Введение: ENSO и динамика муссона

Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO) является наиболее влиятельным природным климатическим паттерном на Земле, непосредственно модулирующим количество осадков в обширных регионах Азии и Африки. Эль-Ниньо и Ла-Нинья, теплые и прохладные фазы ENSO, изменяют температуру поверхности моря (SST) в экваториальной части Тихого океана, что, в свою очередь, меняет глобальную атмосферную циркуляцию. Эти сдвиги имеют глубокие последствия для летних и зимних муссонных систем, которые поддерживают более половины населения мира. Понимание механизмов, связывающих ENSO с муссонами, имеет важное значение для сезонного прогнозирования, управления водными ресурсами и снижения риска бедствий.

Азиатский муссон, который охватывает Южную Азию, Юго-Восточную Азию и Восточную Азию, и африканский муссон, особенно западноафриканские и восточноафриканские системы, чувствительны к ENSO принуждения. В то время как ответ варьируется в зависимости от региона и сезона, надежные статистические отношения существуют. В целом, Эль-Ниньо ослабляет индийский летний муссон и подавляет количество осадков над частями Юго-Восточной Азии и Австралии, в то время как Ла-Нинья имеет тенденцию усиливать осадки. Однако эти простые отношения осложнены внутренней атмосферной изменчивостью, Диполем Индийского океана (IOD) и долгосрочным изменением климата. Эта статья обеспечивает всеобъемлющий, региональный разбивка того, как Эль-Ниньо и Ла-Нинья влияют на муссоновые системы, результирующие социальные воздействия и состояние науки о предсказании.

Как Эль-Ниньо меняет муссоны

Во время Эль-Ниньо восточная часть Тихого океана нагревается, а западная часть Тихого океана и морской континент охлаждаются. Это сдвигает циркуляцию Уокера на восток, подавляя растущее движение и конвекцию над Индийским океаном и западной частью Тихого океана. Результатом является ослабленное муссоновое корыто, снижение переноса влаги и во многих случаях отчетливый дефицит осадков.

Эль-Ниньо и индийский летний муссон

Индийский летний муссон (июнь-сентябрь) является основой сельского хозяйства на субконтиненте. Исторические данные показывают, что около 60% лет Эль-Ниньо с 1901 года произвели осадки ниже среднего по Индии. Например, сильный 1997-98 Эль-Ниньо совпал с сильным дефицитом муссонов, который вызвал широко распространенную засуху в центральной и северо-западной Индии. Основной механизм прост: Эль-Ниньо приводит к аномальному оседанию над индийским регионом, подавляя систему низкого давления, которая тянет влагу с юга. Однако не все события Эль-Ниньо вызывают засуху; отношения модулируются силой и местоположением потепления. Центральный тихоокеанский Эль-Ниньо (Модоки) может иметь различные воздействия, иногда приводящие к нормальным или даже выше нормальных дождей в определенных субрегионах. Тем не менее, риск сельскохозяйственного стресса существенно возрастает, когда теплое событие ENSO совпадает с плохим муссоном.

Юго-Восточная Азия и морской континент

Эль-Ниньо обычно приносит более сухие условия в Индонезию, Малайзию, Филиппины и северные части Таиланда и Вьетнама. Снижение конвективной активности над морским континентом продлевает сухой сезон и увеличивает риск лесных и торфяных пожаров, особенно в Индонезии. В течение 2015-16 Эль-Ниньо, один из самых сильных в истории, большая часть Суматры и Калимантана испытала сильную засуху, приводя к разрушительной дымке, которая затронула общественное здравоохранение и экономику по всему региону. Напротив, части южных Филиппин и Новой Гвинеи могут получить избыточные осадки во время некоторых эпизодов Эль-Ниньо из-за сдвигов в расположении тропических зон сближения. В целом, доминирующее влияние в Юго-Восточной Азии - подавление влажного сезона, который может задержать посадку риса и уменьшить выработку гидроэнергии.

Африка: комплексные ответные меры в отношении Эль-Ниньо

Муссон Западной Африки, который обеспечивает большую часть годового количества осадков для побережья Сахеля и Гвинеи, реагирует на Эль-Ниньо сезонно зависимым образом. Во время раннего муссона (июнь-июль) Эль-Ниньо имеет тенденцию уменьшать количество осадков над центральным и восточным Сахелем, что согласуется со сдвигом в циркуляции Уокера. Сильные засухи 1970-х и 1980-х годов были частично связаны с постоянными условиями Эль-Ниньо в сочетании с изменениями наземного покрова. Однако прибрежные районы Западной Африки (побережье Гвинеи) могут видеть выше нормы осадков, потому что аномальная картина давления привлекает влагу из Гвинейского залива. Восточная Африка, особенно короткие дожди (октябрь-декабрь) в таких странах, как Кения, Сомали и Танзания, особенно чувствительна. Эль-Ниньо связан с более теплыми, чем нормальные SST в западной части Индийского океана, что усиливает более низкие уровни Вестерли и увеличивает конвергенцию влаги. Это часто приводит к сильным дождям и наводнениям

Как Ла-Нинья влияет на муссоны

Ла-Нинья характеризуется более прохладными, чем в среднем, SST в центральной и восточной части Тихого океана. Это усиливает циркуляцию Уокера, усиливая растущее движение над западной частью Тихого океана и Индийским океаном. Следовательно, муссоновые системы часто получают повышение влажности и конвекции, что приводит к осадкам выше среднего и повышенному риску наводнений. Но опять же, региональные нюансы имеют значение.

