Table of Contents

Каждые несколько лет огромный бассейн теплой воды сплющивается на восток через Тихий океан, вызывая цепную реакцию, которая изменяет погодные условия почти на каждом континенте. Это Эль-Ниньо, теплая фаза Эль-Ниньо-Южного колебания (ENSO), явление, которое представляет собой самый мощный природный источник изменчивости климата в год. Эль-Ниньо действует как планетарный рычаг, сдвигая местоположение тропических осадков, нарушая струйные потоки и реорганизуя атмосферную циркуляцию в глобальном масштабе. Понимание его происхождения, от тонкого ослабления торговых ветров до формирования океанских волн планетарного масштаба, имеет важное значение для ученых, стремящихся предсказать его приход и смягчить его далеко идущие последствия. Эта статья исследует увлекательную механику позади Эль-Ниньо, прослеживает его открытие от берегов Перу до современного моделирования климата и рассматривает его глубокие и часто разрушительные последствия для глобальных климатических систем.

Определяя Эль-Ниньо-южное колебание

Чтобы понять Эль-Ниньо, сначала нужно понять более широкую систему, к которой он принадлежит: Эль-Ниньо-южное колебание. ENSO - это повторяющаяся климатическая картина, включающая изменения температуры поверхностных вод в центральной и восточной тропической части Тихого океана в сочетании со сдвигами атмосферного давления в бассейне Тихого океана. Система имеет три различные фазы: Эль-Ниньо (теплая фаза), Ла-Нинья (холодная фаза) и нейтральная фаза. Южное колебание относится конкретно к атмосферному компоненту - просачиванию поверхностного давления воздуха между восточной и западной частью Тихого океана. Когда давление высоко над Таити и низко над Дарвином, Австралия, оно сигнализирует об ослаблении или изменении нормальной атмосферной циркуляции, предшественнике события Эль-Ниньо.

Читать далее Океан: аномалии температуры поверхности моря

Основным диагностическим инструментом для мониторинга ENSO является измерение температуры поверхности моря (SST) в экваториальной части Тихого океана. Ученые фокусируются на нескольких конкретных регионах, известных как регионы Ниньо, для отслеживания аномалий. Наиболее критичным из них является регион Ниньо 3,4, расположенный в центральной экваториальной части Тихого океана. Событие Эль-Ниньо объявляется, когда SST в этом регионе поднимаются по крайней мере на 0,5 ° C выше долгосрочного среднего значения за устойчивый период. Это, казалось бы, небольшое изменение температуры достаточно, чтобы сместить основную зону атмосферной конвекции, перемещая большие дождевые облака Западно-Тихоокеанского теплого бассейна на восток. Сила Эль-Ниньо классифицируется по тому, насколько температура отклоняется; сильные события, такие как в 1982-83, 1997-98 и 2015-16 годах, видели аномалии, превышающие 2,0 ° C.

Чтение атмосферы: индекс южных колебаний

Океан рассказывает одну часть истории, но атмосфера рассказывает другую. Индекс южного колебания (SOI) измеряет нормализованную разницу давлений между Таити (восточная часть Тихого океана) и Дарвином (западная часть Тихого океана). В течение нормального года давление обычно ниже в Дарвине и выше на Таити, приводя к торговым ветрам с востока на запад. SOI положителен, когда эти условия сильны. Однако во время Эль-Ниньо градиент давления рушится или поворачивается вспять. SOI становится сильно отрицательным, указывая на то, что торговые ветры ослабли. Устойчивый отрицательный SOI является мощным подтверждением того, что атмосфера в сочетании с потеплением океана, необходимым условием для полностью развитого события ENSO. Без этой связи теплый океан остается локализованной температурной аномалией, а не глобальным климатическим драйвером.

