16
8/3/2019 Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate http://slidepdf.com/reader/full/seymour-et-al-1984-influence-of-el-ninos-on-californias-wave-climate 1/16 CHAPTER  THIRTY  NINE  INFLUENCE OF EL  NINOS ON CALIFORNIA'S  WAVE  CLIMATE  Richard J.  eymour, .ASCE 1)  R.  Rea  Strange III  (2)  Daniel  R.  Cayan  (3)  Robert A.  Nathan  AM.ASCE  (4)  ABSTRACT  Waves  with  exceptional  height  nd  eriods  aused  evere amage  along  the  oast  f  alifornia n  1982-83.  ecause  these  large  wave  events  coincided  with  a  trong  l  ino-Southern  scillation  ENSO)  climatic  anomaly,  hich  ccurs 0-25  imes  er  entury,  there  was  interest  in  determining  if  the  extreme  waves  resulted  from  the  ENSO  r  it s  related  features.  he  meteorological  setting  featured a  very  large  and  ntense  ow  ressure  one  ve r  he  orth-central  acific.  Associated  with  his  acific-wide  attern,  eries f  arge  mid-latitude  storms  eveloped  t  bout  weekly  intervals and  produced exceptionally  long  fetchs directed at  the  California Coast.  Two  time  series of  extreme  wave  events,  using buoy  data  after  981  and hindcasts  efore,  were  used covering  the  period  from  1900  to  1984.  One  series  considered  waves  with  significant heights  greater  than  (10  ft)  nd  the  second  for  those  greater  than  6  m (20  ft.)  hese were  compared  with  a  time  history of  ENSOs  for  the  same  eriod.  trong  association  was  stablished between  northern hemisphere  winters  during  ENSO  years and  large  wave  events  in  Southern California.  trong  NSO  winters  had  the  largest  storm  waves,  moderate  ENSOs  less  intense  waves,  and  weak  NSOs  ended ot  o  ave  torm  aves reater  han  the  threshold  value  used  in  this  tudy.  he  orrelation  etween  arge  waves  and  NSO  ears  is  significant  at  the  1%  level.  he  correlation between  lack  of  large  waves  and  non-ENSO  years  is  ignificant  t  he  0.5%  level.  Because  of  the  great  southerly  extent of  the  most  energetic  storms,  a  large  number  of energetic  wave  trains approach  he  oast  rom  he  west,  rather  han  he  northwest,  as previously  assumed by  many.  NSO  winters  are  responsible for  producing all  of  the  wave  vents  n  his  study with  oth  eights  reater  han  6  m and  periods of  peak energy  longer  than  19  seconds.  Five  out  of nine  eastern Pacific  tropical  storms aking  andfalls on  California n  he  85 year  period occurred  during  the  late  northern  summer  of  ENSO  years.  (l)Hd.,Ocean Engr.  Research  Group,  Scripps Inst.  of  Oceanography, La  Jolla,  CA  (2)President,  Pacific Weather Analysis,  Santa  Barbara,  CA  (3)Research  Assoc.,  Scripps  Inst.  of Oceanography,  La  Jolla,  CA  (4)Coastal  Engineer,  Moffatt  &  Nichol,  Engineers,  Long Beach,  CA  577  

Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

8/3/2019 Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

http://slidepdf.com/reader/full/seymour-et-al-1984-influence-of-el-ninos-on-californias-wave-climate 1/16

CHAPTER THIRTY NINE  

INFLUENCE OF EL NINOS ON CALIFORNIA'S  WAVE CLIMATE 

Richard J. eymour, .ASCE 1) R. Rea Strange III ( 2 ) 

Daniel R. Cayan ( 3 ) Robert A. Nathan AM.ASCE ( 4 ) 

ABSTRACT Waves  with exceptional height nd eriods aused evere amage 

along the oast f alifornia n 1982-83. ecause these large wave events coincided  with a trong l ino-Southern scillation E N S O )  climatic anomaly, hich ccurs 0-25 imes er entury, there was interest in determining if the extreme waves resulted from the ENSO r it s related features. he meteorological setting featured a very large and ntense ow ressure one ve r he orth-central acific. Associated with his acific-wide attern,  eries f arge mid-latitude storms eveloped t bout weekly intervals and produced exceptionally long fetchs directed at the California Coast. 

Two time series of extreme wave events, using buoy data after 981 and hindcasts efore, were used covering the period from 1900 to 1984. One series considered  waves with significant heights greater than ( 1 0 f t ) nd the second for those greater than 6 m (20 f t . ) hese were compared with a time history of ENSOs for the same eriod. trong association was stablished between northern hemisphere winters during ENSO years and large wave events in Southern California. trong NSO winters had the largest storm   waves, moderate ENSOs less intense waves, and weak NSOs ended ot o ave torm aves reater han the threshold value used in this tudy. he orrelation etween arge waves and NSO ears is significant at the 1% level. he correlation between lack of large waves and non-ENSO years is ignificant t he 0.5% level. 

