• No results found

NAO Index: An Extreme Pressure Approach

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "NAO Index: An Extreme Pressure Approach"

Copied!
35
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper ISSN 1650-6553 Nr 283

NAO Index: An Extreme Pressure Approach

NAO Index: An Extreme Pressure Approach

Patrik Boström

Patrik Boström

Uppsala universitet, Institutionen för geovetenskaper Examensarbete E i Meteorologi, 30 hp

ISSN 1650-6553 Nr 283

The North Atlantic Oscillation (NAO) is the major mode of atmospheric winter variability over the North Atlantic. Its current state has long been described by the station-based NAO Index. This index has been shown to represent winter temperature anomalies over Northern Europe well.

Nonetheless, its positions of measurement are stationary and may not catch the moving NAO pattern’s characteristics sufficiently well to best represent the Scandinavian winter temperature anomalies. A new index based on North Atlantic maximum and minimum sea level pressure (SLP) is introduced in this study (called NAOE Index). The points of NAOE Index are therefore moving over the North Atlantic SLP-field and may better catch atmospheric processes affecting Scandinavian winter temperature anomalies.

NAOE Index correlation with Scandinavian winter temperature anomalies is analyzed through NASA’s (National Aeronautics and Space Administration) MERRA-data (Modern Era-Retrospective analysis for Research and Applications). This study shows that NAOE Index represents the Scandinavian winter temperature anomalies almost as well as NAO Index from observed values does. The indices are also well correlated with each other.

The direct difference between maximum and minimum SLP is also analyzed with regard to the Scandinavian winter temperature anomalies.

The SLP-differences are class-divided and their correlations to the class-mean temperature anomaly are shown to be very high. This correlation is significantly higher than the correlations of temperature and each index. Hence, the results from this study suggest that an index based on the direct extreme-SLP-difference is preferred for representing the NAO’s impact on Scandinavian winter temperature anomalies. This study gives additionally a comprehensive view of NAO. Studies concerning the NAO’s history of research, dynamics, temperature connections and secondary impacts are reviewed.

(2)

Supervisor: Hans Bergström Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper

ISSN 1650-6553 Nr 283

NAO Index: An Extreme Pressure Approach

Patrik Boström

(3)

Copyright © 1BUSJL#PTUSÚN and the Department of Earth Sciences Uppsala University

(4)

Abstract

The North Atlantic Oscillation (NAO) is the major mode of atmospheric winter variability over the  North Atlantic. Its current state has long been described by the station‐based NAO Index. This index  has been shown to represent winter temperature anomalies over Northern Europe well. 

Nonetheless, its positions of measurement are stationary and may not catch the moving NAO  pattern’s characteristics sufficiently well to best represent the Scandinavian winter temperature  anomalies. A new index based on North Atlantic maximum and minimum sea level pressure (SLP) is  introduced in this study (called NAOE Index). The points of NAOE Index are therefore moving over  the North Atlantic SLP‐field and may better catch atmospheric processes affecting Scandinavian  winter temperature anomalies. 

NAOE Index correlation with Scandinavian winter temperature anomalies is analyzed through NASA’s  (National Aeronautics and Space Administration) MERRA‐data (Modern Era‐Retrospective analysis for  Research and Applications). This study shows that NAOE Index represents the Scandinavian winter  temperature anomalies almost as well as NAO Index from observed values does. The indices are also  well correlated with each other. 

The direct difference between maximum and minimum SLP is also analyzed with regard to the  Scandinavian winter temperature anomalies. The SLP‐differences are class‐divided and their  correlations to the class‐mean temperature anomaly are shown to be very high. This correlation is  significantly higher than the correlations of temperature and each index. Hence, the results from this  study suggest that an index based on the direct extreme‐SLP‐difference is preferred for representing  the NAO’s impact on Scandinavian winter temperature anomalies. This study gives additionally a  comprehensive view of NAO. Studies concerning the NAO’s history of research, dynamics,  temperature connections and secondary impacts are reviewed. 

   

(5)

Referat

Den nordatlantiska oscillationen (NAO) är det dominerande mönstret av atmosfäriska variationer  över nordatlanten under vintern. Dess nuvarande tillstånd har länge beskrivits av det stations‐

baserade NAO Indexet. Detta index har visat sig represententativt för temperaturavvikelser i norra  Europa under vintern. Icke desto mindre är dess mätpunkter stationära och indexet kan vara  otillräckligt för att bäst fånga det icke‐stationära NAO‐fenomenets påverkan på Skandinaviska  temperaturavvikelser under vintern. Ett nytt index baserat på det högsta och lägsta trycket vid  havsnivå över nordatlanten har föreslagits i denna studie (kallat NAOE Index). NAOE Index har alltså  mätpunkter som rör sig efter det nordatlantiska tryckfältets extrempunkter och kan således vara  bättre på att fånga atmosfäriska processer som påverkar temperaturavvikelser över Skandinavien  under vintern. 

Korrelationen mellan NAOE Index och temperaturavvikelser är i denna studie analyserade genom  NASA’s (National Aeronautics and Space Administration) MERRA‐data (Modern Era‐Retrospective  analysis for Research and Applications).  

Denna studie visar att NAOE Index representerar avvikelser i vintertemperatur i Skandinavien nästan  lika bra som NAO Index från observerade värden. Båda index visar sig också vara väl korrelerade med  varandra.  

Den direkta skillnaden mellan maximala och minimala tryck över nordatlanten är också analyserad  med hänsyn till temperatur i Skandinavien. SLP‐skillnaderna klassindelades och deras korrelation till  medeltemperaturavvikelsen i varje klass visar sig vara väldigt hög. Denna korrelation är märkbart  högre än korrelationen mellan temperatur och de båda indexen. Resultaten från denna studie visar  alltså att ett index baserat på den direkta skillnaden mellan tryckextremerna över nordatlanten är  bättre för att representera NAOs påverkan på temperaturavvikelsen i Skandinavien under vintern. 

Denna studie ger därtill en övergripande bild av NAO. Studier om NAO’s forskningshistoria, dynamik, 

temperatursamband och sekundär påverkan granskas.   

(6)

Contents

1 Introduction ... 1 

1.1 The NAO pattern ... 1 

1.2 History of NAO research ... 5 

1.3 Dynamics of NAO ... 6 

1.4 Temperature connections to NAO ... 8 

1.5 Ability to model NAO ... 8 

1.6 Reliability of standard NAO Index ... 9 

2 Secondary impacts of NAO ... 9 

2.1 Nature ... 9 

2.2 Economics ... 10 

3 Data and methodology ... 11 

3.1 Scandinavian temperature ... 11 

3.2 Methods ... 11 

4 Results ... 13 

5 Discussion ... 18 

6 Conclusions ... 21 

References ... 23   

(7)

   

(8)

1 Introduction

The North Atlantic Oscillation (NAO) is a pattern of variability in atmospheric mass between southern  and northern latitudes over the North Atlantic. It is regarded as the most common pattern of 

atmospheric winter variability over the North Atlantic. The state of NAO is generally described by a  station‐based index. As we will see, the winter temperature in Scandinavia can be related to the  standard NAO Index (Hurrell, 1995, Kushnir, 1999). The goal with this study is to test if an index  described by the maximum and minimum sea level pressures (SLP) over the North Atlantic is closer  connected to the Scandinavian winter temperatures than the standard NAO Index. Reanalysis data is  used for winter months over 30 years.  

