The relationship between wind and sea surface temperature anomalies in the mid‐latitude North Pacific Ocean

Abstract

The relationships between monthly anomalies of sea surface temperature (SST) and monthly anomalies of several surface wind parameters are examined using ten years of data from the mid‐latitude North Pacific Ocean. The wind parameters involve both u³ _* and curl τ, where u_* is the atmospheric friction velocity and τ the surface stress. These quantities are calculated from surface wind components analysed on synoptic (6‐hourly) maps. In order to examine the effect of synoptic disturbances, the time series of surface wind components at each grid point is high‐pass filtered (passing periods less than 10 days) and the above wind parameters are calculated from both filtered and unfiltered wind components.

Two statistically significant relationships are found between monthly anomalies of SST and those of the various wind parameters. The first is a large coherent negative correlation between monthly anomalies of u³ _* calculated from the high‐pass filtered wind components and month‐to‐month changes in the SST anomalies in the Central Pacific. This relationship is attributed to the production of turbulent vertical mixing in the ocean by synoptic disturbances in the atmosphere. The second relationship is a large positive correlation between curl τ calculated from the unfiltered wind components and SST anomaly changes in the Eastern Pacific. This relationship, which is opposite to that expected from Ekman pumping, is attributed to a negative association between the wind stress curl and the meridional advection of heat by the eastern boundary current system. It is shown that these atmospheric forcing mechanisms explain up to 10 per cent of the variance of monthly SST anomalies in a large part of the mid‐latitude North Pacific Ocean. This amount is in addition to, but certainly less than, that which can be explained by anomalous horizontal advection through statistical relationships with sea‐level pressure anomalies (Davis, 1976).

Résumé

Dix années de données recueillies aux latitudes moyennes du nord de l'océan Pacifique ont été utilisées pour étudier les relations possibles entre les anomalies mensuelles de la températures de la mer en surface (TMS) et les anomalies mensuelles de plusieurs paramètres du vent en surface. Les paramètres du vent incluent u³ _* ainsi que le rotationnel de τ, u_* étant la vélocité de frottement atmosphérique et τ la tension de surface. Ces paramètres sont calculés à partir des composantes du vent en surface qui est analysé sur des cartes synoptiques (à toutes les 6 heures). Afin d'examiner l'effet des perturbations synoptiques, les séries temporelles des composantes du vent en surface sont filtrées à tous les points de grille pour éliminer les cycles rapides (dont les périodes sont inférieures à 10 jours) et les paramètres du vent mentionnés ci‐haut sont calculés pour les composantes filtrées et non filtrées du vent.

On découvre deux relations, statistiquement significatives, entre les anomalies mensuelles de la TMS et les paramètres du vent. La première est une forte corrélation negative cohérente entre les anomalies mensuelles et u³ _* calculée à partir des composantes filtrées du vent et les changements de mois en mois de l'anomalie de la TSM dans l'océan Pacifique central. Cette relation est attribuée à la production du mélange vertical turbulent dans l'océan par les perturbations synoptiques dans l'atmosphère. La deuxième relation est une forte corrélation positive entre le rotationel τ calculé à partir des composantes non filtrées du vent et les variations de l'anomalie de la TMS dans l'est du Pacifique. Cette relation qui en fait est opposée à celle anticipée par le pompage d'Ekman, est attribuée à une association négative entre le rotationel de la tension du vent et l'advection méridionale de la chaleur par les systèmes de courants de la côte est. On montre que ces mécanismes atmosphériques de forçage justifient jusqu'à 10 pourcent de la variance des anomalies mensuelles de la TMS aux latitudes moyennes dans le nord de l'océan Pacifique. Cette quantité est supplémentaire à, mais certainement moindre que, la variance justifiée par l'advection horizontale de l'anomalie obtenue à partir des relations statistiques avec les anomalies de la pression au niveau de la mer (Davis 1976).