Because of the great southerly extent of the most energetic storms, a large number of energetic wave trains approach he oast rom he west, rather han he northwest, as previously assumed by many. NSO winters are responsible for producing all of the wave vents n his study with oth eights reater han 6  m and periods of peak energy longer than 19 seconds. 

Five out of nine eastern Pacific tropical storms aking andfalls on California n he 8 5 year period occurred during the late northern summer of ENSO years. 

(l)Hd.,Ocean Engr. Research Group, Scripps Inst. of Oceanography, La Jolla, CA 

(2)President, Pacific Weather Analysis, Santa Barbara, CA (3)Research Assoc., Scripps Inst. of Oceanography, La Jolla, CA (4)Coastal Engineer, Moffatt &  Nichol, Engineers, Long Beach, CA 

5 7 7 

Page 2: Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

8/3/2019 Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

http://slidepdf.com/reader/full/seymour-et-al-1984-influence-of-el-ninos-on-californias-wave-climate 2/16

578 OASTAL ENGINEERING  -1984 

INTRODUCTION 

During t h e   Winter of  1 9 8 2 - 8 3 ,  series o f xtraordinary storms attacked t h e coast of California. horeline damage was e v e r e , particularly  i n  Southern C a l i f o r n i a , and was accompanied by unusual coastal plain looding n many a r e a s . he extreme sea levels causing this flooding and an assessment of h e nearshore waves and their impacts are discussed i n  t w o  papers  i n  these  proceedings ( s e e  Flick and Cayan,1984 nd Walker,Nathan,Strange and S e y m o u r , 1 9 8 4 . ) he ave fields associated  with hese torms ttracted particular attention because of h e xtremely long  peak periods  as  well as the  great wave h e i g h t s . o  many observers, the  number and intensity of hese storms exceeded that of any winter within m e m o r y . 

The  year  1 9 8 2 , which immediately  preceeded the  most intense torms during January-March of 1 9 8 3 , was climatologically  exceptional. e now know that a very strong l Nino  - Southern  Oscillation ( E N S O ) event began  i n  t h e  late spring of 1 9 8 2 . t the t i m e , the ime equence of equatorial oceanic warming nd t r a d e wind reversal was s e v e r a l  months l a t e r   t h a n ost previous N S O s , ausing ively ebate mong oceanographers and climatologists as o whether there really  was an ENSO occurring ( s e e  K e r r , 1 9 8 3 . ) he inpact o f  ENSOs on productivity i n  South American coastal waters has been  well studied f o r  many y e a r s . Only  r e c e n t l y ,  motivated i n  part by the  extreme nature of h e 2 - 8 3  E N S O ,  have cientists understood the global npacts o f   t h e  e v e n t , including droughts and excessive rainfall over large areas outside of t h e   t r o p i c s . F o r  a  review of ENSO s e e  P h i l a n d e r , 1 9 8 3 . ) here was a second  major climatological perturbation almost coincident with t h e onset o f h e ENSO -  the eruption  of the   Mexican  v o l c a n o , E l  C h i c h o n . Although  i t s  t o t a l ejected  mass was  much smaller  t h a n , s a y , ount S t . H e l e n s , i t was one o f  those rare eruptions that results  i n very l a r g e quantities o f  sulfuric acid  i n the t r a t o s p h e r e . his contaminant, with a long persistence, spread completely  around the  globe  i n  a  broad band straddling the e q u a t o r . here  i s  evidence from  historical climate records that this kind  of ruption can have pronounced effects on global climate ( s e e  S i g u r d s s o n , 1 9 8 2 . ) he superposition of the strong ENSO  and E l hichon makes  i t   very difficult to sort out t h e  climatic effects of each e v e n t . he severity of the 1 9 8 2 NSO may even have been augmented by t h e nfluence of he E l hichon c l o u d , but o u r present level o f  understanding of climatology does not allow us o confirm o r  reject such  i n t e r a c t i o n s . 

Volcanos rarely  vent sulfides all the  way to the stratosphere, u t ENSOs o c c u r erhaps 20 times i n  a  c e n t u r y . t   i s  therefore  i m p o r t a n t ,  from a wave climatology standpoint, at the least to determine  i f E N S O s are likely o have been paramount n riving these severe s t o r m s . Therefore, t h e  authors decided to test the relationship between ENSOs and large wave events by comparing time series from  historical  r e c o r d s .

 

Page 3: Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

8/3/2019 Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

http://slidepdf.com/reader/full/seymour-et-al-1984-influence-of-el-ninos-on-californias-wave-climate 3/16

EL NINOS INFLUENCE 79 

THE 1982-83 LARGE   WAVE EVERTS OFF CALIFORNIA 

The NOAA observation buoy moored at approximately  35 N latitude and 121 W longitude measured si x large ave vents, ach elated o massive storm n he acific Basin, that occurred in the period from December,1983 to March,1983. he significant wave height exceeded  6 ( 2 0 f t ) n ach f hese vents, s hown n able . hese observations were made in deep  water in unsheltered offshore locations. 