This work also reviews previous studies of the NAO pattern to get a comprehensive understanding of  the NAO phenomenon.In addition, results from these studies are connected to what is found in the  present study. 

Winter months in this work are always considered as December, January, and February. 

1.1 The NAO pattern

NAO is called a teleconnection1 pattern and is expressed by the state of the atmospheric mass  distributed between the Arctic and subtropical Atlantic. It is a zonally asymmetric pattern of  meridional variability. NAO is also regarded as an important source to atmospheric anomalies in  areas adjacent to the North Atlantic. The weather during winters in extra‐tropical regions can be  affected diversely depending on the state of NAO (Walker and Bliss, 1932, van Loon and Rogers,  1978, Hurrell, 1995, Kushnir, 1999). The Greenland‐Scandinavia temperature seesaw is the name of  the phenomenon that the winter temperatures in Greenland and Scandinavia are inversely covariate  (i.e. when it is an anomaly cold winter in Greenland it is an anomaly warm winter in Scandinavia).The  Greenland‐Scandinavia temperature seesaw is a result of the NAO pattern.  

Recent studies have suggested that NAO affects the hemispheric‐scale circulation of the whole  northern hemisphere (Thompson and Wallace, 1998, 2000). With that considered, NAO can easily be  regarded as an important teleconnection pattern being intrinsically dependent of surrounding  atmospheric motion.  

The typical appearance of the atmospheric state over North Atlantic is governed by the Azores high  and Iceland low. How the connection between north and south varies defines the NAO. In other  words, NAO can be stated as a dipole pattern with two centers of anomalies with opposite signs. One  center is located over polar region of the North Atlantic and the other zonally outside of Africa in  between 35 and 40°N (Walker and Bliss, 1932, Hurrel, 1995, Stoner et al. 2009). 

The current view of NAO regards it as an oscillation between a positive and a negative phase. The  positive phase means deeper subtropical high and arctic low than normal. In contrast the negative  phase represent weaker high and low pressure systems than normal. The negative phase can in        

1 Atmospheric teleconnections are simultaneous variability (covariance) of meteorological and climatological  variables in remote regions. They are mainly synoptic scale variability with frequencies of weekly or longer  (Hurrel et al., 2003). The term was invented by the Swedish scientist Ångström (1935) to describe atmospheric  connections (Stephenson et al. 2003). 

(9)

extreme events mean that the pressure systems are of reversed positions (i.e. a northerly high and a  southerly low) (Hurrel, 2003). 

The most frequently used mathematical description of the NAO phase is the standard NAO Index. In  this work, this index will be called the standard NAO Index since a new index will be suggested later  on. The standard NAO Index is calculated by taking the difference between normalized surface  pressure anomaly from a 30 years mean of a northern and a southern station (Equation 1). P is the  mean monthly SLP, the 30 years average of every corresponding month’s SLP is used and std means  the corresponding month’s monthly standard deviation. Hence this defines the positive and negative  NAO phase as described above (Hurrel, 1995). Different locations and time‐scales can be used in the  index. It is common to use monthly or winter averages from Ponta Delgada, Azores or Lisbon, 

Portugal (as southern location) and Stykkisholmur, Iceland (as northern location) (Stoner et al. 2009). 

The time‐scale of the variables used in the standard NAO Index is usually monthly. The correlation  between daily SLP anomalies at Iceland and Azores is ‐0.33. Based on monthly values, the 

corresponding correlation is +0.56. Standard NAO Index is for that reason preferred at monthly  values (Löptien and Ruprecht, 2005). Each pressure anomaly in the standard NAO Index is normalized  by its 30 years standard deviation to take the greater variability at the northern dipole into account  (Hurrel et al. 2003). NAO Index’s history, a more detailed explanation and reliability will be studied in  following sections. 

  (1) 

Figure 1 and Figure 2 show comprehensive explanations of the atmospheric behavior during a winter  month with each NAO phase. Winters with positive standard NAO Index correspond to enhanced  westerly flow and thus more warm maritime air is advected to Western Europe. The Mediterranean  part of Europe is still primarily affected by the Azores high. Therefore these areas tend to be drier  and colder than normal (Bachman, 2007). Greenland gets more cold Arctic air during the positive  NAO phase. Northeastern Canada experience colder weather than normal due to stronger northerly  winds. Additionally, higher temperatures are brought to the coast of North‐East America (Hurrel et  al., 2003). Winters with negative standard NAO Index is characterized by cool and dry conditions in  North Western Europe while Canada and Greenland gets warmer. This leads to that mild winters in  Scandinavia means severe winters in Greenland and vice versa. This is known as the Greenland‐

Scandinavia‐seesaw (anti‐correlation) in temperature (Hurrel, 1995). More discussion of the positive  and negative NAO phase will follow in section 1.4. 

The transport of air masses influenced by NAO is considered to have severe impacts on countries’ 

humidity and precipitation. The amount of precipitation has a positive correlation with standard NAO  Index in north‐western parts of U.K. and south‐western parts of Norway. In contrast, the 

precipitation over Greenland and the Mediterranean is negatively correlated to standard NAO Index  (Hurrel, 1995). This is the explanation to dry winters in the Mediterranean and Greenland ice sheet  declining. 

(10)

Figure 1  and wa

Visualisation o ater flow, blue a

of the positive N and red lines ar

NAO phase. Sur re SLP (from Wa

rfaces represen anner et al., 20

Bern). 

t temperature  01) (With perm

and sea‐ice ext mission of Heinz

tension, arrows z Wanner, Univ

 

s show air  ersity of 

(11)

Figure 2

 

2 Visualisation oof the negative pe

 NAO phase. Sy ermission of He

ymbols are the  einz Wanner, U

same as in Figu niversity of Ber

ure 1 (from Wa rn). 

nner et al., 200

 

01) (With 

(12)

1.2 History of NAO research

This chapter is a review of previous and present studies concerning the NAO phenomenon. We will  start out with a brief history of the NAO research. The NAO pattern has paid scientific interest for  more than two centuries (Stephenson et al, 2002). Nevertheless, the first sign of the Greenland‐

Scandinavia temperature seesaw was recognized many years before. The local weather of Northern  Europe comprises great variability and this have always fascinated the people living there.  