Соперничество братьев и сестер: Эль-Ниньо против Ла-Нинья

Эль-Ниньо не действует изолированно. Он в паре со своей противоположностью, Ла-Нинья, которая характеризуется более сильными, чем средние, торговыми ветрами и более прохладными, чем средние температуры поверхности моря в центральной и восточной части Тихого океана. В то время как Эль-Ниньо часто приносит засуху в регионы, которые обычно влажные (например, Австралия и Индонезия) и наводнения в сухие регионы (например, юго-запад Соединенных Штатов и Перу), Ла-Нинья имеет тенденцию к изменению этих моделей. Ла-Нинья обычно усиливает нормальное перемещение холодной, богатой питательными веществами воды у побережья Южной Америки, что может повысить производительность морской среды, но также приводит к более сильным атлантическим сезонам ураганов. Велосипед между этими крайностями нерегулярный, происходит каждые два-семь лет, и механизмы, которые управляют этим колебанием, являются предметом интенсивного научного исследования.

Разгадка истоков: от рыбаков до физиков

История Эль-Ниньо так же увлекательна, как и само явление. Задолго до спутников и климатических моделей наблюдатели на побережьях Перу и Эквадора отмечали повторяющееся, загадочное потепление океанских вод, прилетевших около Рождества. Их наблюдения дали первые ключи к головоломке, на полное собрание которой уйдут столетия.

Ребенок-Христос по имени Эль-Ниньо

Перуанские рыбаки исторически зависели от холодного, богатого питательными веществами течения Гумбольдта, чтобы поддержать обширные популяции анчоусов и других рыб. Регулярно, в праздничный сезон, появлялось теплое, текущее на юг течение, уменьшающее улов рыбы. Они назвали это сезонное потепление «Эль-Ниньо» , потому что оно обычно достигало пика около декабря. На протяжении веков это считалось местным явлением. Только в начале 20-го века ученые начали понимать, что это местное потепление было связано с крупномасштабными изменениями атмосферного давления по всему Тихому океану. Британский математик сэр Гилберт Уокер провел десятилетия в 1920-х и 1930-х годах, изучая муссон и обнаруживая южное колебание — качели давления воздуха, которые он связывал с засухами в Индии, хотя он не мог определить его физическую причину.

Оригинальное название: The Engine Room: Understanding the Walker Circulation

Ключ к разблокировке ENSO лежит в понимании Walker Circulation, массивной петли восходящего и тонущего воздуха, которая простирается с востока на запад через тропическую часть Тихого океана. При нормальных (нейтральных) условиях экваториальное солнце сильно нагревает западную часть Тихого океана. Этот теплый влажный воздух поднимается, создавая обширную зону низкого давления, гроз и сильных осадков над Индонезией и северной Австралией. Восходящий воздух затем течет на восток на большой высоте, прежде чем остыть и опуститься над более прохладной восточной частью Тихого океана. Этот тонущий воздух создает высокое давление и подавляет осадки вдоль южноамериканского побережья. Торговые ветры являются ветвью более низкого уровня этой циркуляции, дующей от высокого давления на востоке к низкому давлению на западе.

Обратная связь Бьёркнеса

В конце 1960-х годов норвежско-американский метеоролог Якоб Бьеркнес обеспечил прорыв, соединивший океан и атмосферу. Он описал петлю положительной обратной связи, усиливающую слабое начальное возмущение в полномасштабный Эль-Ниньо. Она работает так:

  1. Ослабление торговых ветров:] Происходит тонкое ослабление ветров торговли с востока на запад.
  2. Теплая вода мигрирует на восток: Без сильных ветров, толкающих ее на запад, теплая поверхностные воды скользят на восток через экваториальную часть Тихого океана.
  3. Сниженное повышение температуры: Слабые ветры также уменьшают подъем холодных, глубоких вод у побережья Южной Америки.
  4. Потепление ускоряется: Поступление теплой воды и снижение апвеллинга вызывают повышение температуры поверхности моря в центральной и восточной части Тихого океана.
  5. Атмосферный ответ: Это потепление смещает зону восходящего воздуха (конвекции) на восток, ещё больше ослабляя круговорот Уокера и торговые ветры.
  6. Обратная связь продолжается:] Более слабые пассаты позволяют еще более теплой воде течь на восток, создавая самоусиливающийся цикл, который строит в сторону пика состояния Эль-Ниньо.

Эта обратная связь Бьеркнеса является основным механизмом, который превращает небольшую аномалию температуры океана в массивное событие, изменяющее планету.

