Decadal Characterization of Indo-Pacific Ocean Subsurface Temperature Modes in SODA Reanalysis

Abstract

Studies of decadal-to-multidecadal ocean subsurface temperature variability are fundamental to improving the understanding of low-frequency climate signals. The present study uses the Simple Ocean Data Assimilation (SODA) version 2.2.4 product for the period 1950–2007 to identify decadal modes of variability that characterize the upper Indo-Pacific Ocean temperature structure (5–466-m depth). An empirical orthogonal function (EOF) analysis of the 10-yr low-pass filtered temperature field applied across four depths shows that the dominant mode is characterized by a long-term temperature trend, with warming at the surface and cooling at the thermocline depth connecting the tropical western Pacific with the southern Indian Ocean via the Indonesian Seas. EOF analysis of the detrended 10-yr filtered temperature data and correlation analyses of the EOF time series with established large-scale climate indices identified the interdecadal Pacific oscillation as EOF1, the North Pacific Gyre Oscillation as EOF2, and the decadal component of ElNiñoModoki as EOF3 (respectively,modes 2, 3, and 4 of the nondetrended data). EOF2 identifies the Atlantic multidecadal oscillation when the analysis is applied to sea surface temperature anomalies only, suggesting that the surface is forced dominantly by fluxes associated with global-scaleweather patterns, while the subsurface is dominantly forced by internal dynamics of the Pacific Ocean. This paper demonstrates that the decadal-to-interdecadal temperature variability in SODA has a pronounced vertical extension through the upper ocean. The upper thermocline accounts for most of the variance in the analysis. These results reinforce the importance of examining the subsurface ocean in climate dynamics studies that seek to understand the ocean’s role.

Los estudios de la variabilidad de la temperatura del subsuelo oceánico decenal a multidecadal son fundamentales para mejorar la comprensión de las señales climáticas de baja frecuencia. El presente estudio utiliza el producto Simple Ocean Data Assimilation (SODA) versión 2.2.4 para el período 1950-2007 para identificar modos de variabilidad decenal que caracterizan la estructura de temperatura superior del Océano Indo-Pacífico (5 a 466 m de profundidad). Un análisis empírico de función ortogonal (EOF) del campo de temperatura filtrado de paso bajo de 10 años aplicado a cuatro profundidades muestra que el modo dominante se caracteriza por una tendencia de temperatura a largo plazo, con calentamiento en la superficie y enfriamiento en la profundidad de la termoclina conectando el Pacífico occidental tropical con el Océano Índico meridional a través de los mares de Indonesia. El análisis EOF de los datos de temperatura filtrados sin tendencia a 10 años y los análisis de correlación de la serie temporal EOF con índices climáticos establecidos a gran escala identificaron la oscilación interdecadal del Pacífico como EOF1, la Oscilación del giro del Pacífico Norte como EOF2 y el componente decenal de ElNiñoModoki como EOF3 (respectivamente, modos 2, 3 y 4 de los datos sin tendencia). EOF2 identifica la oscilación multidecadal del Atlántico cuando el análisis se aplica solo a las anomalías de la temperatura de la superficie del mar, lo que sugiere que la superficie se ve forzada de manera predominante por los flujos asociados con los patrones climáticos a escala global, mientras que el subsuelo es forzado de manera predominante por la dinámica interna del Océano Pacífico. Este artículo demuestra que la variabilidad de temperatura de una década a otra en el SODA tiene una extensión vertical pronunciada a través de la capa superior del océano. La termoclina superior explica la mayor parte de la varianza en el análisis. Estos resultados refuerzan la importancia de examinar el océano subterráneo en los estudios de dinámica climática que buscan comprender el papel del océano.