Through older studies and documents, Stephenson et al. (2003) review that seafaring Scandinavians  discovered signs of NAO. The seafarers found that severe winters in Greenland occurred during mild  winters in Scandinavia and the opposite for mild winters in Greenland (i.e. the Greenland‐

Scandinavia temperature seesaw). This was common knowledge in 18th century when Greenland’s  climate had been carefully studied by the Danish missionary Hans Egede Saabye (van Loon and  Rogers, 1978). 

Major part of the studies during the 19th century was primarily about the North Atlantic temperature  patterns’ characteristics to interpret the NAO phenomenon. The temperature seesaw between  Greenland and Scandinavia was later confirmed by Loewe (1937) with use of up‐to‐date historical  data. It was with the groundbreaking studies by Teisserenc de Bort (released 1883) that the behavior  of atmospheric SLP‐distribution started to occupy scientists’ interest (Stephenson et al., 2003). The  studies by Teisserenc de Bort encouraged Hildebrandsson (released 1897) to study time series of SLP  over the North Atlantic. Hildebrandsson found that the SLP at Iceland are inversely related to the SLP  at the Azores (Stephenson et al., 2002). The latter study is known as the benchmark for all 

investigations using SLP at Azores and Iceland to describe the NAO pattern. Additionally it brought  further interest to the coupling between local weather and expansive weather systems (Feldstein,  2002). 

The history of NAO research contains many attempts to describe the state of NAO with an index. One  of the first indices was developed and defined by Walker and Bliss (1932). This index was the sum of  surface pressure or temperature (depending on the stations location) from stations in the vicinity of  the North Atlantic Ocean. All data in the index was adjusted with an early regression procedure so  that every term had a standard deviation of √20 units (i.e. variance of 20 units). 

To understand the behavior of the NAO pattern more studies of the dynamics of the atmosphere  were needed. Rossby et al. (1939) provided such knowledge with their study of planetary waves and  eddy fluxes. For additional information and understanding of Rossby waves and dynamics of the  atmosphere, readers are referred to the comprehensive work by Holton (2004). 

Many studies of correlation matrices of SLP over North Atlantic were studied in the early 20th 

century, but it was first with Lorenz et al. (1956) that the dynamics of NAO started to be investigated. 

Lorenz et al. (1956) started a new era by investigating the correlation matrix of the North Atlantic  Ocean and found the major pattern of variance in winter SLP. This was concluded to be the NAO  which was in agreement with the position of the earlier observed seesaw (Wallace and Gutzler  (1980)). 

Today’s concept of NAO as a dominant mode of atmospheric variability in the Northern Hemisphere  during winters originates from the studies by Rogers and Van Loon (1979). Rogers and Van Loon 

(13)

(1979) explained variability with dynamic correlations between current atmospheric states at  different locations in Northern hemisphere. 

The NAO phase was predominantly positive in the last decade of 20th century. This captured many  scientists’ interest and the number of NAO studies increased rapidly (Stephenson et al., 2003). Many  studies during the 90s performed advanced statistical analyzes of pressure fields at different levels  over sea to describe the appearance of NAO. Modeling had also become very popular to simulate  different NAO states. Hurrel (1995) interested many researchers by regarding pressure and  temperature variability over Europe as an impact of the NAO pattern. 

Walker and Bliss’ (1932) index was precursor to the more commonly used station‐based normalized  pressure difference standard NAO index stated above. Different north and southerly locations have  been used in the NAO Index (such as Rogers (1984), Hurrel (1995) and Jones (1997)). The most  common locations were mentioned above. 

An always persistent problem with NAO studies have been the lack of observations covering the  North Atlantic. The phenomenon is aimed to be studied as a low‐frequency problem (low (high)  frequencies are eddy periods longer (shorter) than 10 days) (Feldstein, 2003). Historical observations  throughout the North Atlantic are limited to shorter periods and only from land observations. This  sparseness of both temporal and spatial resolution limits NAO‐studies.  Improvements in proxy‐data  has helped scientists to study earlier NAO‐states from ice‐cores, tree‐rings etc. (Schmutz et al., 2000).  

This gives additional sets of NAO‐states to be compared with those from measurements. Cook (2003)  reconstructed standard NAO Index back to AD 1400 by using multi‐proxy data (i.e. proxy data from  combined sets of different proxies). This reconstruction was shown to follow winter standard NAO  Index from European instrumental and non‐instrumental data. The successful study by Cook (2003)  opened up for longer studies of standard NAO Index. 

Despite the lack of full understanding of NAO, many studies today focus on how the nature, human  activity etc. are affected by NAO. A summary of secondary causes of NAO is found in section 2. 

1.3 Dynamics of NAO

NAO is intrinsically connected to other atmospheric processes; the dynamics of NAO are not fully  understood. The current interpretations of the dynamics and motions of NAO are reviewed through  this section. 

The positive phase of NAO represents positive geo‐potential height and pressure anomalies in the  southern and northern location. The opposite is valid for the negative NAO phase. This affects  location of storm‐tracks and jet streams over North Atlantic (Hurrel and van Loon, 1997, Greatbatch,  2000). 

The variations in NAO dynamics are mainly caused by extra‐tropical horizontal eddy fluxes and storm‐

track shifting. Eddy fluxes are in this report referred to horizontal eddy flux on the synoptic scale (not  to be mixed up with vertical eddy‐fluxes). Storm‐tracks over the North Atlantic are closely connected  to the state of NAO. The storms represent the highest extra‐tropical eddy activity over the North  Atlantic (Manola et al. 2013). Shifts in the storm‐tracks are thus important for the appearance of the  NAO. To compute the eddy’s part of contribution to the time flow the Reynolds decomposition is  applied to the momentum equations. See Kok and Opsteegh (1985) for a more detailed description. 

(14)

Disturbances of the Rossby wave have been suggested to have large impact on NAO. Such 

disturbances can be caused by eddy flux. By interaction with the Rossby wave, eddy flux can cause  what is called a Rossby wave‐breaking. The name Rossby wave‐breaking can be misleading since it  only means a disruption of the Rossby wave (Strong and Magnusdottir, 2008, Rivière et al., 2010). 

The studies are provided by both models and reanalyzes and they show the same results. To the  dynamics of NAO, the Rossby wave‐breaking implies that energy of high frequencies (i.e. eddy flux) is  transferred to low frequencies (Rossby wave anomalies). 

In addition to secondary effects on NAO (as described above), eddy fluxes have also been suggested  to have a direct effect (Feldstein, 2003). To investigate the dynamics behind the growth and decay of  NAO, Feldstein (2003) analyzed NCEP/NCAR reanalysis data2 and forced barotropic model runs. A  simple lifecycle of NAO was thereby represented. Feldstein (2003) showed that transient eddy  vorticity fluxes of high and low frequencies are behind the growth of NAO. It was also shown that  low‐frequency eddies can force NAO to decay (i.e. decrease the strength of NAO phase). The results  were applicable to both phases of NAO but nonetheless, the study suggests different characteristics  for the initiation of each NAO phase. An eastward moving remote wave packet from North Pacific  initiates the anomaly known as the positive NAO phase. Interestingly, it is suggested that the  negative NAO is initiated by an in situ growth of a block situation (Feldstein, 2003). Although the  study shows what large scale processes that create and destroy both phases of NAO, it leaves many  unanswered questions. The source of the North Pacific wave train is still unknown. The role of  baroclinic processes such as eddy heat fluxes, diabatic heating to the NAO life cycle needs to be  examined further (Feldstein, 2003). 