Оригинальное название: Westerly Wind Bursts and Kelvin Waves

Если обратная связь Бьеркнеса является усилителем, что такое первоначальная искра? События Эль-Ниньо часто вызываются специфическими, кратковременными атмосферными возмущениями, известными как Западные ветры, дующие с запада на восток вдоль экватора, часто связанные с Мэдден-Джулианским колебанием (MJO), полосой тропических дождевых облаков, которые движутся на восток по земному шару. Эти западные ветры толкают массивную груду теплой воды на восток в виде океанических волн Кельвина . Это не бьющие волны на поверхности, а скорее огромные выпуклости теплой воды, толщиной в сотни метров и ширины в тысячи километров, которые движутся вдоль термоклина (граница между теплой поверхностной водой и холодной глубокой водой). Когда эти волны Кельвина достигают восточной части Тихого океана, они толкают термоклину глубже, подавляя подъем холодной воды и быстро нагревая поверхность. Серия этих интенсивных вет

Теория перезарядки-разрядки

Ключевой вопрос остается: почему события Эль-Ниньо в конечном итоге заканчиваются, и почему они иногда переходят на Ла-Нинью? Ведущее объяснение — теория перезарядки-разрядки, разработанная учеными Джин-И Ю и Дэвидом Нилином. Эта теория описывает ENSO как естественное колебание, когда тепло накапливается и затем высвобождается. Во время нейтральной или Ла-Нинья фазы сильные торговые ветры накапливают теплую воду на западе и мелководье на востоке. В конце концов, система становится «перезаряженной», и вес этой теплой воды в сочетании с ветровыми всплесками вынуждает разряд в виде экваториальных волн Кельвина, которые распространяют теплую воду на восток (Эль-Ниньо). Во время Эль-Ниньо это теплое водоснабжение распространяется по экваториальной части Тихого океана и также поулвард. Это широкое распределение теплой воды означает, что в экваториальной области доступно меньше тепла. Как только теплая вода достаточно «разряжена» и термоклинат уплощается, система может больше не выдер

Глобальные климатические эффекты: проект телесвязи

Потепление центральной и восточной части Тихого океана — это только начало. Истинная сила Эль-Ниньо заключается в его способности проецировать свое влияние по всему земному шару через сложную систему атмосферных мостов, известных как телесвязи. Сместив основной источник тропического отопления и осадков, Эль-Ниньо реорганизует планетарные ветровые пояса и струйные потоки.

Тихоокеанский бассейн сбои

Наиболее непосредственные воздействия ощущаются в Тихом океане. Обычно влажные регионы Индонезии, Папуа-Новой Гвинеи и северной Австралии испытывают сильную засуху по мере смещения на восток дождевой конвекции. Между тем засушливое побережье Эквадора и Перу засушливо вытекают проливные дожди, приводящие к катастрофическим наводнениям и оползням. Сдвиг температур океана также опустошает морскую жизнь. Обрушение холодных, богатых питательными веществами вод у берегов Южной Америки, вызывая массовые отмирания планктона, рыбы и питающихся ими морских птиц. Теплая вода также отбеливает кораллы в центральной и восточной части Тихого океана.

Американцы

Эль-Ниньо оказывает мощную силу на погодные условия в Северной и Южной Америке, изменяя положение и силу субтропического струйного потока.

Северная Америка

В типичную зиму Эль-Ниньо южный ярус США испытывает более прохладные и влажные условия. Это связано с тем, что субтропический струйный поток укрепляется и сдвигается на юг, принося устойчивый поток тихоокеанских штормов в Калифорнию, юго-запад и побережье Мексиканского залива. Это может обеспечить столь необходимое облегчение засухи, но также повышает риск наводнений. Напротив, северный ярус США и Канады, как правило, испытывает более теплые, чем в среднем, зимы, поскольку полярный струйный поток толкается на север, а полярный вихрь с меньшей вероятностью опускается на юг. Снегопад часто ниже среднего в северных Скалистых горах и Великих озерах, в то время как горнолыжные курорты в южных горах могут принести пользу. Например, Эль-Ниньо 2015-16 годов принес значительный дождь в Калифорнию, но также способствовал более мягким условиям на северо-востоке.