The storm of 10 February, 1983, which produced the longest eriods of this eries, was studied in detail (see Earle et al., 1984.) sing all of the NOAA buoy data, this work showed that the ignificant ave height at he ite losest o the storm  was 12.9 m ( 4 3 f t ) and that there was considerable energy up to periods s ong s 5 econds. This energy level would predict a maximum wave height of about 24 m ( 79 f t . )  

In later sections of this paper, it will be shown that these storms rank as very extreme events in recent history. 

THE METEOROLOGICAL SETTING 

From a meteorological standpoint, the 1982-83 ENSO winter was ost extraordinary, especially ver he acific nd adjacent continental margins. ot only was the Gulf of Alaska-Aleutian low pressure enter unusually deep a s s ften he ase with northern hemisphere ENSO winters), but the low was, on average, large enough in areal extent and displaced eastward ufficiently o ffect he est oast nd particularly California. his as not always been the case with ENSO winters (see Namias and Cayan, 1984.) igure  hows he eparture from normal f he 7 00 millibar ( m b ) height surface for winter, which is nearly equivalent to the anomalous pressure pattern at bout  m (10,000 f t ) loft. t s shown to be abnormally low (negative) in a broad region centered in the southern  Gulf of laska, nd ery igh (positive) in he entral acific ubtropics. ymptomatic of this pressure distribution were the frequent assive nd igorous torms that tracked cross he entral North Pacific to make landfall along virtually the entire West Coast of the United States. n a more ususal winter, storms would be confined to landfalls at latitudes much further north. 

The anomalous atmospheric angular momentum ssociated ith hese wind fields as studied by Rosen et al., (1984). his work shows that the transfer of angular momentum between the earth and he tmosphere was sufficient o hange he length of the day by a few milliseconds during the winter of 1982-83. 

Note that, although these storms were associated with n NSO a tropically ased henomenon), hey ere efinitely xtratropical disturbances. his is shown in Figure 2 y he yclone racks or March 1983. igure  shows an infrared satellite image of two of the March 1983 storms. he storm fronts show reater evelopment nd more southerly isplacement han sual. lso note that there is no obvious connection of these storm systems with the tropics. 

Page 4: Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

8/3/2019 Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

http://slidepdf.com/reader/full/seymour-et-al-1984-influence-of-el-ninos-on-californias-wave-climate 4/16

5 8 0  COASTAL ENGINEERING-1984 

FIGURE  1 Winter 1982-1983 mean 7 0 0 m b . eight anomaly i n  tens o f   f e e t . his  i s roughly analogous  t o  t h e   s e a l e v e l  pressure a n o m a l y . inter  i s efined a s  December hrough F e b r u a r y .  Anomaly calculated against ean o f 1 9 4 7 - 1 9 7 2  w i n t e r s . 

Page 5: Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

8/3/2019 Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

http://slidepdf.com/reader/full/seymour-et-al-1984-influence-of-el-ninos-on-californias-wave-climate 5/16

EL NINOS NFLUENCE  5 8 1 

S 3  

o  nj  M 4J  

1—1 e   S 3  o   tH 4J   a (0  i-l  r - -  s  CN  

•H 1  

J (0  u U  4 >  -M   Xi X  J- l 3 L   (0 

0 1  s 

a >  c  1 0  o  rH  M o   < p  & .s  

•H  s  U  •H o  (0 A <   2 5S M  M s  £i 

Page 6: Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

8/3/2019 Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

http://slidepdf.com/reader/full/seymour-et-al-1984-influence-of-el-ninos-on-californias-wave-climate 6/16

582   COASTAL ENGINEERING-1984 

FIGURE 3 Satellite infrared m a g e v e r orth P a c i f i c , arch , 1 9 8 3 . i g h clouds ( c o l d e s t ) are hown n white. ow clouds w a r m ) re not distinguishable e r e . ote extensive r o n t a l ystems xtending southward  t o 30 deg N , nd lack o f onnection t o ntertropical convergence z o n e  near e q u a t o r . 

Page 7: Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

8/3/2019 Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

http://slidepdf.com/reader/full/seymour-et-al-1984-influence-of-el-ninos-on-californias-wave-climate 7/16

EL NINOS INFLUENCE 83 

TABLE NOAA  BUOY OBSERVATIONS  OF   WAVES PROM  MAJOR STORMS 

WINTER 1982-83 

DATE  SIG.HT.  ( m )   MAX .  PERIOD   DIRECTION  

01 EC 2  6.4  14  295 18 EC 2  6.4  20  288 25 AN 3  6.1  17   278 27 AN 3  7.3  22  279 10 EB 3  6.7  25  2a 01 A R   83  8.2  20  258 

These very l a r g e  and intense low pressure centers esulted n fetchs on h e r d e r f  1000 km ( 5 5 0   n m ) and  wind speeds up to 30   m/s ( 6 0 k t s . ) revious empirical m o d e l s , still  widely used t o d a y , ould predict peak

 periods

 of 

only 

about 

7 seconds f o r   s u c h  conditions. 