The abovementioned suggestion by Feldstein (2003) may be hard to understand. The ability of extra‐

tropical eddy fluxes to influence NAO such as described above was better understood by Benedict et  al. (2004). High‐frequency eddy fluxes that move eastward slow down as they enter the NAO region  and consequently break down. The decay turns the eddy fluxes to low frequencies. This is by  Benedict et al. (2004) suggested to be the physical entity of NAO. Thus, by recalling that both high  and low frequency eddy fluxes cause the growth of NAO while only low frequency eddy fluxes causes  a decay (Feldstein, 2003), Benedict et al. (2004) suggests that the low‐frequency eddies causing a  NAO phase decay can be a former high‐frequency eddy which caused NAO growth and then broke  down. The results then suggest then that the life time of one NAO phase event also is determined by  the scale of mixing time associated with the decaying eddy fluxes. 

It has long been suggested that ocean‐atmosphere couplings are strongly affecting the NAO pattern. 

However, recent studies show no such behavior (Thompson et al., 2003). Models show that the NAO  pattern can be created by processes in the atmosphere alone. Ocean impacts such as sea‐surface  anomalies are negligible on monthly and yearly timescales. Hence, NAO can be considered an  internal pattern of the atmosphere (Greatbatch, 2000). It is driven by interactions between the eddy  and mean flow. 

To conclude, the dynamics of NAO may not be fully understood but studies suggest that anomalies in  atmospheric processes (primarily subtropic eddy fluxes) entering the North Atlantic have a dominant  effect on the NAO pattern (Rivière et al., 2010, Manola et al., 2013). The eddy fluxes with high and        

2 A corporate gridded reanalysis data set from National Centers for Environmental Prediction (NCEP) and  National Center for Atmospheric Research (NCAR). 

(15)

low frequencies can cause a growth of the NAO phase (i.e. strengthen its current phase). High‐

frequency eddy flux break down as it enhances the NAO phase and then becomes a low‐frequency  eddy flux that weakens the NAO phase. This highlights that NAO cannot be considered as a pattern  separated from atmospheric motion outside of the North Atlantic. Most studies expect that eddy  fluxes are the main source to low‐frequency variability (Vallis et al, 2003). Although NAO is internal in  the atmosphere on monthly and annual time‐scales (not significantly ocean‐coupled), it is not 

internal in a region such as North Atlantic.  

1.4 Temperature connections to NAO

Numerous studies of temperature connections with NAO have been made. The most evident effect  of NAO is the strength of the westerly winds over the North Atlantic during the winter. Strong  westerlies, such as during a winter month with positive NAO phase, transports warm humid air from  the North Atlantic sector zonally to Europe. This implies winter temperatures above normal for many  areas (Hurrel, 1995). During the negative NAO phase the winter temperature over many parts of  Europe are often below normal due to weaker westerlies. Thus, NAO causes prominent winter  temperature variations in Western, North Western Europe and North Eastern America. The 

correlation between standard NAO Index and winter mean temperature over North Western Europe  is 0.60 (Stephenson et al., 2000). The corresponding correlation between standard NAO Index and  Greenland is ‐0.59. Through station data, Hurrel (1996) found that NAO accounts for about 1/3 of the  total variance in winter temperature north of 20°N (Greatbatch, 2000). 

Monthly and seasonally winter temperature anomalies have been discussed above. By using climate  models, Beranova and Kysely (2013) studied daily temperature responses to NAO during winter. The  daily temperature anomalies north of 45 °N were shown to be positively correlated with the station‐

based NAO Index. South of the same latitude the temperature anomalies were explained by a weaker  negative correlation. Meanwhile, Beranova and Kysely (2013) also found that the station‐based NAO  Index captures cold extremes more accurately than warm extremes. Hence, it is understood from  this study that the standard NAO Index can also be used to capture daily temperature extremes  during winters. 

1.5 Ability to model NAO

As mentioned above, studies of NAO from observations are limited to a period which may be too  short to capture a behavior of NAO. This makes climate models of unmatched importance. Several  studies have analyzed the reliability of models to reconstruct the NAO phenomenon. Studies show  that both atmosphere‐only and coupled ocean‐atmosphere general circulation models (GCM)  simulate the NAO pattern realistically (Stephenson and Pavan, 2003). 

Manola et al. (2013) analyzed the eddy contribution to NAO (described above) using both a  barotropic climate model and ERA‐Interim3 reanalysis data. They found that the model’s behavior  was similar to the eddy flux forcing observed in the reanalysis data. 

Stephenson and Pavan (2003) evaluated 17 coupled ocean‐atmosphere GCMs included in the CMIP4  (Coupled Model Intercomparison Project). 13 out of these models were able to recreate the 

      

3 ERA‐Interim is the European ECMWF’s (Centre for Medium‐Range Weather Forecasts) current reanalysis  project. 

(16)

temperature pattern from NAO realistically. This encourages studies of temperature connection to  the NAO pattern. Frequently occurring errors among the models were however incorrect placements  of the southern NAO dipole. It was often located far more eastward than what has been seen in  measurements from real observations. 

Models are very common to use in simulations of future climate. The appearance of the NAO pattern  in a future climate has been a sidetrack of many climate studies. Beranova and Kysely (2013) used  GCM simulations during the period 2071‐2100 with the requirements of IPCC’s (Intergovernmental  Panel on Climate Change) SRES (Special Report on Emission Scenarios) A1B emission scenario5 and  found that the temperature variations from positive and negative NAO phases are similar to model  simulations of today’s climate. Hence, the results suggest a possibility how the atmosphere will react  to future scenarios and may in addition contribute to other parameters of future climate. 

1.6 Reliability of standard NAO Index

Despite that the standard NAO Index is unable to capture the distribution of the actual SLP its  simplicity makes it popular to describe the phase of NAO. The measurements from the stations used  cover long historical records. Additionally, it is easy to add to model simulations of future climate. It  has been shown that the standard NAO Index describes the oscillation of the North Atlantic pressure  systems quite well (Bachman, 2007). However, the question remains: what is most important to  represent with an index of NAO? Should the actual spatial structure of NAO be captured or should  the index be a definition of NAO’s impact (e.g. temperature or precipitation variance) on a remote  area? 

Beranova and Kysely (2013) used 10 GCMs from CMIP to analyze standard NAO Index’s 

representation on European winter temperatures. They found that the standard NAO Index can with  relatively high certainty be used to represent European winter temperature extremes. The 

atmospheric processes related to atmospheric dynamics are accurately captured by standard NAO  Index. What still is unknown is if it would be better to use the value of the actual dominant pressure  systems over North Atlantic. 

