Тропический пояс, охватывающий примерно 23,5 градуса к северу и югу от экватора между тропиком Рака и тропиком Козерога, представляет собой динамичную климатическую зону, характеризующуюся неизменно теплыми температурами, высокой атмосферной влажностью и разнообразными погодными условиями.Несмотря на то, что тропические районы Тихого, Индийского и Атлантического океанов имеют значительные климатические различия, эти различия возникают из-за их уникальных географических конфигураций, океанических циркуляций, атмосферных колебаний и взаимодействия с соседними массивами суши. Понимание этих изменений имеет решающее значение не только для метеорологов и климатологов, но и для таких секторов, как сельское хозяйство, управление водными ресурсами, снижение риска бедствий и стратегии адаптации к климату в тропических странах.

В этой статье предлагается углубленное изучение вариаций тропического климата в трех основных океанских бассейнах. В ней рассматриваются доминирующие климатические факторы, сезонные циклы, характеристики штормов и долгосрочные модели изменчивости, которые формируют региональный климат и влияют на человеческие и экологические системы.

Тропический климат Тихого океана

Тихий океан, покрывающий приблизительно одну треть поверхности Земли, является самым большим и глубоким океанским бассейном. Его тропический регион простирается от обширных теплых вод западного тихоокеанского теплого бассейна — около Индонезии, Филиппин и Папуа-Новой Гвинеи — до более холодных восточных тихоокеанских вод у побережья Южной Америки. Это обширное пространство способствует некоторым из самых влиятельных климатических явлений во всем мире, значительно влияя на погодные условия не только на местном уровне, но и на континентах.

ENSO и The Walker Circulation (альбом)

Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO) является основным фактором межгодовой изменчивости климата в тропической части Тихого океана. ENSO охватывает три фазы: Эль-Ниньо, Ла-Нинья и нейтральные условия, каждый из которых изменяет атмосферные и океанические циркуляции различными способами.

В нейтральных условиях циркуляция Уокера — зональная атмосферная циркуляция вдоль экватора — поддерживает сильные восточные пассаты, которые толкают теплые поверхностные воды на запад. Этот процесс приводит к накоплению теплой воды в западном тихоокеанском теплом бассейне и способствует обильному погружению холодных, богатых питательными веществами вод вдоль восточной тихоокеанской береговой линии вблизи Южной Америки. Термоклиния (граница между теплой поверхностной водой и холодной более глубокой водой) остается мелкой на востоке, поддерживая богатые морские экосистемы.

Во время Эль-Ниньо торговые ветры ослабевают или даже обращают вспять, заставляя теплый бассейн мигрировать на восток. Этот сдвиг углубляет термоклину в восточной части Тихого океана, подавляя подъем и приводя к более теплым SST там. Перераспределение тепла изменяет модели осадков во всем мире; например, Индонезия и северная Австралия часто испытывают засуху, в то время как западное побережье Южной Америки видит увеличенные осадки и наводнения. И наоборот, Ла-Нинья усиливает торговые ветры, усиливает подъем и обычно приносит более влажные условия в западную часть Тихого океана и более сухие условия вдоль южноамериканского побережья.

Воздействие ENSO достигает далеко за пределами тропической части Тихого океана. Например, события Эль-Ниньо связаны с уменьшением активности ураганов в Атлантике из-за увеличения сдвига ветра, в то время как Ла-Нинья имеет тенденцию усиливать сезоны ураганов в Атлантике. Кроме того, ENSO влияет на температуру и экстремальные осадки во всем мире, влияя на производительность сельского хозяйства и доступность воды. Постоянный мониторинг и прогнозирование ENSO такими агентствами, как Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) помогают информировать системы раннего предупреждения для чувствительных к климату секторов во всем мире.

Тропические циклоны: тайфуны

Западная часть Тихого океана является наиболее активным бассейном в мире для тропических циклонов, локально известных как тайфуны. В среднем здесь ежегодно образуется от 25 до 30 названных штормов, что составляет около трети мировой активности тропических циклонов. Ключевыми ингредиентами для развития тайфуна являются SST выше 26,5 ° C, влажная атмосфера, низкий вертикальный сдвиг ветра и достаточная сила Кориолиса для инициирования вращения.