Contemporary spectral wave generation  models containing nonlinear wave interaction t e r m s , o w e v e r , re capable f predicting the very long periods actually  generated i n  these s t o r m s . 

I t  can be seen from Figure 1  that the   wind vectors can be xpected to rotate to t h e north a s he storms pproach the continent. n typical winters, this northward shift occurs ( o n  a v e a r g e ) about 2200 km ( 1 2 0 0 n m ) offshore. t this p o i n t , the  winds no onger ontinue o increase wave h e i g h t . ispersion causes the s w e l l  to decay over these l o n g   d i s t a n c e s , reducing the height of the  waves as they approach he s h o r e . uring t h e winter o f   1 9 8 2 - 8 3 , because of the very large  s i z e  of t h e  low   pressure zone and the increased strength of the   westerlies, the average decay distance was educed to  about 1600 km ( 9 0 0   n m . ) hese factors account  f o r  the increase  i n  the swell height during these storm wave e v e n t s . t should also be noted that the locally  generated waves may be ravelling orth  almost orthogonally  to the s w e l l , producing a very confused s e a  state  i n  deep water. 

HISTORICAL  WAVE  DATA  FOR   THE CALIFORNIA  COAST 

Systematic wave measurements i n  deep water off the West Coast o f t h e  United States have been available only since 1 9 8 0 . herefore, any meaningful historical ssessment must epend argely pon ave hindcasts. ontemporary hindcasts, based upon reliable pressure field data and atellite m a g e r y , an provide wave nergy spectra and directional stimates with atisfactory accuracy o r ngineering a n a l y s e s . o w e v e r , f o r  pre-satellite  years, and  particularly  prior o the mid-1940's, h e meteorological ata become less satisfactory and t h e  accuracy o f  the  wave hindcasts  i s  degraded. here are a  number f storm hindcast tudies hat have een performed f o r   t h e  California 

Page 8: Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

8/3/2019 Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

http://slidepdf.com/reader/full/seymour-et-al-1984-influence-of-el-ninos-on-californias-wave-climate 8/16

5 8 4 OASTAL  ENGINEERING-1984 

Coast ( e . g . , s e e  Marine Advisers, 1960  and Meteorology nternational, 1 9 7 7 . ) hese works suffered  from short observation  periods a n d , i n  at least one c a s e , from serious methodological roblems. he earlier works used a singular wave approximation, compared with the spectral approach now employed by contemporary hindcasters. ather han attempting to   patch together the work of several hindcasting studies i n an attempt to  acquire a  long enough time  history, we decided to use the work o f  single hindcaster  which spanned the  whole interval from the inception of meteorological data (approximately 1 9 0 0 ) to the advent o f continuous deep water measurements  i n  late 1 9 8 0 . ne of us ( R R S ) has prepared such a s e r i e s . t was hindcast f o r  location n Southern California at a latitude of about 35 N . his series was an attempt to identify wave trains  expected to have a ignificant m p a c t n the shoreline. herefore, t ncluded only  those events  with deep water approach directions  i n the   zone  between  SW  and  WNW. aves approaching more obliquely would be diminished considerably  by refraction  as they approached t h e  s h o r e . urther, the  waves  were ranked by their power ( e n e r g y multiplied by p e r i o d . ) his resulted i n  a  list of 59  storms  i n which t h e esulting offshore significant  wave height exceeded  3   m ( 1 0 f t ) ,  a l l  having periods equal to  or exceeding  1 2  s e c o n d s . he tropical cyclone o f  S e p t e m b e r , 1 9 3 9 ,  a  major wave event  i n Southern California, was added f o r  t o t a l  of 60  s t o r m s . hese storms are listed  i n Table I I . 

A   second series  was obtained  by considering only the very largest e v e n t s . he threshold ignificant wave  height  was raised to 6  m  ( 2 0 f t . ) he second series contains  only  18  storms because of t s higher limit v a l u e , as shown  i n Table  I I I . 

I t  should  be learly recognized that h e possible quality of hindcast decreases with the a g e  of the  d a t a , particularly  prior  t o ,  the 1 9 5 0 ' s . t   i s likely that some  major storms  i n  the early years were excluded because here was insufficient  pressure field resolution  and accuracy to estimate the r e a l  wind s p e e d s . his  i s particularly t r u e f o r   s m a l l , n t e n s e torms ike ropical y c l o n e s . t s lmost impossible to hindcast hese t o r m s rior o the availablity o f satellite  i m a g e r y . owever, ince no eries o f his ength had previously been published, nd since he work sed a onsistent methodology throughout, e e l t hat hey would make  valuable contribution t o  o u r knowledge of the  wave climate off  California. HISTORICAL   RECORDS OF ENSO  COEDITIOKS 

Using anomalies  i n  the surface barometric   pressure n he Indian and Pacific O c e a n s , combined  with  observations of fisheries  i n Peru and other similar a t a , Quinn et  a l . 1 9 7 8 ) were able to develop  a series of ENSO events covering more than  200 y e a r s . hey also ated each event as s t r o n g , oderate o r w e a k . he ENSOs since 1900 from this record  are s h o w n   i n Table  I V . uinn et al's ENSO series dentifies events according o their nset y e a r s . o r  o u r  purposes, i t   i s  the winter following the o n s e t , hen the mid-latitude onnections are s t r o n g e s t , that would  have possible consequences f o r  Pacific  waves. 

