N. (2014). Variability of extreme precipitation over Europe and its relationships with teleconnection patterns. Hydrology and Earth System Sciences, 18(2), 709–725. https://doi.org/10.5194/hess-18-709-2014
  5. Cassou, C. (2008). Intraseasonal interaction between the Madden–Julian oscillation and the North Atlantic oscillation. Nature, 455(7212), 523–527. https://doi.org/10.1038/nature07286
  6. Cheng, T. F., Wang, B., Liu, F., Chen, G., & Lu, M. (2025). Shifts in MJO behavior enhance predictability of subseasonal precipitation whiplashes. Nature Communications, 16, 3978. https://doi.org/10.1038/s41467-025-58955-4
  7. de Vries, A. J., Tyrlis, E., Edry, D., Krichak, S. O., Steil, B., & Lelieveld, J. (2013). Extreme precipitation events in the Middle East: Dynamics of the active Red Sea trough. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 118, 7087–7108. https://doi.org/10.1002/jgrd.50569
  8. de Vries, A. J., El Kenawy, A., McCabe, M. F., & Lelieveld, J. (2018). Identification of tropical–extratropical interactions and extreme precipitation events in the Middle East based on potential vorticity and moisture transport. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 123, 861–881. https://doi.org/10.1002/2017JD027587
  9. Fernandes, L. G., & Grimm, A. M. (2023). ENSO modulation of global MJO and its impacts on South America. Journal of Climate, 36, 7715–7738. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-22-0781.1
  10. Ferranti, L., Palmer, T. N., Molteni, F., & Klinker, E. (1990). Tropical–extratropical interaction associated with the 30–60 day oscillation and its impact on medium and extended range prediction. Journal of the Atmospheric Sciences, 47, 2177–2199.
  11. Ghazanfari Lakeh, A. (2009). Case study of moisture and precipitation distribution over the country in winter 2007–2008 and its possible relationship with MJO convection [Master's thesis, Institute of Geophysics, University of Tehran]. (In Persian)
  12. Ghaed Amini Asadabadi, H., & Nazem al-Sadat, M. J. (2012). Evaluation of the impact of Madden–Julian Oscillation on daily precipitation events in Sistan and Baluchestan provinces. Water and Soil Journal, 26(6), 1372–1383. (In Persian)
  13. Hendon, H. H., & Salby, M. L. (1994). The life cycle of the Madden–Julian Oscillation. Journal of the Atmospheric Sciences, 51, 2225–2237.
  14. Hoskins, B. J., & Karoly, D. J. (1981). The steady linear response of a spherical atmosphere to thermal and orographic forcing. Journal of the Atmospheric Sciences, 38, 1179–1196. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1981)038<1179:TSLROA>2.0.CO;2
  15. Jamshidi Khazali, T., Ranjbar, A., Naserasfehani, M. A., Tajbakhsh, S., & Mohab Holjeh, A. R. (2020). The effect of teleconnection factors and Rossby wave propagation on atmospheric patterns in flood-causing precipitation in Ilam and its predictability using the WRF mesoscale model. Geography and Regional Development, 18(2). (In Persian)
  16. Kiladis, G. N., & Weickmann, K. M. (1992). Circulation anomalies associated with tropical convection during northern winter. Monthly Weather Review, 120, 1900–1923.
  17. Lee, J. C. K., Lee, R. W., Woolnough, S. J., & Boxall, L. J. (2020). The links between the Madden–Julian Oscillation and European weather regimes. Theoretical and Applied Climatology, 141, 567–586. https://doi.org/10.1007/s00704-020-03223-2
  18. Li, Z., Li, Y., Shi, X., & Li, J. (2017). The characteristics of wet and dry spells for the diverse climate in China. Global and Planetary Change, 149, 14–19. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2016.12.015
  19. Lin, H., Brunet, G., & Derome, J. (2009). An observed connection between the North Atlantic oscillation and the Madden–Julian oscillation. Journal of Climate, 22(2), 364–380. https://doi.org/10.1175/2008JCLI2515.1
  20. Madden, R. A., & Julian, P. R. (1971). Detection of a 40–50 day oscillation in the zonal wind in the tropical Pacific. Journal of the Atmospheric Sciences, 28, 702–708.