Ла-Нинья и южноазиатский муссон

Годы Ла-Нинья статистически благоприятны для сильного индийского летнего муссона. Приблизительно 70% событий Ла-Нинья с 1950-х годов произвели осадки выше долгосрочного среднего. Самый сильный эпизод Ла-Нинья в последние десятилетия, событие 2010-11 годов, совпал с одним из самых влажных сезонов муссонов в Индии, вызвав обширное наводнение в бассейнах Брахмапутры и Ганга. Чрезмерный дождь также вызвал оползни в гималайских предгорьях и нарушил цепочки поставок продовольствия. В то время как чрезмерный избыток воды может повредить стоячие культуры и задержать сбор урожая. Для муссона в целом, Ла-Нинья имеет тенденцию создавать более глубокое муссоновое корыто и более сильный перекрестный экваториальный поток, привлекая обильную влагу из Аравийского моря и Бенгальского залива.

Восточная Азия и Северо-Западная часть Тихого океана

Ла-Нинья влияет на восточноазиатский муссон (Мэй-ю в Китае и Байу в Японии), модулируя западно-северо-тихоокеанский субтропический максимум. В условиях Ла-Нинья высокий часто слабее и расположен дальше на восток, что позволяет муссонному фронту задерживаться над центральным и северным Китаем. Это может привести к длительным сезонам дождей и наводнениям. Например, Ла-Нинья 2007-08 годов способствовала сильным наводнениям в бассейне реки Янцзы. На Филиппинах и в некоторых частях Индокитая Ла-Нинья обычно приносит выше нормы осадки и повышенный риск тайфунов, поскольку благоприятная среда для тропического циклогенеза простирается на запад. И наоборот, южный морской континент (Индонезия) может испытывать более влажный, чем обычно сухой сезон.

Вариабельный ответ Африки на Ла-Нинью

Влияние Ла-Нинья на западноафриканский муссон обратно Эль-Ниньо: как правило, это приводит к осадкам выше среднего в Сахеле, принося пользу сельскому хозяйству и пастбищам. 1998-99 Ла-Нинья закончила длительный сухой период в регионе, производя продуктивный вегетационный период. Однако улучшение не является однородным; Восточный Сахель (Чад, Судан) имеет тенденцию приносить пользу более последовательно, чем западный Сахель. В южной Африке Ла-Нинья связана с более влажными условиями во время летнего муссона (ноябрь-март) в таких странах, как Замбия, Зимбабве и Мозамбик. В Восточной Африке 2010-11 Ла-Нинья вызвала широко распространенное наводнение в Южной Африке и Мозамбике. В Восточной Африке Ла-Нинья имеет противоположный эффект Эль-Ниньо: короткие дожди имеют тенденцию к сокращению или полному отказу, в то время как длинные дожди могут быть усилены. Это создает видимую картину, по которой фермеры должны ориентироваться с осторожностью, поскольку

Влияние на сельское хозяйство, водные ресурсы и общество

Волновые эффекты муссонных колебаний, обусловленных ENSO, ощущаются в продовольственных системах, инфраструктуре и общественном здравоохранении. Поскольку муссоны обеспечивают 70-90% годовых осадков во многих тропических и субтропических регионах, даже 10%-ное отклонение от среднего значения может быть критическим.

Сельскохозяйственные уязвимости

Рис, кукуруза, просо и бобовые особенно чувствительны к срокам и интенсивности наступления и отступления муссонов. Задержка или нехватка индийского муссона, связанная с Эль-Ниньо, может протолкнуть окно посадки Харифа (лето) мимо его оптимума, уменьшая урожайность. В Индонезии сухой Эль-Ниньо сокращает площадь, доступную для выращивания риса, вынуждая импорт риса и повышая местные цены. Ла-Нинья, с другой стороны, может вызвать заболачивание и грибковые заболевания в сельскохозяйственных культурах, как видно в 2020-21 годах Ла-Нинья в дельте Меконга. Скотоводы в африканском Сахеле полагаются на сезонные дожди для восстановления пастбищ; засуха во время Эль-Ниньо приводит к потерям животных и конфликтам из-за точек воды. Экономический ущерб от одного события ENSO может достигать миллиардов долларов. Исследование 2016 года показало, что 2015-16 Эль-Ниньо вызвал более 5 миллиардов долларов потерь только в Юго-Восточной Азии.