Page 9: Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

8/3/2019 Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

http://slidepdf.com/reader/full/seymour-et-al-1984-influence-of-el-ninos-on-californias-wave-climate 9/16

EL NINOS NFLUENCE 8 5  

TABLE I 

EXTREME W A V E   EPISODES XCEEDING  M .  (BASIC SERIES) 1900  984 

DATE  SIG.HT.  (m)  MAX . ERIOD   DIRECTION 

13 M A R 5  8.8  15  247 

17 O V 5  3.3  17  286 

31 DEC 7   5.3  16  282

12 M A R 2  3.2  12  220 

26 AN 4  5.8  13   223 03 EB 5  7.5   14  235 

01 AN 8  3.7  16  280 

12 EB 9  5.3  12   299 

20 DEC 0  4.7  13  301 

15 OCT 23  3.7  16  296 

01 EB 26  6.9  15  257 

03 AN 27  5.8  20  287 

06 O V 28  4.0  17   294 

01 AN 1  3.9  16  276 

28 DEC 1  7.4  18  288 

19 DEC 5   4.7  16  267 

13 DEC 7   4.5  16  272 

06 AN 9  7.9  19  285 

25 EP 9  4.5  15  205 

24 AN 0   4.3  16  267 

25 DEC 0   5.7  16  270 

20 OCT 1   3.3  17  294 

30 DEC 5  3.9  19  285 

13 EB 7   3.9  16  265 

04  O V 8  4.7  18  300 

15  O V  3   5.7  17   269 

15 AN 8  3.1  22  280 

2 6 AN 58  6.8  14  259 

05  H R 8  7.7  18  289 

16 EB 9  5.1   14  244 09 FEB 0  8.1  19  295 

2 2 DEC 0  3.4  17  276 

31 AN 63  4.2  16  260 

10 EB 3  5.9  15  256 

19  O V 65  4.0  15  277 

07 DEC 7   4.0  15  298 

06 EB 9  4.7  13   222 

04 DEC 69  3.6  17   278 

06 DEC 9  4.9  22  274 

14 DEC 9  5.7   17   290 

19 DEC 9  4.7  18  281 

26 

EC 2 

4.1 

15 

289 

21 EB 7  5.2  18  280 

29 OCT 77  5.5   20  299 

16 AN 78  6.0  13   240 

Page 10: Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

8/3/2019 Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

http://slidepdf.com/reader/full/seymour-et-al-1984-influence-of-el-ninos-on-californias-wave-climate 10/16

5 8 6  COASTAL ENGINEERING-1984 

TABLE II (cont.) 

01 JAN 80 17 FEB 80 22 JAN 8 1 28  JAN 8 1 13 NOV 8 1 01 DEC 8 2  18   DEC 8 2  25 JAN 8 3  27 JAN 8 3  10 FEB 8 3  13 FEB 8 3  01 MAR 8 3  14 NOV 8 3  03  DEC 8 3  25 FEB 84 

4.7  20 

6.1   18 

4.3  20 

7.0   17  4.9  18 6.4   14 

6.4   20 

6.1   17  7.3  22 

6.7   25 4.9  17  8.2  20 5.0   17  7.0   17  6.4   17  

TABLE  III 

27 2 249 258 26 2 284 295 288 27 8 27 9 281 26 8 258 290 285 300 

EXTREME WAVE EPISODES EXCEEDING 6 M. 1900 - 1984 

DATE  SIG.HT.  (m)  MAX . ERIOD   DIRECTION 

13 M A R 5  8.8  15  247 

03 EB 5  7.5   14  235 

01 EB 26  6.9  15  257 

28 DEC 1  7.4  18  288 

06 AN 39  7.9   19  285 

2 6 AN 58  6.8  14  259 

05 APR 8  7.7   18  289 

09 FEB 0  8.1  19  295 

17 EB 0  6.1  18  249 

28 AN 1  7.0   17   262 01 DEC 2   6.4  14  295 

18 DEC 2   6.4  20  288 

25 AN 3  6.1  17  278 

27 AN 3   7.3  2 2   279 10 FEB 3   6.7  25  281 

01 M A R 3  8.2  20  258 

03 DEC 3   7.0   17   285 25 EB 4  6.4  17   300 

In four cases, one year adjustments were made in he nset ears suggested by uinn t al. he 1929  onset was changed to 1930 and the 1905, 1914 and 1939 onsets were changed to wo ear pans 1904-05, 1913-14, and 1939-40, respectively.) he basis for this was the timing of the eak f he outhern scillation a s etermined rom the Santiago-Darwin  anomaly.) he onset year was djusted o rovide uniform condition hroughout he eries n hich he eak of the pressure anomaly occurred in the Spring or Summer.  In ddition, he 