  21. Madden, R. A., & Julian, P. R. (1972). Description of global-scale circulation cells in the tropics with a 40–50 day period. Journal of the Atmospheric Sciences, 29, 1109–1123.
  22. Madden, R. A., & Julian, P. R. (1994). Observations of the 40–50 day tropical oscillation: A review. Monthly Weather Review, 112, 814–837.
  23. Mahbod, M., Mashayekhi, S., Rafiee, M. R., & Parnian, A. (2023). Spatio-temporal variations of wet and dry spells in Iran and their association with large-scale climatic indices. International Journal of Climatology, 43(6), 2754–2775. https://doi.org/10.1002/joc.8000
  24. Matthews, A. J., & Kiladis, G. N. (1999). The tropical–extratropical interaction between high-frequency transients and the Madden–Julian Oscillation. Monthly Weather Review, 127, 661–677.
  25. Motamedi, A., Gohari, A., & Haghighi, A. T. (2023). Three-decade assessment of dry and wet spells change across Iran, a fingerprint of climate change. Scientific Reports, 13, 2888. https://doi.org/10.1038/s41598-023-20040-0
  26. Nasr Esfahani, M. A. (2009). Investigating the effect of NAO and MJO on the climate of Southwest Asia [Doctoral dissertation, Institute of Geophysics, University of Tehran]. (In Persian)
  27. Ranjbar Sa'adat-Abadi, A., & Souri, N. (2017). Study of atmospheric circulation anomalies associated with Madden–Julian Oscillation activity and winter precipitation in Iran. Iranian Journal of Geophysics, 11(1), 49–65. (In Persian)
  28. Ranjbar Sa'adat-Abadi, A. (2025). Analysis of 500 hPa atmospheric circulation anomalies and their impact on dry and wet periods in Iran (1995–2024). Journal of Geographical Research: Natural, 57(3), 23–42. https://doi.org/10.22059/jphgr.2025.403917.1007903 (In Persian)
  29. Seo, K. H., & Son, S. W. (2012). The global atmospheric circulation response to tropical diabatic heating associated with the Madden–Julian oscillation during northern winter. Journal of the Atmospheric Sciences, 69, 79–96. https://doi.org/10.1175/2011JAS3686.1
  30. Sperber, K. R. (2003). Propagation and the vertical structure of the Madden–Julian Oscillation. Monthly Weather Review, 131, 3018–3037.
  31. Vigaud, N., Tippett, M. K., & Robertson, A. W. (2019). Deterministic skill of subseasonal precipitation forecasts for the East Africa–West Asia sector from September to May. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 124, 11887–11896. https://doi.org/10.1029/2019JD030747
  32. Vitart, F. (2014). Evolution of ECMWF sub-seasonal forecast skill scores. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 140(683), 1889–1899. https://doi.org/10.1002/qj.2256
  33. Wang, J., DeFlorio, M. J., Kim, H., Guirguis, K., & Gershunov, A. (2025). Future MJO change and its impact on extreme precipitation and temperature over the western US in CMIP6. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 130(5). https://doi.org/10.1029/2024JD042123
  34. Wheeler, M. C., & Hendon, H. H. (2004). An all-season real-time multivariate MJO index: Development of an index for monitoring and prediction. Monthly Weather Review, 132, 1917–1932.
دوره 50، 132-133 - شماره پیاپی 132
فروردین 1405
صفحه 200-221

  • تاریخ دریافت 21 اردیبهشت 1405
  • تاریخ بازنگری 26 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 17 مرداد 1405
  • تاریخ انتشار 01 فروردین 1405