Южная Америка

Последствия сильно различаются по регионам. Северо-западное побережье (Эквадор, Перу) сталкивается с интенсивными наводнениями и социальными потрясениями. В более отдаленных районах бассейна Амазонки часто наблюдается сильная засуха, что приводит к снижению уровня рек и увеличению риска лесных пожаров. Центральная часть континента, включая южную Бразилию, Уругвай и северную Аргентину, обычно видит увеличение количества осадков в весенние и летние месяцы. Это может принести пользу сельскому хозяйству, но также создает риск наводнений.

Азия и Африка

Влияние Эль-Ниньо, пожалуй, наиболее остро ощущается в густонаселенных регионах Азии и Африки, где сельское хозяйство сильно зависит от сезонных дождей.

Азиатский муссон

Эль-Ниньо имеет хорошо задокументированную тенденцию ослаблять индийский летний муссон, приводя к осадкам ниже среднего по индийскому субконтиненту. Это сокращение муссонных дождей может иметь серьезные последствия для сотен миллионов людей, которые зависят от сельского хозяйства, питаемого дождем. Провал муссонов исторически был связан с засухой, нехваткой продовольствия и экономическими трудностями. И наоборот, части Юго-Восточной Азии, такие как Вьетнам и Таиланд, часто испытывают снижение количества осадков и повышенный риск засухи.

Африканские модели осадков

Южная Африка (включая Южную Африку, Зимбабве и Мозамбик) почти всегда страдает от более сухого, чем обычно, сезона дождей во время Эль-Ниньо, как правило, с декабря по февраль. Это приводит к неурожаю, нехватке воды и нехватке продовольствия. Напротив, восточная экваториальная Африка (включая Кению, Сомали и Танзанию) часто испытывает осадки выше среднего в течение короткого сезона дождей (с октября по декабрь), что может привести к наводнениям и увеличению риска таких заболеваний, как лихорадка Рифт-Вэлли.

Атлантические ураганы и глобальные циклоны

Одним из наиболее предсказуемых последствий Эль-Ниньо является подавление активности атлантических ураганов. Причины двоякие. Во-первых, потепление центральной и восточной части Тихого океана изменяет ветры верхнего уровня над Атлантикой, создавая сильный вертикальный сдвиг ветра. Этот сдвиг разрывает на части развивающиеся тропические штормы, прежде чем они могут усилиться. Во-вторых, измененная атмосферная циркуляция над Атлантикой приводит к повышению атмосферной стабильности и погружению воздуха. По этим причинам последние два крупных атлантических сезона ураганов (2005, 2017) произошли во время слабого Эль-Ниньо или нейтральных условий. И наоборот, Эль-Ниньо имеет тенденцию повышать вероятность тропических циклонов в центральной и восточной части Тихого океана.

Эффект Риппла: Экология, экономика и общество

Климатический хаос, вызванный Эль-Ниньо, проходит через экосистемы и человеческие общества, создавая эффект ряби, который может ощущаться в течение многих лет после того, как само событие утихло.

Крах рыболовства и морская миграция

Влияние на Перуанский анчоусный промысел является одним из самых драматических экологических последствий Эль-Ниньо. Во время сильного события коллапс прибрежного апвеллинга устраняет цветение фитопланктона, которое поддерживает всю морскую пищевую сеть. Популяция анчоусов резко падает, либо из-за голода, либо миграции в более глубокие, более прохладные воды. Это оказывает сокрушительное влияние на рыбную промышленность, а также влияет на морских птиц, таких как баклан гуанай, популяции которых могут уменьшаться более чем на 90% во время крупных событий Эль-Ниньо. И наоборот, тропические рыбы и виды, такие как марлин и желто-финовый тунец, часто мигрируют к побережью, временно меняя видовой состав.

Сельское хозяйство и мировые цены на продовольствие

Эль-Ниньо выступает в качестве глобального стрессора для сельскохозяйственного производства. Одновременное возникновение засухи в Австралии, Юго-Восточной Азии, Индии и Южной Африке в сочетании с наводнениями в Южной Америке и на юге США создает синхронный шок для мировых хлебных корзин. Ключевые культуры, затронутые этим, включают пшеницу, рис, кукурузу, сою и сахар. Эль-Ниньо 1997-98 годов, по оценкам, вызвал десятки миллиардов долларов потерь в сельском хозяйстве во всем мире. Повышенный риск засухи создает каскадное влияние на цены на продовольствие, товарные рынки и средства к существованию миллионов фермеров. Признавая это, экономические синоптики и организации помощи теперь внимательно следят за прогнозами ENSO, чтобы предвидеть и смягчать потенциальные продовольственные кризисы.