Page 11: Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

8/3/2019 Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

http://slidepdf.com/reader/full/seymour-et-al-1984-influence-of-el-ninos-on-californias-wave-climate 11/16

EL NINOS INFLUENCE  5 8 7  

TABLE V  ONSET EARS F NSOS ,  1900-1984 

(From Quinn t al., 978) ONSET  YEAR  SEVERITY 

1902   Moderate * 904-05   Moderate 1911  

* 913-14 Strong 

Moderate 

1917   Weak 1918  1923 

Strong Weak 

1925  * 930 

Strong Moderate 

1932   Weak * 939-40   Moderate 1941  1943 

Strong Weak  

1951  Weak  1953  Moderate 1957  

1965  

Strong 

Moderate 1969   Weak 1972  1976 

Strong Moderate 

* 98 2   Strong 

*  Modified from  Quinn et a l . 1969 ENSO was eclassified from weak to  moderate, i n   t h e  context o f t h i s   s t u d y , because the  pressure anomaly persisted o r more than a y e a r . he 1 9 8 2   E N S O , which occurred  after the  Quinn et a l . a p e r , was classified by us as s t r o n g . he ENSO  predictions f o r  the first half  of the century are expected to be of higher quality than the  wave hindcasts, since they did  not depend upon h e density of pressure measurements. CORRELATIONS BETWEEN ENSO  YEARS  AND  LARGE WAVE EVENTS 

As   was observed  i n  1 9 8 2 - 8 3 , increased storminess as a  result of an ENSO condition would likely o c c u r  during the  winter following o n s e t .  Therefore, storms  i n January through April of the year ollowing h e onset could  be assumed to  have been influenced by the E N S O . 

Applying t h i s  criterion to the time series  of ENSOs and o f a r g e wave events produces the following r e s u l t s . o r   t h e basic  wave s e r i e s , 3 2 of  t h e  60  wave events were associated  with E N S O s . or the series of very l a r g e w a v e s , 12 of the 18 wave events  were associated  with E N S O s . 

Page 12: Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

8/3/2019 Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

http://slidepdf.com/reader/full/seymour-et-al-1984-influence-of-el-ninos-on-californias-wave-climate 12/16

5 8 8 OASTAL ENGINEERING-1984 

Not all ENSOs resulted i n  large wave v e n t s . able V shows a comparison between the occurrence of l a r g e storms and the ENSO strength categories of Quinn et a l . 

Table  V   shows that  all seven strong ENSOs resulted i n  a wave vent where t h e height exceeded  m 1 0 t ) with an   average  o f   2 . 1  such events p e r   E N S O . hree out o f  seven  of hese trong NSOs produced wave heights over 6  ( 2 0  f t ) f o r  an average of  1 . 3 . ll but one of t h e  nine moderate ENSOs  yielded waves  above  3  m , with an  average of  1 . 7 events p e r   E N S O . nly t w o  of these produced  waves above 6  and the average dropped

 to 

0 . 3 . 

wo 

h e 

i v e   weak ENSOs  met the lower 

height l i m i t  with an average of  0 . 4  occurrences  per  E N S O . eak NSOs produced  no  wave events exceeding the 6  m l i m i t . 

Table  V   shows a  consistent series  of elationships between ENSOs and  large wave v e n t s . trong ENSOs result  i n  significant  numbers of storms with waves exceeding both the 3  and t h e 6 m t h r e s h o l d s . Moderate ENSOs produce torms  with  waves exceeding the 3  m l i m i t , but not the 6  m   v a l u e . eak ENSOs have only a  slight tendancy to produce storm  waves that exceed the 3  m t h r e s h o l d . 

Eliminating the  weak E N S O s , a o t a l f 6 strong and moderate events  were recorded n h e   8 5  year period considered. llowing f o r the three  multi-year e v e n t s , there  were 19 ENSO years uring he 5 year interval hat would b e lassified as  greater than  weak e v e n t s . Considering the 3  m ( 1 0  f t ) threshold wave e v e n t s , there  was an average of 0.71  events p e r  year over all y e a r s . uring the  moderate o r trong ENSO  y e a r s , there  was an  average of 1.58  events  per y e a r . pplying the Student's t test to   determine the  probability  of the  mean during these ENSO  years exceeding the   mean over all years by his a m o u n t , he probability   was hown to  be about 0.01 ( o n e  chance  i n a h u n d r e d . ) he mean value o f  l a r g e  wave events during non-ENSO  years  was found to b e 0 . 4 5 . he probability of the  mean  being this  much lower than the  mean over all years  was f o u n d , by  Student's t  t e s t , to  be ess than 0.005 ( f i v e  chances out o f  t h o u s a n d . ) h u s , the incidence of large wave events  i n  association  with ENSOs and  the reduction  i n  large storm waves during non-ENSO years are established tatistically ith ittle q u e s t i o n . WAVE  APPROACH DIRECTIONS  AND  CHARACTERISTIC  PERIODS 