2 Secondary impacts of NAO

Apparently, the NAO has major impacts on human and nature. This chapter is a short review of the  NAO’s secondary impacts. 

2.1 Nature

By the changing distribution of the temperature fields etc., NAO affects sea ice distribution. The  extension of northern sea ice is different between the NAO phases (recall Figure 1 and Figure 2). 

Winters during a positive NAO phase are colder than normal in Canada while they are warmer than  normal in Siberia. This means a southerly expansion of sea ice at the coast of Canada and a decline of  Siberian sea ice northwards. For winters with negative NAO phase the sea ice distribution at the 

      

4 A protocol of outputs of GCMs provided by the Working Group on Coupled Modelling (WGCM) under the  WCRP (World Climate Research Programme) (PCMDI, 2014). 

5 The A1 scenarios describe a more integrated world and the sub‐scenario A1B describes a shared access to all  energy sources (Solomon et al., 2007). 

(17)

coast of Canada declines and is more northerly located than normal. In Siberia the sea ice extends  farther south (Bachman, 2007). 

The sea ice variation due to positive NAO phase impacts the sea water salinity outside of Canada and  river run‐off in Siberia. More sea ice means higher than normal sea water salinity in Canada. In  addition, the density driven large‐scale ocean circulation called thermohaline circulation is affected. 

More cool water due to the sea ice extension cause more deep water formation which counteracts  the thermohaline circulation. The warmer weather in Siberia causes more river runoff than normal  (Bachman, 2007). 

Even marine ecology is affected by the variations of NAO. For example, Fromentin and Planque  (1996) found that the wealth of the North Atlantic’s major zooplankton species (Calanus finmarchicus  and C. helgolandicus) is closely related to the NAO. The difference in strength of the westerlies due  to NAO affects the wind stress on water surface. This affects the water mixing, upwelling and ice‐

cover that all are closely related to the kingdom of zooplankton.  

It has been found that there is a stronger cyanobacterial bloom (i.e. blue‐green algae) in the Baltic  Sea during positive standard NAO Index. This is explained by the lower ice cover due to a higher wind  stress from the stronger westerlies. The sea is then more mixed which favors the cyanobacterial  bloom (Janssen et al. (2004)). 

Migrating birds are affected by the different weather conditions due to different NAO phases. 

Hubálek (2003) showed that short‐distant migrants from Europe had an earlier summer migration  when the winter/spring standard NAO Index was positive. Hüppop (2003) also showed that the bird  migration routes within Europe were changing for different standard NAO Index. 

For more comprehensive studies of northern ecosystems’, animals’ and plants’ relation to NAO,  interested readers are referred to Drinkwater et al. (2003), Mysteryd et al. (2003) and Straile et al. 

(2003). 

2.2 Economics

Weather has strong influences on most human activities. Thus, NAO will affect the economics in one  way or another. Such economic effects can be costs of extreme weather protection, the amount of  energy used by the society, the amount of energy produced and agricultural activities. It can also be  costs from recreational activities such as summer and winter tourism. 

Studies of how the quality of wheat in the U.K. depends on NAO have been made. NAO‐impacts of  one winter affect the quality of the wheat the following summer (Atkinson et al., 2005). Additionally,  Kim and McCarl (2005) also found a connection between agricultural quality and NAO over both U.S. 

and widely across Europe. They estimated that if the NAO phase could be predicted it would give the  crop yields a total increase worth $600 million to 1.09 billion per year. These results indicate the  economic effects and how the understanding and forecasting of NAO could significantly help society. 

Sweden and Norway are countries in direct connection with NAO. Winters with high levels of  precipitation give major advantages in Norway’s energy production by boosting the hydropower. 

What makes Norway of particular interest is that it also is ranked among the largest oil exporters in  the world (Hurrel et al., 2003).  

(18)

So the severity of winter determines the energy consumption and thus the surplus or deficit of  energy within Norway is determined. This leads to that Norway can cooperate with its neighboring  country of Sweden through winters with different NAO conditions. For example, a winter with  negative NAO phase results in lower hydropower conditions in Norway which then can buy energy  from Sweden’s nuclear power. If the NAO phase in contrast is positive the precipitation is 

anomalously high in Norway and hence the hydropower is favored. Then it may be better for Sweden  to buy hydropower cheaper rather than producing that energy itself. In addition, this may be positive  in a climatic point of view (Hurrel et al., 2003). 

3 Data and methodology

In this study, gridded SLP and surface temperature (temperature at a height of 10 m over surface  level) over the North Atlantic and Scandinavia is analyzed. The dataset is NASA’s (National 

Aeronautics and Space Administration) MERRA‐data (Modern Era‐Retrospective analysis for Research  and Applications). MERRA consists of reanalyzes6 from 1979 to present. The two‐dimensional MERRA  outputs used in this study (single‐level meteorology) are available in intervals of 1 hour. The full  spatial resolution of the data is 1/2° lat. x 2/3° lon. The vertical depth of the data extends up to 0.01  hPa containing 72 levels (GMAO, 2014). MERRA‐data contains both high and low spatial and 

temporal resolution and more than 30 years of data. Hence, it encourages both weather and climate  researches. The data is used by NASA themselves and is open for anyone to use it. The open data can  be received online at Goddard Earth Sciences (GES) Data and Information Services Center (DISC)  (http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/mdisc/). For a thorough explanation of how to download the data  readers are referred to http://gmao.gsfc.nasa.gov/MERRA. 

Although giving excellent opportunities to analyze many meteorological variables over large  temporal and spatial scales, reanalysis data is to be used with caution. Sources of errors may  originate from satellite calibration, flux parameterizations, boundary conditions and more. The  ensemble of errors may influence each other intrinsically and the final error will grow. Thorough  studies of errors derived by reanalysis data can be found in Nigam and Ruiz‐Barradas (2006) and  Trenbert et al. (2001). 

When encountering land in the MERRA‐data, the pressure is extrapolated beneath the Earth’s  surface down to sea level. In this way SLP can be obtained even over land surfaces. The extrapolation  features drawbacks however and will be discussed in the section 5.  

3.1 Scandinavian temperature

The mean area mean winter‐month temperature is calculated over three Scandinavian areas. The  areas are Stockholm and Uppsala region (59 to 60.5 °N and 16.67 to 18°E), southern Sweden (57 to  60.5°N and 12.67 to 16°E) and southern Norway (59.5 to 62.5 °N and 6 to 9.33 °E). 

3.2 Methods

The goal with this work is to follow the SLP extremes over North Atlantic. The standard NAO Index is  obtained from two stationary points which is considered incomplete in a dynamical view. I believe        

6 The method where historical weather data are used in prognostic weather models is called reanalysis. 

Therefore temporally and spatially missing data can be covered. Reanalysis Is useful in research when  modelling weather events and processes (Uppala et al., 2005). 

