Эль-Ниньо и Ла-Нинья: Тихоокеанские движущие силы глобального климата

Эль-Ниньо и Ла-Нинья — это теплые и прохладные фазы цикла Эль-Ниньо — южное колебание (ENSO), повторяющаяся климатическая картина, включающая изменения температуры поверхности моря (SST) и атмосферного давления через экваториальную часть Тихого океана. ENSO — это самая мощная из года в год вариация климатической системы Земли, влияющая на все: от частоты тропических циклонов до интенсивности муссонов и переноса полярного тепла. Во время Эль-Ниньо центральная и восточная часть Тихого океана нагревается выше нормы на 0,5 °C и более, ослабляя торговые ветры и сдвигая местоположение глубокой тропической конвекции. Ла-Нинья производит противоположное: более холодные, чем средние SST в том же регионе, усиленные торговые ветры и сдвиг на запад теплого бассейна. Эти океанические изменения вызывают телесвязи, которые пульсируют через атмосферу, изменяя модели давления воздуха, положения струйного потока и влияние ENSO на полярную криосферу имеет важное значение для прогнозирования краткосрочной изменчивости потери льда и для различения естественных колебаний от

Механизмы, связывающие ENSO с динамикой ледников Антарктики

Связь между тропическими тихоокеанскими аномалиями SST и антарктическим льдом не является прямой; она действует через цепь атмосферных и океанических процессов. События Эль-Ниньо обычно генерируют волновой поезд Россби — ряд систем высокого и низкого давления — который распространяется из тропиков в средние широты Южного полушария. Этот волновой поезд изменяет силу и положение Амундсенской морской системы, расположенной у Западной Антарктиды. Во время Эль-Ниньо Амундсенская морская низменность часто углубляется и сдвигается на восток, привлекая теплый, влажный воздух из средних широт на Западный антарктический ледниковый щит (WAIS). Это приводит к увеличению поверхностного таяния, особенно на уязвимых шельфовых ледниках, таких как ледник Пайн-Айленд и ледник Туэйтса, наоборот, имеет тенденцию производить более слабые или более западные воздушные массы над Антарктидой и временно уменьшать таяние. Однако связь несимметрична: величина и пространственная картина температурных аномалий различаются между фазами ENSO, и долгосрочные тенденции

Атмосферные реки и экстремальные осадки

Один из самых прямых способов ускорения потери льда ENSO - через атмосферные реки - узкие, высоковлажные шлейфы, которые транспортируют огромное количество водяного пара из субтропиков к полюсам. Во время сильных событий Эль-Ниньо эти атмосферные реки могут выпадать на Антарктический полуостров и Западную Антарктиду, доставляя интенсивный снегопад и, что критически, теплые температуры, которые вызывают дожди на снегу. Дождь проникает в слои нитей и высвобождает скрытое тепло при повторном замораживании, дестабилизируя лед. В 2022 году атмосферная река, связанная с условиями Эль-Ниньо, вызвала широкое поверхностное таяние на водосборе ледника Туэйтса, событие, которое было бы статистически невероятным без ENSO. И наоборот, Ла-Нинья часто подавляет атмосферную речную активность над Антарктидой, но общая тенденция увеличения частоты атмосферных рек из-за потепления океанов означает, что даже годы Ла-Нинья теперь показывают эпизоды экстремального переноса тепла и влаги.

Региональные последствия таяния ледников: Запад против Восточной Антарктиды

Антарктида не является однородным ледяным щитом: WAIS базируется на морской воде, что означает, что большая часть его дна лежит ниже уровня моря, что делает его уязвимым для теплых океанских течений, которые тают шельфовые ледники снизу. Восточно-Антарктический ледяной щит (EAIS) в значительной степени основан на суше и холоднее, но он содержит наибольший потенциал для повышения уровня моря из-за его огромного объема. влияние ENSO заметно отличается между этими регионами.

Западная Антарктида: Туэйтс и Пайн-Айленд, близнецы-драконы

В секторе Амундсенского моря Западной Антарктиды находятся самые быстротекущие ледники на континенте: Туэйтс и Пайн-Айленд. Эти ледники уже теряют лед с ускорением, способствуя примерно 10% текущего глобального повышения уровня моря. Спутниковые данные Лаборатории реактивного движения показывают, что во время событий Эль-Ниньо теплые циркумполярные глубокие воды (CDW) текут на континентальный шельф более легко, тая шельфовые ледники снизу. Исследование 2023 года в Nature Geoscience показало, что аномалии ветра, вызванные Эль-Ниньо, могут подтолкнуть CDW в залив Пайн-Айленд с отставанием в 6-12 месяцев, вызывая до 30% большую скорость плавления базала по сравнению с нейтральными годами, что, напротив, имеет тенденцию к увеличению производства морского льда в регионе, что может изолировать шельфовые ледники от теплой воды, но этот эффект ослабевает по мере повышения общей температуры океана.

