Atmospheric and Oceanic Variability Associated with Growing Season Droughts and Pluvials on the Canadian Prairies

This study documents and assesses the atmospheric and oceanic variability associated with growing season (May to August) droughts on the Canadian Prairies. For comparison, extreme wet seasons or pluvials are also examined. Using the Palmer Z-Index as a drought indicator, extreme dry and wet seasons are first identified for the period 1950 to 2007. Interrelationships among several atmospheric parameters including large- to synoptic-scale circulation patterns, low-level moisture transport, moisture convergence, precipitable water content and cyclone frequency are then assessed during extreme drought and pluvial periods. In addition, links to the previous winter's global sea surface temperature (SST) patterns are identified using the multivariate technique of singular value decomposition. Results show that moisture from the Gulf of Mexico is notably decreased during the identified drought seasons. Stronger than normal subsidence associated with anomalously high pressure over northwestern North America also leads to weakened moisture transport from the Pacific Ocean. Conversely, during pluvial seasons, low-level flow aided by the circulation associated with increased cyclone frequency over western North America brings abundant moisture northward into the southern Prairies. These circulation patterns over western North America and their associated moisture transport anomalies into the Prairies show some linkages to previous winter SST patterns both globally and in the Pacific Ocean where the SSTs are similar to those associated with interannual El Niño Southern Oscillation (ENSO) events and ENSO-like interdecadal North Pacific variability. This is the first study to examine several interconnected atmospheric and oceanic processes at various scales as they relate to the occurrence of growing season extreme climate over the Canadian Prairies. Results provide a better understanding of the physical mechanisms responsible for the initiation and perpetuation of these extremes. R ésumé [Traduit par la rédaction] Cette étude documente et évalue la variabilité atmosphérique et océanique associée aux sécheresses survenant durant la saison de croissance (mai à août) dans les prairies canadiennes. À titre comparatif, nous examinons aussi les saisons ou les périodes extrêmement pluvieuses. En utilisant l'indice Z de Palmer comme indicateur de sécheresse, nous commençons par identifier les saisons extrêmement sèches et extrêmement pluvieuses durant la période de 1950 à 2007. Nous évaluons ensuite les interrelations entre plusieurs paramètres atmosphériques durant les périodes extrêmement sèches ou extrêmement pluvieuses, notamment les configurations de circulation à grande échelle ou à l'échelle synoptique, le transport d'humidité à basse altitude, la convergence d'humidité, le contenu en eau précipitable et la fréquence des cyclones. De plus, nous déterminons les liens avec les configurations globales de température de la surface de la mer (TSM) durant l'hiver précédent au moyen d'une méthode d'analyse multivariée : la décomposition en valeurs singulières. Les résultats montrent que l'humidité venant du golfe du Mexique est notablement moindre durant les saisons de sécheresse identifiées. Une subsidence plus forte que la normale associée à des pressions anormalement élevées dans le nord-ouest de l'Amérique du Nord explique aussi un plus faible transport d'humidité depuis l'océan Pacifique. Réciproquement, durant les saisons pluvieuses, l'écoulement à basse altitude, aidé par la circulation associée à une fréquence accrue des perturbations dans l'ouest de l'Amérique du Nord, apporte une humidité abondante vers le nord jusque dans le sud des Prairies. Ces configurations de circulation dans l'ouest de l'Amérique du Nord et les anomalies de transport d'humidité correspondantes dans les Prairies exhibent certains liens avec les configurations de TSM de l'hiver précédent, tant à l'échelle du globe que dans le Pacifique où les TSM sont semblables à celles associées aux épisodes El Niño − oscillation australe (ENSO) interannuels et à la variabilité interdécennale dans le Pacifique Nord similaire à l'ENSO. Il s'agit de la première étude à examiner, à diverses échelles, plusieurs processus atmosphériques et océaniques interreliés du point de vue de leur rapport avec l'occurrence de conditions climatiques extrêmes durant la saison de croissance dans les prairies canadiennes. Les résultats permettent de mieux comprendre les mécanismes physiques responsables de l'établissement et de la perpétuation de ces extrêmes.

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