(19)

that an index that follows the extreme SLPs over North Atlantic would give a more representative  index for the state of NAO than the station‐based NAO Index. NAOE Index is potentially better to  represent Scandinavian winter temperature anomalies because it may capture processes that impact  the temperature better than NAO Index.  

To cover one climate period, MERRA data from 1979 to 2009 (winters 79‐80 to 08‐09) is used in this  study. To get a regional approach on NAO, I focus the SLP‐analysis over the North Atlantic and use  the coordinates 71.875°W to 38.12 5°E and 25.625°N to 75.625°N. 

The data is averaged monthly (winter months December, January and February) for every year. Each  winter month’s maximum and minimum SLP over the studied area is found. By finding each winter  month's extreme pressure, a 30 year monthly mean of the maximum and minimum SLP is calculated  for each winter month. Additionally, the 30 year monthly standard deviation is calculated for each  winter month. The maximum/minimum SLP‐anomaly and standard deviation replaces the 

southern/northern station‐based SLP‐anomaly and standard deviation in the standard NAO Index. 

To distinguish it from the standard NAO Index, I state the new index as North Atlantic Oscillation  Extreme Index (NAOE Index). NAOE Index is presented in Equation 2. The terms in NAOE Index are  the same as for NAO Index but max and min SLP are used instead of SLP from a southern and  northern location.  

2  

Standard NAO Index for the same period is used. The standard NAO Index used here is not from the  MERRA‐data but from observations on Stykkisholmur (Iceland) and Ponta Delgada (Azores). I use  these values to get the closest connections possible to a real case. 

The correlation between each index (NAOE and NAO Index) and the mean area mean monthly  temperature in Scandinavia will be calculated. Also, the correlation between the indices will be  investigated. 

(20)

Additionally, the direct difference between winter‐monthly maximum and minimum SLP over North  Atlantic is calculated. The direct SLP‐difference’s correlation to the Scandinavian temperature is  analyzed.  

The Pearson test will be used to test if the correlations are statistically significant. The Pearson test is  given by Equation 3 where r is the correlation and n is number of samples used. The correlation is  statistically significant if Equation 3 is valid (Alexandersson and Bergström, 2009). 

| | √64 √

8 3  

4 Results

The influence of the suggested NAOE Index on Scandinavian winter temperatures during a 30‐year  period is studied in the present work. Also, the standard station‐based NAO Index and the direct  difference between the maximum and minimum SLP over North Atlantic is included.  

For Pearson test correlation of variables in Figure 3, Figure 4, Figure 5 and Figure 6 the sample value  n is 90 (i.e. winter months (DJF) for 30 years). That gives R.H.S. of Equation 3 = 0.55. That is, the  correlation is statistical significant if it is greater than 0.55. 

The results suggest that the behavior of the NAOE Index has connections to the temperature  anomalies in Scandinavia. This can be seen in Figure 3 where the behavior of the NAOE Index shows  similarities with the temperature anomalies in every area. The temperature anomalies in Sweden are  behaving very equal while the Norwegian temperature anomalies show a somewhat different  behavior (different tilt of regression line). NAOE Index shows good correlation with temperature  anomalies of every Scandinavian area but none of them are statistical significant (Table 1). Consistent  with Figure 3, the temperature anomalies in Norway is a bit lower correlated to the NAOE Index. 

(21)

Figure 3 C regressio

  Correlat Statistica  

The stan behavior lines of t Their cor Index is  statistica The diffe noticeab correlati Index (w (althoug

Circles are temp on to the tempe

T

ion 

al significant

ndard station r of NAO Ind the Swedish  rrelations ar significantly  al significant erence betw bly higher for

ion of index  with 6/100 un

gh only with a

perature anom erature anoma

Table 1 Correla

Southe 0.53  t  no 

n‐based NAO ex has simila areas are sim e shown in T

higher in Sw  while the co een Sweden r NAO Index  and tempera nits). The cor a difference 

alies to their co ly. Southern Sw N tion between N

ern Sweden

O Index was a arities with t milar and the Table 2. The  weden than in

orrelation in   and Norway

than for NA ature anoma rrelation in N of 1/100). 

orresponding N weden is in blue Norway is in red NAOE Index and

Upps 0.53 no 

analyzed in t the temperat

e regression  correlation b n Norway. T

Norway is n y’s correlatio

OE Index (Fig aly in Sweden Norway is low

NAOE Index. The e, Uppsala / Sto

d. 

d winter tempe

sala/Stockho

he same way ture anomal

line of the N between tem

he correlatio ot. 

on of index a gure 3, Figur n is higher fo wer for NAO 

e lines are polyn ockholm‐region 

erature anomaly

lm  Sou

0.4 no 

y as the NAO y too (Figure Norwegian is  mperature an ons in both S

nd temperat re 4, Table 1  or NAO Index

Index than f

nomials of the   is in black and 

y. 

uthern Norw 48 

OE Index abo e 4). The regr

 differently t nomaly and N Swedish regio

ture anomal and Table 2 x than for NA for NAOE Ind

 

first grade  Southern 

way 

ove. The  ression  tilted. 

NAO  ons are 

y is  ). The  AOE  dex 

(22)

  Correlat Index  Statistica  

The NAO shown to and thus

ion with NAO al significant

OE Index sho o be well cor s it is statistic

F Table 2

Southe O  0.59  t  yes 

ws a similar  rrelated duri cal significan

igure 4 Same a 2 Correlation be

ern Sweden

temporal be ing winter‐m nt. 

as in Figure 3 bu etween NAO In

Upps 0.59 yes 

ehavior as th months over a

ut for NAO Inde ndex and tempe

sala/Stockho

e NAO Index a 30‐year pe

ex. 

erature. 

lm  Sou

0.4 no 

x (Figure 5). T riod, with a 

uthern Norw 47 

The indices a correlation o

 

way 

are  of 0.70 

(23)

Figure

The conn anomalie have bee

Table 3

∆SLP (hP Class   

The resu tempera anomalie each Sca the Upps significa

e 5 NAOE Index

nection betw es in Scandin en partitione

3 The magnitud

Pa)  ∆SLP 

≤20  1 

ults show sim ature anoma

es and SLP‐d andinavian a

sala/Stockho nt. 

x plotted to NAO

ween the diff navia has bee ed into classe

e of each SLP‐d

20≤∆SLP 

≤25  2 

milarities betw lies over Sca difference se rea is shown olm‐region s

O Index. The lin

ference in ex en analyzed es. The magn

difference‐class

25≤∆SLP 

≤30  3 

ween the dir andinavian ar em to have s n in Table 4. A

hows the low

ne is polynomia

xtreme SLP o (in addition  nitude of eac

s. With exceptio

30≤∆SLP 

≤35  4 

rect SLP‐diffe reas. This is e similarities. T All temperat west correlat

al of the first gr

over North A to the indice ch class is sh

on of class 1 inc

35≤∆SLP 

≤40  5 

erence and w evident in Fi The correlati tures are we

tion but non

ade regression 

tlantic and w es above).  T

own in Table

cludes every cla

40≤∆SLP 

≤45 

4

6  7

winter‐mont gure 6 where ion between ll correlated  e of them ar

between the in

winter tempe The SLP‐diffe

e 3. 

ass an interval o

45≤∆SLP 

≤50 

5

7  8

hly mean  e temperatu n the classes   to the classe re statistical 

 

ndices. 

erature  rences 

of 5 hPa. 