Because of t h e  frequent winter torms hat are spawned by t h e Aleutian Low during  most  years, i t has generally  been assumed that the track f o r  major storms affecting alifornia s sually out of he northwest. able I h o w s , o w e v e r , hat a  large number of severe storm waves come out of the  w e s t . his  i s  shown n Figure 4 , hich plots t h e ncidence of wave approach irections f o r he  Table I I s e r i e s .  strong peak  i s  found  at about 285 d e g . o r  both the t o t a l data s e t  and also the ENSO  year s u b s e t . he ENSO  year occurrences a l s o are observed to f a l l  off rapidly  at approach directions slightly  n o r t h of this p e a k . 

Page 13: Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

8/3/2019 Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

http://slidepdf.com/reader/full/seymour-et-al-1984-influence-of-el-ninos-on-californias-wave-climate 13/16

EL NINOS NFLUENCE 8 9  

TABLE V  

ASSOCIATION   OF ENSOS  AND  LARGE  WAVES 

ONSET  NUMBER  OF LARGE  WAVE EVENTS YEAR  Central  Southern 

California  California 

STRONG NSOS 

1911  1  0 

1918  1   0 1925  1   1 

1941  1   0 

1957  3  2  

1972  1   0 

1982   7   6 

M O D E R A T E NSOS 

1902  0  0 

1904-05  2   1 1913-14  2   1  

1930  1  0 1939-40  3  0 

1953  1   0 1965  1  0 

1969  4  0 

1976  1   0 

W E A K NSOS 

1917  1   0 1923  1  0 

1932  0  0 

1943  0  0 1951  0  0 

Conventional wisdom  has also suggested that severe storms along the California Coast produced  periods of peak energy of no greater han about 19 s e c o n d s . he storms of 1982-83 showed  very clearly that this limit was much too l o w . igure 5 depicts the incidence of peak periods i n  the very  l a r g e wave events contained n h e Southern California s e r i e s . t an be eadily seen rom  Figure 5 that a l l  storms that produced  peak energy wave periods greater han 20 seconds ere associated  with NSO y e a r s . his  i s , of c o u r s e , consistent  with the meteorological setting during most ENSO events i n   which there are very l o n g  fetchs directed  at the California C o a s t . 

TROPICAL STORMS 

The pronounced  warming of the surface waters along h e California Coast during  strong E l  Nino condition could  be expected to allow the northward excursion of tropical cyclones ( h u r r i c a n e s ) n ate ummer and early a l l  to latitudes excluded i n non-ENSO  years. s previously n o t e d , i t  i s  not generally  possible to   develop  a wave hindcast series 

Page 14: Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

8/3/2019 Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

http://slidepdf.com/reader/full/seymour-et-al-1984-influence-of-el-ninos-on-californias-wave-climate 14/16

5 90  COASTAL ENGINEERING-1984 

220  240  260  280  300 

Wave Direction Deg) FIGURE 

Number of occurrences of major wave vents rom various  approach directions f o r  events  i n  Table I I . 

12   -   M a jo r torms: 

1900-1984 

10 ^^~~~*Al l ears 

6  -   ~ENS0 ears 

2  s* ~  _/\\

i 0 / 

•  

- Chance —1 - 

12   14  16  18   2 0   2 2  Peak Period Sec) 

FIGURE Number of occurrences  of major wave vents with h e energy spectra peaked a t  various  wave periods. vents are from  Table I I . 

Page 15: Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

8/3/2019 Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

http://slidepdf.com/reader/full/seymour-et-al-1984-influence-of-el-ninos-on-californias-wave-climate 15/16

EL NINOS INFLUENCE  5 9 1 

f o r   t h e s e torms which a r e  s o  small  i n  diameter compared to a  typical extra-tropical  c y c l o n e . o w e v e r , Court ( 1 9 8 0 ) has compiled a  record of hurricane tracks since 1 9 0 0 . his was extended through 1983 sing DeAngelis ( 1 9 8 3 ) . he tracks of these storms are shown  i n  Figure  6 . Of all o f   t h e  hurricanes observed n this p e r i o d , nly nine made landfalls in California. ive of these nine  were  i n  ENSO initiation y e a r s ,  when  warm  water would be xpected along he West Coasts o f Mexico and California during the Fall hurricane s e a s o n . ne of these was t h e  storm  of  2 5  September, 1 9 3 9 , which i s  one  of the   events i n the basic s e r i e s . herefore, he data suggest that  late summer and fall hurricane-driven  wave events n Southern California are much more likely  i n  ENSO  years than during the intervening periods. 