Регионы, такие как Филиппинское море, Южно-Китайское море и открытые воды к востоку от Японии, служат основными зонами генезиса. Сезон тайфунов обычно достигает максимумов с июля по ноябрь, хотя штормы могут возникать круглый год из-за обширности бассейна. Тихоокеанское десятилетнее колебание океан-атмосфера, модулирует частоту и интенсивность тайфуна в течение десятилетий. Во время тёплой фазы PDO более теплые воды в восточной части Тихого океана имеют тенденцию смещать образование тайфунов на восток, подвергая районы, такие как Гуам и Микронезия, повышенному риску шторма. И наоборот, прохладная фаза благоприятствует более западному образованию, чаще воздействуя на Филиппины и побережья Юго-Восточной Азии.

Тайфуны часто вызывают разрушительные последствия, включая интенсивные ветры, штормовые нагоны и сильные ливни, приводящие к наводнениям и оползням. Страны в западной части Тихого океана разработали сложные системы раннего предупреждения и инфраструктуры готовности к стихийным бедствиям для смягчения этих рисков, но события быстрой интенсификации, когда штормы резко усиливаются в течение коротких периодов, создают постоянные проблемы, потенциально усугубляемые изменением климата.

Океанские течения и долгосрочная изменчивость

Помимо ENSO, на тихоокеанский климат влияет тихоокеанское десятилетнее колебание (PDO), характерный для бассейна SST, который колеблется между теплыми и прохладными фазами, длящимися от 20 до 30 лет. PDO влияет не только на тропические регионы, но и на климаты средних широт, такие как тихоокеанский северо-запад Соединенных Штатов. Например, теплая фаза PDO связана с увеличением осадков на северо-западе Тихого океана и измененными морскими экосистемами.

Тихоокеанский теплый бассейн является еще одной важной особенностью - это самая большая прилегающая область теплых SST во всем мире, часто превышающая 29 ° C, расположенная в западной экваториальной части Тихого океана. Он питает глубокую атмосферную конвекцию, которая помогает управлять циркуляцией Хэдли и влияет на глобальные климатические модели далеко за пределами тропиков. Изменения размера и температуры теплого бассейна были связаны с изменениями в моделях тропических осадков и активности тропических циклонов.

Индийский тропический климат

Индийский океан, третий по величине в мире океанский бассейн, географически закрыт Африкой на западе, Азией на севере и Австралией на востоке. Это частичное вложение в сочетании с присутствием Индийского субконтинента создает уникальный тропический климат, в котором доминирует муссоновая система. Муссон приносит резкий контраст между влажным и сухим сезонами для более чем двух миллиардов человек, что делает его одним из самых социально и экономически значимых климатических явлений на Земле.

Монсунский механизм

Индийский летний муссон, происходящий в период с июня по сентябрь, в основном обусловлен дифференциальным нагревом суши и океана.По мере того, как весной индийская суша быстро нагревается, над северной Индией и Тибетским плато развивается система низкого давления, вытягивающая влажный воздух из окружающего Индийского океана. Этот приток направляется струйным потоком Сомали вдоль восточноафриканского побережья, усиливая транспорт влаги на субконтинент.

Миграция на север зоны межтропической конвергенции (ITCZ) в этот период сдвигает пояс интенсивных осадков над Индийским субконтинентом и прилегающими регионами. Муссонное желоб, часто стоящее на якоре над Бенгальским заливом, выступает в качестве очаговой зоны для стойкой конвекции и обильных осадков. Результирующие муссонные дожди имеют решающее значение для сельского хозяйства, пополнения водных ресурсов и поддержания экологического баланса.

В зимний муссонный период (с октября по декабрь) градиенты давления меняются в обратном направлении, что приводит к северо-восточным ветрам, которые приносят более сухие условия в большую часть Индии и Юго-Восточной Азии. Это сезонное изменение знаменует собой засушливую фазу тропического климата Индийского океана.