50≤∆SLP 

≤55  8 

ure  and  es where 

(24)

Figure 6

  Correlat class and Statistica  

The mea the resu 7. Figure extreme get wide correlati for every of Equat

6 Circles are te

ion between d temp. anom al significant

an value of th lts show an i e 7 also show e‐SLP before 

er as the clas ion between y mean‐area tion 3 0.71

mperature ano

Table 4 Cor

Sout n SLP‐

m. 

0.52

t  no 

he temperat increasing te ws the mean  calculating t ss increases a

 the temper a temperatur 1. Therefore, 

omalies to their  Figu rrelation betwe

thern Swede 2 

ure in each S emperature w

maximum a the differenc and as stated

ature and in re (Table 5). 

all correlatio

 corresponding ure 3 and Figur een SLP differen

en  Upps

0.49 no 

SLP‐differenc with increas nd minimum ce between m

d above the t creasing SLP

8 is use ons shown in

g SLP‐difference re 4. 

nce class and te

sala/Stockho

ce‐class was  ed SLP‐differ m SLP of each maximum an temperature P‐difference 

d for the Pea n Table 5 are

e. Colors corres

emperature. 

lm  Sou

0.5 no 

calculated. I rence. This is h class (i.e. an nd minimum 

e is also incre (i.e. increasin arson test wh e statistically

spond to the sa

uthern Norw 2 

In almost all s illustrated  n averaged v

SLP). This is  easing. The  ng class) is v hich gives th y significant. 

 

me as in 

way 

classes,  in Figure  value of 

seen to  ery high  hat R.H.S. 

(25)

Figure 7

  Correlat Statistica  

5 Dis

This stud tempera Scandina favored  NAO is h A station and nort be ideal.

SLP over better re The avai analyses

7 Temperature ( axis

ion with clas al significant

scussio

dy was set ou ature of Nort

avia is positiv for long time however a no nary index (s thern points  . The presen r North Atlan epresented. 

lability of op s of the atmo

(Southern Swed s) and mean ma Table 5 

ss  t 

on

ut to explore thern Europe vely correlat e because of on‐stationary such as stand of measurem t study inves ntic. In this w

pen reanalys ospheric beh

den is blue, Upp ax/min SLP of e

Correlation be

South 0.95  yes 

e the reliabili e. Many stud ted to the sta f the quantit y phenomen dard NAO Ind

ment respec stigates a po way the actua

is data such  avior for larg

psala / Stockho every SLP‐differ etween mean te

hern Sweden

ity of the sta dies have sug ation‐based 

y of historica non with mov dex with Pon ctively) that r oint‐based in al state of th

as NASA’s M ge spatial an

olm‐region is bla rence class (ma emp per class a

  Uppsala 0.95  yes 

ation‐based N ggested that 

NAO Index. A al measurem ving poles of nta Delgada a

represents th dex that foll

e NAO over 

MERRA data u nd temporal s

ack and Southe genta, right y‐a nd class. 

/Stockholm 

NAO Index to the winter t A station‐bas ments from c

f variability in and Stykkish he NAO’s cur

ows the max a given wint

used in this s scales. The in

ern Norway is re axis). 

Southern N 0.98  yes 

o describe th temperature

sed index ha hosen locati n atmospher

olmur as sou rrent state m ximum and m ter month m

study encour nvestigated 

 

ed, left y‐

Norway 

he winter   in  as been 

ons. The  ric mass. 

uthern  may not 

minimum  ay be 

rages  NAOE 

(26)

Index do than the tempera Index ma account  by Beran dynamic stationa that amp position  tempera This stud tempera equally g work we Atlantic.

winter te Errors in extrapol a maxim 40 to 35°

revealed Africa ca from sur

That bot winter te That is, e

oes not show e standard NA ature in both

ay additiona when descri nova and Kys cs are accura ry locations  plify the wes of the extre ature. 

dy suggests t ature than th good, repres e saw that NA

 Hence, usin emperatures nvolved in th

ation can be mum pressure

°W, 60 to 63 d. Greenland an also be de rface pressur

Figure 8 30 y

th standard N emperature  even if the m

w to be a bett AO Index. Th h Swedish are lly represent ibing winter  sely (2013), s tely capture of SLP value sterly wind fl eme SLP may

that the stan he NAOE Inde sentation for

AO affects no ng winter tem s used in this

e MERRA da e seen in App

e surface aro 3°N. Without  is clearly se etected. The  re to sea leve

years mean win

NAO and NA may be a sig measuring po

ter descriptio he standard N eas than the 

t the wester temperature stating that t

d by station‐

s may be suf ow over Nor  in some cas

ndard NAO In ex. The NAO r the actual a ot only Scand mperature in

s study. 

ta have to b pendix A (Fig ound 30 to 20

t having cont en in Figure  SLP‐contour el pressure.

nter‐SLP over No

OE Index hav gn of how the oints of NAOE

on of the NA NAO Index s  extreme pre lies better. T es in Scandin the atmosph

‐based stand fficient to ca rth Atlantic. 

ses not affect

ndex is a bett E Index may atmospheric  dinavia but a n other areas

e taken into  gure 8). The m

0°W, 30 to 3 tour lines of  8 and parts  rs of land ma

orth Atlantic ba

ve medium‐

e large scale E Index are m

AO’s impact o howed slight essure‐based The westerlie navia. This is heric process dard NAO Ind

tch the sour Considering  t anything th

ter represen y nonetheless

state of NAO almost every s could be a c

account. Cle mean winter 35°N and a m land masses of Europe, M asses derive f

ased on the ME

high correlat e systems are moving they 

on Scandinav tly better co d NAOE Inde es are import

also consist es related to dex. This imp ces to the pr the NAOE In hat has impa

tation for Sc s still be a be O. In the intr ything adjace

complement

ear signs of e r‐SLP for 30 y minimum pre

s some of the Mediterranea from extrapo

ERRA data used

tion with the e consistent o

seem to cap

vian winter w orrelation wit ex. The stand tant to takin tent with the o atmospher plies that the ressure grad ndex, the mo acts on Scand

candinavian w etter, or at le roduction pa

ent to the No t to the Scan

errors from t years is desc ssure surfac em are neve an and north olation error

d in this study. 

e Scandinavia over large ar pture the 

weather  th  dard NAO  ng into  e study  ric 

e  ients  oving  dinavian 

winter  east 

rt of this  orth 

dinavian 

the SLP  ribed by  e around  rtheless  hern 

rs, going 

 

an  reas. 