Восточная Антарктида: Спящий гигант

Восточная Антарктида долго считалась стабильной, но недавние исследования показывают, что большие сектора — особенно Земля Уилкса и области ледника Тоттена — начинают реагировать на потепление. Телесоединения ENSO с Восточной Антарктидой менее прямые, но во время сильных событий Эль-Ниньо, волновой поезд из Тихого океана может вызвать аномальное высокое давление над восточной южной частью Тихого океана, который затем изменяет зональные ветры вокруг континента. Это может принести теплый, сухой воздух в части Восточной Антарктиды, что приводит к таянию поверхности на шельфовых ледниках моря Росса и шельфового ледника Амери. Однако доминирующее воздействие на Восточную Антарктиду остается базальным таянием, управляемым океаном, которое менее чувствительно к ENSO, чем к долгосрочным изменениям в циркуляции Южного океана. Анализ 2024 года из Национального центра данных о снеге и льде ] показывает, что, хотя Эль-Ниньо может кратко увеличить потерю массы от ледников выходного отверстия Восточной Антарктики, вклад затмевается устойчивым ускорением, вызванным антропоген

Повышение уровня моря: временные пики против долгосрочных тенденций

Глобальный средний уровень моря поднялся примерно на 21 см с 1900 года, причем скорость ускорялась с ~ 1,4 мм / год в начале 20-го века до более 4,5 мм / год в 2010-х годах. ENSO способствует межгодовой изменчивости в этом подъеме, но его роль сложна. В течение лет Эль-Ниньо сочетание более теплых температур океана, вызывающих тепловое расширение, и более быстрого выброса ледников из Антарктиды может поднять глобальную скорость на 0,2-0,5 мм / год выше тенденции. Например, Эль-Ниньо 2015-2016 годов был связан с всплеском глобального повышения уровня моря примерно на 5 мм по сравнению с предыдущим годом, в основном из-за изменений в хранении воды на суше и усиленной потери льда с Антарктического полуострова, например, 2020-2021 годы, показывают временное замедление, но основная тенденция остается восходящей.

Ледяной шельф рухнул и обратная связь

Наибольшая угроза от ENSO-амплифицированного таяния не является прямым входом талой воды, а дестабилизацией прилегающих шельфовых ледников. Ледовые шельфы, такие как Ларсен С, Гетц и Дотсон, действуют как структурные плотины, которые замедляют поток заземленного льда в океан. Когда теплая океанская вода или поверхностные талые воды ослабляют их, они могут разрушаться и разрушаться, как это видно с Ларсеном В в 2002 году. События Эль-Ниньо увеличивают вероятность такого коллапса, способствуя как базальному, так и поверхностному таянию. Потеря ледника на Сосновом острове может вызвать быстрое ускорение ледников вверх по течению - ледник Пайн-Айленда ускорился на 13% в течение месяцев после истончения ледника в 2017 Эль-Ниньо. Эти обратные связи означают, что воздействие одного Эль-Ниньо может сохраняться в течение многих лет, поскольку неподкрепленные ледники продолжают течь быстрее даже после того, как ENSO возвращается к нейтральному. Шестой оценочный доклад IPCC

Ключевые факторы, влияющие на реакцию ледника на ENSO

Несколько взаимосвязанных факторов определяют, как антарктические ледники реагируют на данное событие ENSO. Понимание этого помогает ученым улучшить сезонные и десятилетние прогнозы потери льда и повышения уровня моря.

  • Аномалии температуры поверхности моря:] Величина и пространственная картина аномалий тихоокеанского SST управляют силой волнового поезда Россби. События Эль-Ниньо с SST >2 °C выше нормы в регионе Нино3,4 производят самые сильные антарктические телесоединения.
  • Атмосферные колебания температуры: Температура воздуха на поверхности над Западной Антарктидой может повышаться на 2-4 °C во время сильных событий Эль-Ниньо, толкая изотерму 0°C внутрь страны и вызывая таяние на шельфовых ледниках, которые обычно остаются замороженными круглый год.
  • Изменения в нижнем течении Амундсенского моря изменяют направление и скорость прибрежных ветров, которые, в свою очередь, модулируют приток теплой околополярной глубокой воды на континентальный шельф. Пасхальные аномалии ветра во время Ла-Нинья могут переполнять холодную воду, в то время как западные аномалии во время Эль-Ниньо приводят теплую воду на шельф.
  • Океанские течения:] Антарктический циркумполярный ток (ACC) и Росс-Гайр реагируют на ENSO с отставанием от месяцев до лет. Сдвиги в лобных положениях ACC могут приблизить теплую воду к фронтам шельфового ледника, ускоряя базальное таяние.
  • Долгосрочные климатические тенденции: фоновое потепление Южного океана и атмосферы усиливает эффекты ENSO. Повышение температуры океана на 1 ° C с 1990-х годов означает, что даже нейтральные годы ENSO теперь производят темпы плавления, которые считались бы необычными в течение последних десятилетий Ла-Нинья.
  • Ла-Нинья обычно увеличивает морской лед вокруг Антарктиды, что может защитить шельфовые ледники от волнового воздействия и теплого воздуха. Однако резкое снижение морского льда Антарктики с 2016 года - с рекордными минимумами во все сезоны - ослабило этот защитный буфер, сделав шельфовые ледники более уязвимыми во время событий ENSO.
  • Геометрия шельфового льда и базальные каналы: Ледовые полки с глубокими базальными каналами (например, шельфовый ледник Дотсона) более восприимчивы к проникновению теплой воды. океанские течения, управляемые ENSO, могут преимущественно направлять теплую воду в эти каналы, истончая их снизу на расстоянии до 10 м / год.

