Upwelling Suppression in the Seychelles-Chagos Thermocline Ridge of the Southwestern Tropical Indian Ocean: Relationship with the Tropical Climate Variabilities = 열대 남서인도양의 세이셸레스-차고스 수온약층 융기 해역 용승 억제 현상: 열대 기후 변동성과의 관계

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Seychelles–Chagos Thermocline Ridge (SCTR) in the southwestern tropical Indian Ocean is a prominent upwelling region, which is strong at subsurface. The temperature variability at subsurface is related with Sea Surface Temperature (SST) variability in the SCTR. The suppression of the upwelling in the SCTR is important role of the SST warming in this region. The upwelling in the SCTR can be suppressed by downwelling Rossby waves generated during the positive phase of the Indian Ocean Dipole (IOD) and/or El Niño. Although the co-occurrence of positive IOD and El Niño is known to induce stronger upwelling suppression, the mechanisms driving this phenomenon are not yet fully understood. This study explores the upwelling suppression events in the SCTR from 1968 to June 2024, with a relationship with tropical climate variabilities including positive IOD and El Niño–Southern Oscillation (ENSO).
Through long-term reanalysis data from 1968 to 2017, nine major upwelling suppression events were identified over the 50-year period, with seven occurring 3–6 months after the simultaneous peaks of positive IOD and El Niño in the eastern Indian Ocean. However, some events, such as those in 2011–2012 and 1978–1979, were driven primarily by local wind anomalies, indicating that upwelling suppression can occur even in the absence of strong remote forcing from positive IOD or El Niño. These findings emphasize the importance of local wind dynamics, such as anticlockwise wind anomalies over the SCTR, in contributing to upwelling suppression.
In situ observations from May 2019 to June 2024 at Station K (8° S, 61° E) further illustrate the complexity of upwelling suppression mechanisms focused on the remote wind effects. Observations including Pressure-recording Inverted Echo Sounders (PIES) and subsurface temperature sensors captured the abnormal suppression of upwelling in December 2019 and December 2023, both of which resulted in the deepening of the mean 20 °C isotherm (D20) to approximately 140 m, and maximum of D20 to approximately 150 m. The 2019 suppression event, despite the absence of El Niño, was driven by a prolonged and strong positive IOD sustaining 8 months, with a strong SST difference between western and eastern Indian Ocean of 1.64 °C exceeding four standard deviations. The strength of the downwelling Rossby waves in 2019 was similar to that in 2023, when both positive IOD and El Niño occurred, highlighting that an extended positive IOD can cause significant suppression of the upwelling similar to that caused by the co-occurrence of positive IOD and El Niño.
This study investigates the upwelling suppression events in the SCTR, highlighting the significant roles of both remote and local wind forcing related to tropical climate variabilities. Through the analysis of reanalysis datasets and recent in situ observations from 1968 to 2024, ten major upwelling suppression events linked to positive IOD and/or ENSO conditions were identified. Notably, eight of these events occurred when positive IOD and ENSO coexisted, amplifying the suppression of upwelling depending the remote wind forcing. However, in 2011 and 2019, upwelling was suppressed solely due to a positive IOD, demonstrating that positive IOD alone can have a profound influence on upwelling suppression.
The 2019 suppression event is particularly significant as it showcased an extreme upwelling suppression comparable to events where both positive IOD and ENSO co-occurred associated with remote wind forcing. This indicates that a prolonged and strong positive IOD can independently lead to significant deepening of the thermocline and suppression of upwelling in the SCTR. Further analysis reveals that local wind anomalies, particularly anticlockwise wind patterns over the SCTR, can suppress the upwelling even in the presence of weak remote forcing, as observed in the 2011 events. This underscores the importance of local wind dynamics, which can be the effects of climate variability. The findings of this study offer a deeper understanding of upwelling variability in the SCTR, which is crucial for improving predictability in climate systems in the Indian Ocean.

국문 초록 (Abstract)