DISCUSSION  AND CONCLUSIONS A   very  convincing statistical relationship has been demonstrated 

between ENSOs and  the large wave events that  dominate the  wave climate of Southern California. ecause ENSOs also tend to increase sea l e v e l along the California Coast  i n  rough  proportion to their  i n t e n s i t y , the c o a s t a l  damage resulted from large  waves will be exacerbated during ENSO e v e n t s . 

The scheme adopted  by  Quinn  et a l . 1 9 7 8 ) o r designating t h e intensity of t h e  ENSOs  i s  i n   good  qualitative agreement  with the  number and intensity  of  l a r g e  hindcast  wave events  i n  California. 

ENSOs appear to  be among the   more predictable o f  the major lobal climate e v e n t s . herefore i t   may be possible to forecast severe  winter wave climates with some skill  f o r  the California C o a s t . 

30 ^~^"NL

  // Y§k  on-

  i  ENSO ear Year 

20 /  f ( n   VAN /   1   \  Y l *   \M  1 }  J  \  V H \  v\l\ 

\/  \^ss^—L-vO  r 0 

FIGURE 6 

Tracks f r o p i c a l yclones h u r r i c a n e s ) hat made Southern California during the   period 1 9 0 0 - 1 9 8 3 . 

landfalls n 

Page 16: Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

8/3/2019 Seymour Et Al. 1984 Influence of El Ninos on Californias Wave Climate

http://slidepdf.com/reader/full/seymour-et-al-1984-influence-of-el-ninos-on-californias-wave-climate 16/16

592 OASTAL ENGINEERING  -1984 

Wave periods  much longer t h a n  typically assumed f o r  this coast were r e c o r d e d . hese very l o n g  periods have particular ignificance both f o r  wave unup intensity and f o r  drastic intensification  of mooring loads on large floating structures with the  potential o r eaching a near-resonant condition at approximately 0.04  h z . REFERENCES: 

C o u r t ,   A , 1 9 8 0 . T r o p i c a l Cyclone Effects  on California", QAA Tech Memo NWS  WR-158, 4 1   p . DeAngelis, D . , 1 9 8 3 . Hurricane  A l l e y " , Mariners Weather L o g   2 7 : 1 , p 3 4 - 4 0 . E a r l e ,  M . D . ,   K . A . Bush and G . D . H a m i l t o n , 9 8 4 . H i g h Height Long Period  Ocean  Waves Generated  by a Severe Storm i n  the Northeast Pacific Ocean during  February 1 9 8 3 " , J o u r n . h y . c e a n . n  p r e s s . 

F l i c k ,   R . E . , and D . R . C a y a n , 1 9 8 4 . Extreme  Sea   Levels on the Coast of California", P r o c . 9 t h   I n t l . onf.Coast. n g r . , H o u s t o n ,   T X . 

K e r r ,   R . A . , 1983."Fading E l  Nino  Broadening S c i e n t i s t s '

 V i e w " , 

cience 

221:4614, pp 9 4 0 - 9 4 1 . Marine Advisers, 1 9 6 0 . D e s i g n   Waves f o r  Proposed Small Craft Harbor at Oceanside, alifornia", Report prepared f o r  the U . S . rmy Engineer D i s t r i c t , Los  Angeles, C A . Meteorology International, 1 9 7 7 . Deep-Water  Wave Statistics o r he California C o a s t " , eport prepared o r he  D e p t . f Navigation and Ocean Development, S a c r a m e n t o ,  C A . N a m i a s , J . , and D . R . a y a n , 9 8 4 . E l N i n o : mplications o r Forecasting", Oceanus 2 7 : , pp 4 1 - 4 7 . Philander, S . G . H . , 1 9 8 3 . E l ino Southern Oscillation Phenomena", Nature 3 0 2 : 5 9 0 6 ,  pp  2 9 5 - 3 0 1 . Q u i n n , .H., . O . Z o p f , . S . hort and . T . W . Kuo  Y a n g , 9 7 8 . " H i s t o r i c a l Trends and  Statistics of the Southern  Oscillation, E l  N i n o , and Indonesian D r o u g h t s " , Fishery B u l l . 6 : 3 ,  pp 6 6 3 - 6 7 8 .  

Rosen R . D . ,   D . A . S a l s t e i n , T . M . E u b a n k s , J . O .   D i c k e y , and J . A . S t e p p e , 1 9 8 4 . A n l ino Signal n   Atmospheric Angular Momentum and Earth Rotation", Science 225:4660, pp  4 1 1 - 4 1 4 . 

S i g u r d s s o n , H . , 1 9 8 2 . V o l c a n i c  Pollution and  C l i m a t e : he 1783 aki E r u p t i o n " , T r a n s . m e r . e o p h y s i c . nion 6 3 : 3 2 ,  pp  6 0 1 - 6 0 2 . W a l k e r , J . R . ,  R . A . N a t h a n ,   R . J . S e y m o u r , nd R . R . Strange  I I I , 9 8 4 . " C o a s t a l  Design riteria n Southern California", P r o c . 9th  I n t l . Conf.Coast. n g r . ,  H o u s t o n , T X .