Наблюдения: тематические исследования ENSO-управляемого таяния

Изучение конкретных эпизодов ENSO иллюстрирует реальные последствия для антарктических ледников. Эль-Ниньо 1982-1983 годов, один из самых сильных ледников 20-го века, вызвал увеличение скорости потока на ~30% после окончания события. Спутниковая радиолокационная интерферометрия из миссий ERS Европейского космического агентства показала, что ускорение было вызвано истончением шельфового льда из-за теплой океанской воды. Эль-Ниньо 1997-1998 годов аналогично вызвал широкое таяние поверхности на шельфе Ларсена С, что привело к образованию большой трещины, которая в конечном итоге отколола айсберг А-68 в 2017 году.

Напротив, Ла-Нинья в 2010-2011 годах создала более холодные, чем в среднем, условия над Западной Антарктидой, временно уменьшив скорость таяния. Однако эта передышка была недолгой: в последующие годы наблюдалась рекордная температура, поскольку тенденция к фоновому потеплению подтвердилась. Эль-Ниньо 2015–2016 годов совпал с крупнейшим событием таяния поверхности, когда-либо зарегистрированным на шельфе ледника Росса, с прудами талой воды, покрывающими площадь размером с Германию. Это же событие способствовало отеку массивного айсберга А-68 от шельфового ледника Ларсена C в следующем году. Исследование 2022 года с использованием лазерного альтиметра ICESat-2 НАСА показало, что скорость истончения ледника Туэйтса удвоилась в течение 2015–2016 годов Эль-Ниньо по сравнению с нейтральным периодом, который предшествовал ему.

Будущие прогнозы: ENSO в потеплении мира

Климатические модели расходятся во мнениях о том, как само ENSO изменится с глобальным потеплением: некоторые прогнозируют увеличение экстремальных событий Эль-Ниньо, в то время как другие предполагают переход к более частым событиям в центрально-тихоокеанском регионе (Модоки) Эль-Ниньо. Независимо от точной картины, почти все модели согласны с тем, что воздействие ENSO на антарктический лед усилится из-за более теплого фонового состояния. Потепление атмосферы на 1,5 ° C увеличивает удерживающую влагу способность примерно на 7%, что означает, что будущие события Эль-Ниньо будут доставлять больше тепла и дождя на шельфовые ледники. Кроме того, ожидается, что теплосодержание океана в море Амундсена к середине века увеличится на 0,5-1 ° C, что облегчит даже умеренным событиям Эль-Ниньо вызвать энергичное базальное таяние.

Ученые также обеспокоены возможностью переломных моментов, когда нестабильность морского ледяного покрова становится необратимой. ENSO может выступать в качестве триггера, который толкает ледник за его порог стабильности. Ледник Туэйтса, например, уже испытывает отступление линии заземления со скоростью до 1 км/год, и сильный Эль-Ниньо в 2030-х годах может ускорить этот процесс за пределами точки невозврата. Операция НАСА IceBridge и Международное сотрудничество ледников Туэйтса активно отслеживают эти риски, но временные масштабы реагирования ледяного покрова означают, что решения о сокращении выбросов сегодня будут определять, сколько ENSO-управляемого таяния мы столкнемся в 22 веке.

Вывод: необходимость непрерывного наблюдения и моделирования

Эль-Ниньо и Ла-Нинья являются естественными климатическими изменениями, но их влияние на Антарктиду усиливается антарктическим потеплением. Гляциологи и климатологи работают над улучшением представления о телесвязях ENSO в моделях систем Земли, поскольку современные модели борются за захват наблюдаемой частоты экстремальных событий таяния на WAIS. Спутниковые миссии, такие как ICESat-2 , CryoSat-2 и предстоящая Миссия SAR NASA-ISRO (NISAR) ] предоставят данные высокого разрешения, необходимые для отслеживания изменений в возвышении ледников и положении линии заземления год от года. Для политиков сообщение ясно: даже если циклы ENSO продолжатся, как и в прошлом, их разрушительный потенциал на ледяных щитах будет расти. Сокращение выбросов парниковых газов на ледяных щитах остается единственным способом замедлить основное потепление, которое делает каждый Эль-Ниньо более опасным событием для ледников Антарк