(27)

Scandinavian winter temperature almost as good as NAO Index. The method to describe the  Scandinavian winter temperature from North Atlantic atmospheric behavior may be closer to the  westerlies rather than the phase of NAO. Therefore, the standard NAO Index may be preferred for  this purpose. 

Despite above results, the suggested extreme‐SLP‐difference‐classes shows a very high correlation  with mean monthly mean area winter temperature averaged over every extreme‐SLP‐difference‐

class. Increased pressure‐difference‐class is shown to be clearly followed by increased temperature  (Figure 7). The correlation between the extreme‐SLP‐difference‐classes and the mean Scandinavian  winter temperature anomaly per class (Table 5) is strongly higher than indices correlation to the  Scandinavian winter temperature anomaly. 

The synoptic scale circulation systems over North Atlantic enhance or weaken the westerlies which in  addition affect the European weather. The extreme pressures (and pressure centers) over North  Atlantic are non‐stationary. Hence, they may in many cases miss processes connected to the  westerlies. The extreme pressures may therefore not always be the best representation for the  strength of the westerlies. They may however still be a good representation of the state of NAO. This  suggests that an index describing the NAO phase should be separated from an index describing  NAO’s impact on Scandinavian winter temperature. Then the results from this study suggest that a  SLP difference Index could better represent the Scandinavian winter temperature than a difference  based on normalized anomalies from a 30‐year mean value (NAOE or NAO Index).  

Why are the extreme‐SLP‐classes higher correlated to the Scandinavian winter mean temperature  anomalies? 

This can be because of that the classes are the direct strength of SLP difference and not anomalies  from a 30‐year mean. The direct SLP difference may be more linearly connected to Scandinavian  winter temperature than the anomaly. It may also derive from the normalization with standard  deviation. On the other hand, it can simply derive from the class‐averaged temperatures. 

The results showed us that the Norwegian winter temperature was almost as well represented with  NAO (correlation of 0.47) as with NAOE Index (0.48). The difference between the NAO and NAOE  Index’ representation of Swedish winter temperature (correlation of 0.59 and 0.53) was more  significant. This suggests that the NAO Index represents the Norwegian winter temperature nearly as  good as NAOE Index (difference of 1/100). However, for the Swedish areas the NAO Index may be the  preferred index. In addition, Norwegian winter temperature anomaly has a lower correlation than  the Swedish with both NAO and NAOE Index. This is consistent with other studies (e.g. Hurrel, 1996). 

The correlation between NAO Index and Swedish winter temperature anomalies was shown to be  statistical significant while the same correlation for NAOE Index was not. This shows that in addition  to the higher correlation is NAO Index also more statistical reliable for describing Swedish winter  temperature anomalies. For Norway’s correlation however, none of the indices was statistical  significant. 

A lack of number of winters available has been a problem in this study. Since I am covering only one  climate period, the temporal scale may be insufficient to observe such phenomenon as analyzed in  the present study. The reanalysis data covers the lack of spatially distributed historical observations 

(28)

over North Atlantic. Nonetheless, to cover the temporal scales a climate model could be used. With  verified climate models, runs over longer time scales could be executed. 

I am using the mean pressure over every month and simply find the grids with largest and smallest  SLP for every month. This can lead to maximum and minimum SLPs incorrectly located to the NAO  phenomenon. Also, limiting the area over southern and northern location of the North Atlantic could  miss the important pressure systems. A more complex algorithm to find the SLP in center of the  major pressure systems could be a better suggestion. Then using these values in the same way as the  NAOE Index could lead to an improvement. 

Recalling the dynamics section (1.3), we have seen how external forcing such as transient eddies  entering the North Atlantic can influence the variations characterizing the NAO pattern. To a station‐

based index, such processes are completely missed and may describe the noisy appearance of  standard NAO Index. 

There’s only a small probability that the NAO pattern can be predicted. The parameters of NAO are  intrinsically connected to many other atmospheric processes and without fully understanding the  dynamics of NAO there is little hope to be able to forecast the NAO pattern. Studies suggest however  that because of the tilt of the pressure field with height, the NAO phase can be predicted with one  month in advance during winters (Greatbatch, 2000). That is, the stratospheric pressure field is tilted  forward so that it carries the information of the next tropospheric NAO phase. 

Note that only low‐frequency variations are covered in this study. To cover the dynamics more  comprehensively, a study of high‐frequency variations would be preferred. Many processes can be  lost when limiting the study to low‐frequency but still, the variations may be too noisy if using high‐

frequencies. Additionally, when relating pressure variations over North Atlantic to temperature  variations in Scandinavia may low‐frequencies be a better representation. High‐frequencies may be  too short to capture the pressure feedback on Scandinavian temperature. 

6 Conclusions

The reliability of the standard station‐based NAO Index to represent the impact of the NAO pattern  on monthly mean winter temperature in Scandinavia has been of focus in this study. The monthly  maximum and minimum winter SLPs over the North Atlantic for a 30‐year period have been  analyzed. The difference between them has been connected to the monthly mean winter 

temperature in Scandinavia. A new index of the NAO pattern has been suggested to better describe  this temperature. 

The temperature dependence of standard station‐based NAO Index and the new extreme SLP‐based  NAOE Index has been analyzed. It is found that both NAO Index and NAOE Index capture the 

temperature anomalies equally well. Additionally the indices are well correlated with each other. 

However, the suggested NAOE Index does not show to be a better representation for the  Scandinavian temperature than NAO Index.  

The interesting extreme‐SLP‐difference correlation with Scandinavian winter temperature suggests  that this could be a better representation of the North Atlantic pressure fields’ impact on 

Scandinavian winter temperature. That is, the NAO phase should be described with one index but the 

References

Related documents

How- ever, whereas the UPS in North-East Greenland is also preserved in areas with less resistant basalts (e.g. Milne Land), the equivalent UPS in West Greenland is mainly

Hence, at the same time as the image is turned around, becomes translucent or otherwise invisible, an index of an imaginary order is established, and indeed an image, behaving as

Countries with relatively high private spending in the health sector tend to rank low not high on the Good Society Index.. Examples are South Africa, Uganda, Jordan

The Human Development Index (HDI) is a composite index that measures the average achievements in a country in three basic dimensions of human development: a long and healthy life,

σ is the actual variance, that is the square of realized volatility [4]. Because these products we are discussing have the similar properties with futures options and

Other reasons for the varied results when comparing the RAG-analysis from the interview data and the self-assessed RAG-analysis are probably that the safety coordinators took

This shows that the coolant pump in the AMESim model gives nearly the same pressure rise as the real coolant pump at a specific flow.. Each flow over a component is

This paper presents a use of dimension reduction techniques to compose a two-step identification scheme suitable for high-dimensional identification problems with