Сила и время муссонов демонстрируют значительную межгодовую изменчивость, на которую влияют как внутренние атмосферные процессы, так и внешние воздействия. Диполь Индийского океана (IOD) - явление, связанное с океаном и атмосферой - является ключевым модулятором. Положительное событие IOD, характеризующееся более теплыми SST в западной части Индийского океана и более холодными SST вблизи Индонезии и Австралии, обычно увеличивает количество осадков над Восточной Африкой и частями западной Индии, подавляя осадки в Юго-Восточной Азии и северной Австралии. Отрицательные события IOD меняют эту картину.

Кроме того, МОД может взаимодействовать с событиями ENSO, усиливая или смягчая их влияние на количество осадков в муссон. Это взаимодействие усложняет усилия по сезонному прогнозированию, но также предоставляет возможности для улучшения прогнозирования при рассмотрении обоих явлений. Метеорологическое бюро Великобритании и другие исследовательские учреждения продолжают изучать МОД для улучшения понимания его роли в региональной изменчивости климата.

Тропические циклоны в Индийском океане

Бассейн Индийского океана испытывает тропические циклоны в основном в двух субрегионах: Бенгальском заливе и Аравийском море.Бехта Бенгалия особенно известна тем, что производит одни из самых смертоносных циклонов в истории из-за своих мелководных прибрежных вод, плотного населения и низменной топографии, особенно в таких странах, как Бангладеш, Индия и Мьянма.

Пик активности циклонов в Бенгальском заливе происходит во время предмуссонных (апрель-май) и постмуссонных (октябрь-ноябрь) сезонов. Эти штормы могут принести катастрофические наводнения и штормовые нагоны. Аравийское море, с другой стороны, обычно видит меньше циклонов, в основном из-за более холодных SST и более сильного вертикального сдвига ветра, которые подавляют развитие шторма. Однако в последние десятилетия наблюдается увеличение быстрых событий интенсификации в Аравийском море, связанных с ростом SST и изменением динамики атмосферы, что вызывает обеспокоенность по поводу будущих рисков циклонов вдоль западного побережья Индии и Аравийского полуострова.

В дополнение к циклонам, муссонные депрессии — слабые системы низкого давления в пределах муссонного корыта — являются важными факторами, способствующими широко распространенным осадкам во время активных фаз муссона. Эти системы, хотя и менее интенсивные, чем циклоны, могут вызвать обширные наводнения на Индийском субконтиненте, особенно в центральных и восточных регионах.

Изменение климата и меняющиеся модели

Изменение климата уже оказывает влияние на тропический климат Индийского океана несколькими способами. Наблюдаемое потепление ССТ способствовало изменению сроков и интенсивности муссонных осадков. Исследования указывают на тенденцию к замедлению начала муссонов в некоторые годы и увеличению частоты экстремальных осадков, особенно в центральной Индии. Одновременно с этим пространственное распределение осадков меняется, причем в некоторых регионах наблюдаются усиленные засухи.

Прогнозы предполагают, что диполь Индийского океана может стать более позитивным, что усугубит условия засухи в Индонезии и северной Австралии, одновременно увеличивая риски наводнений в Восточной Африке и частях Индии.Эти изменения представляют значительные проблемы для управления водными ресурсами, сельского хозяйства и готовности к стихийным бедствиям в странах оконечности Индийского океана.

Усилия по повышению устойчивости к изменению климата включают в себя расширение возможностей прогнозирования муссонов, расширение систем раннего предупреждения о циклонах и наводнениях и разработку адаптивных методов ведения сельского хозяйства, подходящих для изменения режимов осадков.

Тропический климат Атлантики

Тропический регион Атлантического океана, хотя и занимает меньшую площадь по сравнению с Тихим и Индийским океанами, играет огромную роль в региональном климате и погодных опасностях. Он включает Карибское море, Мексиканский залив, тропическую Северную Атлантику и части тропической Южной Атлантики вблизи Бразилии. Климат Атлантического бассейна характеризуется ежегодным сезоном ураганов и западноафриканской муссоновой системой, которая имеет решающее значение для миллионов людей, живущих в Северной и Западной Африке.