Управление водными ресурсами

Уровень водохранилищ, подзарядка подземных вод и выработка гидроэнергии тесно связаны с муссонных осадков. В Индии многие плотины управляются на основе долгосрочных прогнозов муссонов; ложное ожидание нормальных дождей во время Эль-Ниньо может оставить резервуары пустыми, угрожая ирригационным поставкам в следующий сухой сезон. И наоборот, вызванные Ла-Нинья наводнения могут вызвать аварийные выбросы от плотин, вызывая ущерб ниже по течению. В Африке бассейн реки Замбези, который обеспечивает питание нескольких стран, очень чувствителен к ENSO. 2015-16 Эль-Ниньо привел к опасно низким уровням воды на плотине Кариба, вызывая отключение электроэнергии. Эти проблемы подчеркивают необходимость операций по водохранилищу, информированному ENSO, и интегрированного управления водными ресурсами.

Риск бедствий и общественное здравоохранение

Наводнения, оползни и жара усугубляются муссонами, изменёнными ENSO. Эль-Ниньо в Восточной Африке неоднократно вызывал вспышки холеры и лихорадки Рифт-Вэлли из-за сильных дождей и векторного размножения. В Юго-Восточной Азии дымка от торфяных пожаров во время Эль-Ниньо вызывает проблемы с дыханием, закрытие школ и экономические потрясения. Наводнение, связанное с Ла-Ниньей в Южной Азии, часто приводит к перемещению и повреждению инфраструктуры. Наводнения, связанные с Ла-Нинья в Пакистане и Индии в 2010-11 годах, затронули более 20 миллионов человек. Более качественные сезонные прогнозы в сочетании с системами раннего предупреждения и готовностью на уровне общин могут уменьшить эти последствия. Правительства и гуманитарные учреждения все чаще используют прогнозы ENSO для предварительного размещения ресурсов и выдачи предварительных уведомлений.

Прогнозирование вызовов и возможностей

Современные сезонные модели прогнозирования могут прогнозировать фазы ENSO за несколько месяцев, обеспечивая время на подготовку к сельскохозяйственным мероприятиям и стихийным бедствиям. Всемирная метеорологическая организация (ВМО) и Международный исследовательский институт климата и общества (IRI) регулярно обновляют ENSO. Однако перевод глобального прогноза ENSO в локализованный прогноз муссонов остается сложным из-за нелинейных взаимодействий и влияния других факторов, таких как Диполь Индийского океана (IOD), Мадден-Джулианская осцилляция (MJO) и глобальное потепление. Например, положительный IOD может компенсировать Эль-Ниньо и принести нормальные дожди в Индию, как это произошло в 2019 году. Изменение климата также изменяет фоновое состояние; некоторые исследования показывают, что частота экстремальных событий Эль-Ниньо может увеличиться, потенциально подавляя отрицательную буферную способность IOD.

Модели, основанные на машинном обучении, и связанные динамические модели улучшают навыки субсезонных прогнозов, но неопределенность остается высокой после трехмесячного окна. Пользователям нужна вероятностная информация, которая четко передает риски, а не детерминированные заявления «выше или ниже нормы». Консультации, ориентированные на фермеров, которые включают прогнозы ENSO в посев и сбор окон, были успешно реализованы в Индии и некоторых частях Африки и расширяются.

Вывод: адаптация к переменному муссону в рамках ENSO

Эль-Ниньо и Ла-Нинья — это не просто академические курьезы; они являются мощными драйверами изменчивости муссонов, которые непосредственно определяют продовольственную и водную безопасность для миллиардов. В то время как средние отношения между ENSO и муссонами хорошо понятны, региональная сложность и влияние других климатических режимов требуют постоянной доработки. По мере того, как климат продолжает нагреваться, исторические телесвязи могут развиваться — в некоторых регионах могут наблюдаться более сильные воздействия ENSO, в то время как другие могут стать менее предсказуемыми. Инвестиции в наблюдательные сети, технологии прогнозирования и программы повышения устойчивости необходимы. Для фермеров, менеджеров по водоснабжению и специалистов по планированию чрезвычайных ситуаций интеграция информации ENSO в процессы принятия решений может спасти жизни, защитить средства к существованию и уменьшить экономические потери. Цель состоит не в том, чтобы устранить неопределенность, а в том, чтобы управлять ею, превращая периодические угрозы в управляемые проблемы.

Для дальнейшего чтения см. Страницу ENSO Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA): NOAA ENSO Education. Также обратитесь к Глобальному сезонному обновлению климата Всемирной метеорологической организации: WMO ENSO Information. Для исследований по ENSO и африканскому муссону обратитесь к Журналу региональных оценок климата.