남서 열대인도양의 세이셸-차고스 수온약층 융기(SCTR) 해역은 표층 아래에서 용승이 지속적으로 강한 지역이다. 표층 아래의 온도 변동은 SCTR의 해수면 온도(SST) 변동과 관련이 있으며, 이 지역에서의 용승 억제는 SST 상승에 중요한 역할을 한다. SCTR 해역의 용승는 인도양 쌍극자(IOD)의 양의 위상 및/또는 엘니뇨에 의해 생성된 침강 로스비파에 의해 억제될 수 있다. 양의 IOD와 엘니뇨가 동시에 발생하면 용승이 더 강하게 억제되는 것으로 알려져 있지만, 이 현상을 주도하는 메커니즘은 완전히 이해되지 않았다. 이 연구는 1968년부터 2024년 6월까지의 기간 동안 SCTR에서 용승 억제 현상을 확인하고, 양의 IOD와 엘니뇨를 포함하는 열대 기후 변동과의 연관성을 살펴보았다.
장기 재분석 자료를 통해 1968년부터 2017년까지 50년 기간 동안 9건의 용승 억제 사건이 확인되었으며, 그중 7건은 인도양 동부에서 양의 IOD와 엘니뇨가 동시에 발생한 후 3에서 6개월 후에 발생했다. 그러나 2011년부터 2012년과 1978년부터 1979년과 같은 사건은 주로 지역적 바람의 영향으로 발생했으며, 이는 IOD나 엘니뇨의 강력한 원격 강제력이 없더라도 용승이 억제될 수 있음을 나타낸다. 이러한 결과는 용승 억제에 기여하는 SCTR 해역 내부의 반시계 방향 바람과 같은 지역적 바람의 중요성을 강조한다.
2019년 5월부터 2024년 6월까지 K 정점(남위 8도, 동경 61도)에서 실시한 현장 관측은 용승 억제 메커니즘의 복잡성을 더욱 잘 보여준다. 압력 기록 역방향 음향기(PIES)와 아표층 온도 센서를 포함한 계류 관측은 2019년 12월과 2023년 12월에 용승이 비정상적으로 억제되었음을 포착했으며, 두 경우 모두 20 ℃ 등온선이 평균 약 140 m, 최대 약 150 m 까지 깊어졌다. 엘니뇨가 없었음에도 불구하고 2019년 사건은 8개월 동안 지속된 장기간의 강력한 양의 IOD에 의해 주도되었으며, 서부와 동부 인도양의 강한 SST 차이가 1.64 ℃로 표준편차의 4배를 초과했다. 2019년 하강 로스비파의 강도는 양의 IOD와 엘니뇨가 모두 발생한 2023년의 강도와 유사했으며, 동일한 강도로 용승을 억제했다.
본 연구는 SCTR 해역에서 용승 억제 현상을 조사하였으며, 열대기후 변동과 관련된 원격 및 지역 바람의 중요한 역할을 강조했다. 1968년부터 2024년까지 재분석 자료와 현장 관측을 통해 양의 IOD 및/또는 ENSO와 연관 있는 10개의 용승 억제 현상을 확인했다. 특히 이 중 8개의 사건은 양의 IOD와 ENSO가 함께 발생하여 원격 바람의 강제력에 의해 강한 용승 억제 현상이 발생했다. 하지만, 2011년과 2019년에는 양의 IOD 단독으로도 용승이 억제되었으며, IOD만으로도 용승 억제에 영향을 미칠 수 있음을 보여주었다.
2019년의 사례는 원격 바람의 효과와 관련하여 양의 IOD와 ENSO가 동시에 발생한 경우와 비교할만한 강한 용승 억제를 보여주었기 때문에 특히 중요하다. 이는 지속적이고 강한 양의 IOD가 발생할 경우, 수온 약층을 깊게 만들어서 SCTR 해역의 용승을 억제할 수 있다는 것을 시사한다. 또한, SCTR 해역의 반시계 방향의 바람과 같은 지역적 바람의 효과로 인해, 원격 바람의 효과가 약하더라도 2011년에서 관측된 사례와 같이 용승이 억제될 수 있다. 이러한 연구결과는 기후 변동성에 지역적 바람이 영향을 줄 수 있다는 중요성을 강조한다. 이 연구의 결과는 SCTR 해역의 용승 변동성에 대한 더 깊은 이해를 제공하며, 이는 인도양의 기후 시스템의 예측성을 개선하는 데 중요하다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• Table of Contents v
• List of Figures vii
• List of Tables xiii
• 1. General introduction 1
• 2. Upwelling suppression events for 50 years (1968–2017) 9
• 2.1. Introduction 9
• 2.2. Data and methods 11
• 2.2.1. Data 11
• 2.2.2. Seyshelles Upwelling Index 12
• 2.3. Results 15
• 2.3.1. Seven Suppression Events 15
• 2.3.2. 1978-79 Event and 2011-12 Event 21
• 2.4. Summary and discussions 27
• 3. Observations of the abnormal suppression: December 2019 and December 2023 31
• 3.1. Introduction 31
• 3.2. Data 40
• 3.2.1. In situ observations 40
• 3.2.2. Hydrographic profiles 43
• 3.2.3. Clmate indices 46
• 3.2.4. Other datasets 46
• 3.3. Hybrid gravest empirical mode 48
• 3.3.1. Development of hybrid GEM technique 50
• 3.3.2. Upwelling strength and ADT 58
• 3.3.3. Evaluation of the hybrid GEMs 62
• 3.4. Abnormal suppression events 65
• 3.4.1. Strength of the suppression 65
• 3.4.2. Propagation of the downwelling Rossby waves 74
• 3.4.3. Composites of positive IOD years 76
• 3.5. Summary and discussions 85
• 4. Conclusions 90
• References 94
• Abstract in Korean 101