Ураганная активность и ключевые водители

Сезон ураганов в Атлантике официально охватывает период с 1 июня по 30 ноября, пиковая активность обычно происходит между августом и октябрем. Ураганы требуют SST по крайней мере 26,5 ° C, высокой среднетропосферной влажности, низкого вертикального сдвига ветра и начального атмосферного возмущения. Большинство ураганов в Атлантике происходят из африканских восточных волн - возмущений, которые формируются над Сахарой и перемещаются на запад в Атлантический бассейн.

Воздушный слой Сахары (САЛ), горячая, сухая, запыленная воздушная масса, происходящая над пустыней Сахара, часто подавляет развитие тропических циклонов, увеличивая сдвиг ветра и стабилизируя атмосферу. Однако, когда САЛ ослабевает или смещается, условия становятся более благоприятными для формирования ураганов. После формирования штормы могут быстро усиливаться над теплыми водами Карибского моря и Мексиканского залива, создавая значительные угрозы для прибрежных популяций.

Атлантическая многодекадальная осцилляция (АМО), длительное колебание в Атлантических SST с теплыми и прохладными фазами, обычно длящихся от 20 до 40 лет, оказывает сильное влияние на частоту и интенсивность ураганов. Во время теплых фаз AMO аномалии SST в тропической Северной Атлантике являются положительными, что приводит к более активным сезонам ураганов с более высоким количеством штормов и большей интенсивностью. Эта картина была связана с исторически разрушительными сезонами ураганов, такими как в 2005 году (который включал ураганы Катрина) и 2017 году (который включал ураганы Харви, Ирма и Мария). Лаборатория геофизической динамики жидкостей NOAA проводит обширные исследования о том, как изменение климата может влиять на поведение ураганов в Атлантике.

ITCZ и западноафриканский муссон

Положение и интенсивность зоны межтропической конвергенции (ITCZ) над тропической Атлантикой сильно влияют на характер осадков в Западной Африке и регионе Сахеля.В течение бореального лета ITCZ перемещается на север, в результате чего в Сахель впадает западноафриканский муссон и устойчивый приток влаги. Этот муссон жизненно важен для сельского хозяйства, экосистем и средств к существованию в регионе.

АМО модулирует широтное положение ИТЦЗ. Положительные фазы АМО, как правило, толкают ИТЦЗ дальше на север, что приводит к увеличению количества осадков и снижению частоты засухи в Сахеле. И наоборот, отрицательные фазы АМО, такие как те, которые наблюдались в 1970-х и 1980-х годах, связаны с засухами в Сахеле. Эти засухи имели серьезные гуманитарные последствия, подчеркивая критическую необходимость понимания и прогнозирования изменчивости климата в Атлантике.

В Южной Атлантике зона сближения Южной Атлантики (SACZ) влияет на летние осадки над юго-восточной Бразилией.Вариации в SST и атмосферной циркуляции в этом регионе могут привести к наводнениям или засухам, затрагивая миллионы людей.

Атлантический Ниньо

Атлантическое Ниньо — это климатическое явление, подобное ENSO, сосредоточенное в экваториальной части Атлантического океана, в основном в течение бореального лета. Оно включает аномальное потепление SST в восточной экваториальной Атлантике, которое ослабляет торговые ветры и сдвигает полосы осадков дальше на юг. Это перемещение влияет на количество осадков над Гвинейским заливом и северо-восточной Бразилией, часто способствуя засухе или наводнениям в зависимости от фазы.

В отличие от Тихоокеанского ENSO, Атлантический Ниньо менее предсказуем и имеет более слабые телесвязи во всем мире, тем не менее, он остается важным источником региональной изменчивости климата, которая влияет на сельское хозяйство, водные ресурсы и экосистемы в Западной Африке и северной части Южной Америки.