Озабоченность общественного здравоохранения

Изменения температуры, осадков и динамики экосистем создают благоприятные условия для распространения инфекционных заболеваний. Наводнение в результате проливных дождей может загрязнять водоснабжение и приводить к вспышкам холеры и других диарейных заболеваний. Более высокие температуры и расширение среды обитания комаров могут увеличить передачу переносимых переносчиками болезней, таких как малярия, лихорадка денге и лихорадка Рифт-Вэлли. Например, Эль-Ниньо 2015-16 годов был связан с большой вспышкой лихорадки денге в Бразилии и других частях Южной Америки. Засуха, с другой стороны, может привести к незащищенности воды и недоеданию, ослабляя популяции и делая их более восприимчивыми к болезням.

Эль-Ниньо в антропоцене: меняющаяся динамика

Один из самых актуальных вопросов в климатологии - как антропогенное изменение климата влияет на Эль-Ниньо-Южное колебание. Ответ сложен и остается областью активных исследований. Большинство климатических моделей предполагают, что основная динамика ENSO будет продолжаться, но их можно подтолкнуть к новым режимам. Важно отметить, что изменение климата не , не , а начинает влиять на его поведение.

Более теплая планета означает более теплый базовый океан. Поскольку Эль-Ниньо включает в себя абсолютные температуры океана, данное событие может иметь более слабый сигнал аномалии, но происходит на значительно более теплом фоне. Более тревожными являются доказательства того, что наиболее экстремальные события Эль-Ниньо становятся все более частыми. Исследования показывают, что разница между самыми теплыми аномалиями SST и окружающим океаном увеличивается, что потенциально приводит к большему количеству событий «супер-Эль-Ниньо», таких как в 1982-83, 1997-98 и 2015-16 годах. Кроме того, атмосферные воздействия Эль-Ниньо проецируются на более теплую, более энергичную атмосферу. Это означает, что засухи, наводнения и волны тепла, вызванные Эль-Ниньо, вероятно, будут более серьезными, чем те, которые были в прошлом. Например, засуха в Индонезии, вызванная Эль-Ниньо, теперь хуже, потому что она происходит на вершине более теплого, базового состояния.

Предсказание непредсказуемого: будущее ENSO

Огромная стоимость Эль-Ниньо как в человеческом, так и в экономическом плане дает мощный стимул для улучшения нашей способности предсказывать его. Сегодня ученые используют сложный набор инструментов, включая глобальную сеть буев (решетка тропической атмосферы океана / TRIANGLE), спутники, измеряющие высоту поверхности моря и ветры, и сложные компьютерные модели, которые имитируют океан и атмосферу. Эти модели могут обеспечить умело предсказание начала Эль-Ниньо за шесть-двенадцать месяцев.

Прогнозирование его конкретных региональных воздействий, однако, остается значительной проблемой. Взаимосвязь между конкретным событием Эль-Ниньо и его телесвязями не совсем последовательна. Внутренний погодный шум (например, внезапное вторжение полярного вихря) может переопределить ожидаемый сигнал. По мере того, как изменение климата изменяет основное состояние атмосферы, синоптики должны постоянно перекалибровывать свои модели. Несмотря на эти проблемы, прогресс был замечательным. Сильный прогноз Эль-Ниньо, сделанный за несколько месяцев до этого, позволяет правительствам и агентствам по оказанию помощи готовиться. Фермеры могут сажать засухоустойчивые культуры, менеджеры водохранилищ могут корректировать хранение воды, а чиновники общественного здравоохранения могут накапливать вакцины и медицинские материалы. Понимание увлекательного, сложного происхождения Эль-Ниньо является не просто академическим упражнением; это жизненно важный инструмент для создания устойчивости в мире, где климат становится все более переменчивым. Чем лучше мы понимаем этот планетарный двигатель, тем лучше мы можем ориентироваться в изменчивой погоде, которую он генерирует.