Variability of tropical cyclone  activity Suzana J. Camargo Lamont‐Doherty Earth Observatory Columbia University

WWOCS, 16‐21  August 2014, Montreal, Canada

Outline • TCs and climate modes • MJO & TCs • ENSO & TCs • TCs  & other climate modes • TC Decadal Variability • Future perspective References: Camargo et al. 2010, in “Global Perspectives on Tropical Cyclones”, eds. Chan & Kepert. Camargo & Hsiang, 2014, in Extreme Events: Observations, Modeling and Economics",  AGU Monograph, in press.

History ENSO:

MJO: 

El Niño‐Southern Oscillation

Madden‐Julian Oscillation

Monthly Weather Review, 1979, 1983

Journal of the Meteorological Society of Japan 1988, 1994

Climate Modes MJO

Equatorial Waves: TD type (easterly waves), equatorial Rossby waves, Kelvin waves,  mixed Rossby‐gravity waves Frank & Roundy 2006; Roundy 2012

QBO AMM IOD

ENSO

AMO PDO

Tropical Cyclones and MJO

MJO index: Wheeler & Hendon 2004

GPI and OLR Anom.  Composites ‐ JFM

First Position Anomaly Composites - JFM

Camargo, Wheeler & Sobel, JAS 2009

Global impacts of MJO on TC activity Changes in ACE by  MJO phase

Klotzbach, J. Climate 2014

Models: TC – MJO connection NASA GISS model Kim et  al. J. Climate 2012

ECMWF model Vitart, GRL 2009

Contribution of MJO and Equatorial  Waves to TC Genesis

Schreck et al. MWR 2012

Current intra‐seasonal TC forecasts Week 1

Week 2

Dynamical Forecasts: ECMWF 32‐day ensemble Tsai et al. Asia‐Pacific JAS 2013

Week 3

Week 4

Statistical Forecasts CSU 2 week forecasts: Klotzbach & Gray, CSU http://tropical.atmos.colostate.edu

Leroy and Wheeler, 2008 Metéo France: www.meteo.nc/espro/previcycl/cyclA.php

Paul Roundy, SUNY Albany Frank and Roundy, 2006 Roundy and Schreck, 2009 http://www.atmos.albany.edu/ facstaff/roundy/tcforecast/tcforecast.html

Simulation and forecasting MJO • Systematic relationship between model mean  state bias and  MJO simulations (Kim et al., J.  Climate 2011) • Global and local MJO forecast skill (Fu et al. Clim Dyn, 2013, Ling et al., MWR 2014) • Improvement in the TC‐MJO representation in  models (Fu et al., Clim Dyn, 2013)

Tropical Cyclones and ENSO • Most well known and explored relationship • ENSO modulation of  TC activity in all basins • ENSO impacts on TC activity have different characteristics  in each TC basin: – Frequency – Location (genesis, tracks) – Intensity – Duration

Global Impacts of ENSO on TC activity

Genesis Potential Index

Observed Track Density

Camargo, Emanuel & Sobel, J. Climate 2007

Atlantic Hurricanes and ENSO

Kossin, Camargo & Sitkowski, J. Climate 2010 

Typhoons and ENSO

Monthly Weather Review 1985 La Niña

5

4

3.5

Mean ACE per Year − TC categories

x 10

La Nina Neutral El Nino

3

ACE (m/s)

2

2.5

2

1.5

1

0.5

0

Chia & Ropelewski, J. Climate (2002)

El Niño

TS

TY1

TY2

TY3

TY4

TY5

Camargo & Sobel, J. Climate (2005).

Typhoons and ENSO

Camargo et al., part I & part II,  J. Climate, 2007

Eastern North Pacific Hurricanes  & ENSO ENSO

MJO

CLIMO

Camargo et al. , GGG  (2008)

Models: ENSO & TC relationship

Zhao et al. MWR  2009

Vecchi & Villarini Science 2014

Wang et al. , J. Climate, 2014

Scientific Challenge: ENSO forecasts •

BAMS, 2012:

•

Skill of dynamical models improved during spring barrier.

•

Improved skill: most advanced, high‐resolution, fully coupled atmospheric‐ocean  models with sophisticated data assimilation schemes and large ensembles.

•

Further skill improvement possible with improvements in dynamical models.

•

Higher skill of ENSO forecasts using multi‐model approach, even in spring – Tippett and Barnston (2008); Tippett et al. (2012)

Other modes of  variability:  Atlantic Meridional Mode ‐ AMM Kossin & Vimont, BAMS 2007

Kossin, Camargo & Sitkowski, J. Climate 2010 

AMM & ENSO

Patricola et al., J. Climate 2014

AMM predictability/prediction • Well known relationship between ENSO & AMM • Vimont,  J. Climate (2012): – Enhanced AMM predictability during boreal spring &  long‐lead forecasts (depending on lead time) – Predictability related ENSO & high‐latitude Atlantic  SST

What about the Quasi‐Biennial Oscillation (QBO)? North Atlantic:

Camargo & Sobel, J. Climate 2010

QBO – Western North Pacific

Monthly Weather Review, 1995

Ho et al. GRL, 2009 Camargo & Sobel, 2010

Let’s not forget  the NAO ‐ North  Atlantic Oscillation:

Kossin, Camargo & Sitkowski, J. Climate 2010 

Predictability of the NAO • Until recently – no NAO predictability • Predictability of the winter NAO (Scaife et al. 2014) : – ENSO teleconnections – North Atlantic Ocean temperatures – Artic sea‐ice – QBO

Atlantic: Decadal Variability – Atlantic  Multi‐decadal Oscillation (AMO)

Goldenberg et al., Science, 2001

Controversial topic: • Mann & Emanuel 2006: role of aerosols in  Atlantic 70s‐ 80s cooling.

Role of aerosols, natural  variability, GHG

Ting, Camargo, Li, Kushnir, submitted.

Multi‐year forecasts of  Atlantic TC activity

Smith et al., Nature  Geos. 2010

Vecchi et al., J. Climate, 2013 Caron et al., Clim. Dyn., 2014

Western North Pacific TC Decadal Variability Pacific Decadal  Oscillation (PDO)

Chan 2008

ENSO decadal variability + PDO 

Future Challenges • Improvement of simulations of climate modes in  coupled models • Improvement in forecasting  (ENSO, MJO, AMM, NAO) • Better understanding TC modulation by climate modes  and their combined effects • Relationship among modes • Climate Change influence on climate modes and their  teleconnections

Example 1: MJO & ENSO • Role of MJO in initiating and terminating ENSO  (McPhaden et al. 2006, Hendon et al. 2007) • Nonlinearity of the combined MJO/ENSO  impacts (Roundy et al. 2010) • Disruptions of ENSO teleconnections by the MJO  (Hoell et al. GRL, 2014)

Example 2:  TC size & ENSO

Camargo & Knaff, in preparation