Сравнительный анализ трех бассейнов

Температурные режимы

Все три тропических бассейна поддерживают высокие значения SST круглый год, но заметные различия существуют в пространственном распределении и сезонной изменчивости:

  • Тихоокеанский: Западно-Тихоокеанский теплый бассейн демонстрирует одни из самых высоких SST в мире, обычно превышающие 28 ° C, с относительно небольшими сезонными колебаниями. Восточная часть Тихого океана более прохладная из-за подъема и прибрежных течений, создавая выраженный градиент восток-запад SST.
  • Индийские:] ССТ обычно высоки, но показывают более сильный сезонный цикл, связанный с муссоном.Облачный покров и осадки в сезон муссонов могут временно понижать ССТ в определенных районах, особенно над Аравийским морем.
  • Атлантические:] ССТ более широко варьируются, с более прохладными водами вблизи западноафриканского побережья из-за прибрежного подъема и более теплых вод в западной Атлантике и Мексиканском заливе в конце лета.

Дожди и сезонность

  • Тихоокеанский: Осадки тесно связаны с фазами ENSO. Западная часть Тихого океана переживает влажный сезон с ноября по апрель, в то время как восточная тропическая часть Тихого океана имеет отчетливый сухой сезон. Во время Эль-Ниньо осадки смещаются на восток, вызывая засуху на западных тихоокеанских островах и в Индонезии.
  • Индийский: Наиболее сильно сезонный бассейн, при котором летние муссоны доставляют примерно 80 % годовых осадков в Индию и части Восточной Африки. Межгодовая изменчивость высока и зависит от ENSO, IOD и других региональных колебаний.
  • Атлантический:] В моделях осадков преобладает позиция ITCZ. Западноафриканский муссон приносит сезонные дожди в Сахель, в то время как Карибский бассейн и Мексиканский залив получают сильные осадки во время сезона ураганов. Зона сближения Южной Атлантики влияет на количество осадков над юго-восточной Бразилией.

Буря активность и риски

  • Тихоокеанский: Этот бассейн имеет самую высокую частоту тропических циклонов во всем мире, известных как тайфуны. Уязвимые регионы включают Филиппины, Японию, Вьетнам и островные государства Тихого океана. Штормы могут нанести значительный ущерб в результате ветра, наводнений и оползней.
  • Индийские: Циклоны сосредоточены в основном в Бенгальском заливе, пиковые сезоны приходятся на весну и осень. Аравийское море испытывает меньше штормов, но всё чаще наблюдаются усиливающиеся события, связанные с потеплением SST. Муссонные депрессии также вносят значительный вклад в риск осадков и наводнений.
  • Ураганы доминируют с июля по октябрь, с осадками, часто влияющими на Карибский бассейн, Центральную Америку, побережье Мексиканского залива США, а иногда и на восточные Соединенные Штаты и даже Европу в качестве внетропических остатков. Эти штормы представляют собой серьезную угрозу для жизни, инфраструктуры и экономики.

Климатическая изменчивость и предсказуемость

Прогнозируемость варьируется в зависимости от характера доминирующих климатических колебаний и их взаимодействий:

  • Pacific: ENSO обеспечивает относительно надежную сезонную предсказуемость благодаря своим глобальным телекоммуникациям, помогая прогнозам осадков, температуры и активности циклонов.
  • Индийский: Взаимодействие ENSO, IOD и муссоновой системы создаёт сложную изменчивость.Хотя достижения в моделировании улучшили прогнозы муссонов, значительные проблемы остаются из-за нелинейного характера этих взаимодействий.
  • Атлантическая:] Сезонная предсказуемость более ограничена из-за сложных взаимодействий между AMO, градиентами Атлантического SST и западноафриканским муссоном.Тем не менее, связанные климатические модели постепенно улучшают прогнозы сезона ураганов и прогнозы осадков.

Продолжение исследований и расширение сетей наблюдения имеют решающее значение для улучшения понимания, прогнозирования и стратегий адаптации в тропических регионах по всему миру.