Table of Contents

Эль-Ниньо и Ла-Нинья: двигатель североамериканских погодных экстремумов

Температура поверхности Тихого океана далека от статической; они колеблются в сложных моделях, которые оказывают глубокое влияние на глобальный климат. Центральным к этим колебаниям является Эль-Ниньо-южное колебание (ENSO), которое чередуется между двумя доминирующими фазами: Эль-Ниньо, характеризующийся необычно теплыми температурами поверхности моря в центральной и восточной тропической части Тихого океана, и Ла-Нинья, отмеченная более прохладными, чем в среднем, водами в том же регионе. Эти фазы действуют как мощные рычаги, изменяя атмосферные циркуляции во всем мире и значительно влияя на экстремальные погодные условия Северной Америки, включая засухи, штормы и наводнения.

Влияние ENSO распространяется за пределы Тихоокеанского бассейна, изменяя положение и силу ключевых атмосферных особенностей, таких как струйный поток и штормовые трассы. Эти изменения модулируют сезонные погодные условия на больших участках континента. Поскольку события ENSO развиваются и развиваются в течение нескольких месяцев, их прогнозы обеспечивают решающее время для коммунальных служб, менеджеров по чрезвычайным ситуациям, фермеров и планировщиков инфраструктуры для прогнозирования и смягчения рисков наводнений задолго до экстремальных погодных явлений.

Механизмы: как аномалии температуры Тихого океана меняют реактивный поток

В основе воздействия ENSO лежит его способность изменять Тихоокеанский реактивный поток - быстро движущуюся ленту воздуха, которая направляет штормовые системы по Северной Америке. Во время события Эль-Ниньо более теплые, чем в среднем, воды в центральной и восточной тропической части Тихого океана нагревают атмосферу выше, укрепляя реактивный поток и толкая его на юг. Этот южный сдвиг направляет штормы в сторону южных Соединенных Штатов, от прибрежной Калифорнии через побережье Мексиканского залива, что приводит к более влажным, чем обычно, условиям.

И наоборот, Ла-Нинья имеет более прохладные температуры поверхности моря, которые усиливают тихоокеанские торговые ветры и толкают реактивный поток на север. Это северное перемещение благоприятствует более влажным условиям в регионах Тихоокеанского Северо-Запада, северных Скалистых гор и Великих озер, в то же время часто вызывая более сухую погоду по всему южному ярусу страны. Эти контрастные конфигурации струйного потока являются центральными для понимания того, как фазы ENSO производят различные региональные экстремальные погодные условия.

Такие учреждения, как Вайомингское бюро мелиорации и Национальное управление океанических и атмосферных исследований, постоянно контролируют индексы ENSO, включая индекс океанического ниньо (ONI) — для получения сезонных прогнозов. Сильные явления Эль-Ниньо или Ла-Нинья обычно длятся от 9 до 12 месяцев, иногда даже дольше, создавая длительные периоды измененных осадков и температурных режимов. Переходная ENSO-нейтральная фаза также может привести к переменной и менее предсказуемой погоде по мере реорганизации атмосферных систем.

Подпись Эль-Ниньо: повышенный риск наводнений на юге США

Зимы Эль-Ниньо часто приносят резкое увеличение штормовой активности вдоль южного яруса Соединенных Штатов. Укрепленный и смещенный на юг струйный поток направляет богатые влагой тихоокеанские штормы в Калифорнию, юго-западные пустыни и государства побережья Мексиканского залива, производя осадки выше среднего от позднего осени до ранней весны. Этот усиленный транспорт влаги увеличивает частоту и интенсивность атмосферных рек - длинные, узкие коридоры концентрированного водяного пара, который может доставить огромные осадки в течение коротких периодов.

Калифорния особенно уязвима во время эпизодов Эль-Ниньо. Атмосферные реки могут застопориться над ключевыми водоразделами, сбрасывая 24-часовые суммарные количества осадков, которые превышают естественную пропускную способность рек и ручьев. В сочетании с часто стареющей и неадекватной инфраструктурой ливневых вод это приводит к широко распространенным наводнениям, городскому затоплению и повышенному риску оползней в крутой местности.

Тематические исследования: Эль-Ниньо 2015-2016

Событие Эль-Ниньо 2015–2016 годов является одним из самых сильных в истории и наглядно иллюстрирует быстрый переход от засухи к опасности наводнений, которую может наложить Эль-Ниньо. После продолжительной исторической многолетней засухи Калифорния пережила серию интенсивных штормов, которые насыщали почвы, вызывали широкомасштабные наводнения и вызывали катастрофические оползни, особенно в районах рубцового ожога, опустошенных предыдущими лесными пожарами. Снежный пакет Сьерра-Невада раздулся до почти рекордной глубины, в то время как водохранилища перешли от критически низких уровней к проблемам контроля за наводнениями по мере увеличения притока.

Городские центры, такие как Лос-Анджелес и Сан-Диего, столкнулись с перегруженными ливневыми стоками, затопленными улицами и перебоями в работе транспорта.Событие подчеркнуло необходимость гибкой политики управления водными ресурсами, способной динамично реагировать на колебания, вызванные ENSO, а также важность инвестиций в устойчивую инфраструктуру и готовность к чрезвычайным ситуациям.

Наводнение во время Эль-Ниньо

  • Калифорнийские прибрежные сообщества: Интенсивные штормовые нагоны в сочетании с приливами и сильными осадками вызывают прибрежные наводнения и ускоряют эрозию береговой линии.
  • Юго-западные пустыни: Обычно сухие стиры и арроио могут превратиться в опасные каналы флеш-наводнений в течение нескольких минут, создавая риски для отдыхающих на открытом воздухе.
  • Побережье Мексиканского залива: Стойкие осадки увеличивают риск затопления рек в крупных бассейнах, таких как Колорадо, Бразос и Тринити-Ривер.
  • Юго-восточные штаты (Грузия, Флорида, Каролина): Повышение доступности влаги способствует грозам и активности тропических циклонов, повышая угрозы наводнений даже за пределами пикового сезона ураганов.

Влияние Эль-Ниньо часто распространяется за пределы зимы на весну и лето. Его усиление сдвига ветра верхнего уровня в Атлантическом бассейне часто подавляет образование ураганов, но одновременно усиливает сезон ураганов в восточной части Тихого океана. Иногда эти тихоокеанские штормы отслеживают внутренние районы на юго-западе Соединенных Штатов, доставляя проливные дожди и внезапные наводнения в засушливые районы Аризоны, Нью-Мексико и Колорадо.

Области Ла-Нинья: более холодные, влажные северные регионы и южная засуха

Ла-Нинья часто выступает в качестве климатического зеркала Эль-Ниньо, но со своими отличительными воздействиями. Во время зимы Ла-Нинья струйный поток Тихого океана перемещается на север, перенаправляя штормы и влагу на северо-запад Тихого океана, северные Скалистые горы, Великие озера и долину Огайо. Эти регионы испытывают более влажные, чем в среднем, условия, в то время как южные Соединенные Штаты - включая южную Калифорнию, юго-западные пустыни и побережье Мексиканского залива - имеют тенденцию быть более сухими, усугубляя условия засухи.

Динамика наводнений под Ла-Нинья

На северо-западе Тихого океана Ла-Нинья коррелирует с повышенной частотой событий ананасового экспресса — атмосферных рек, которые тянут теплый, насыщенный влагой воздух из близ Гавайев и врезаются в тихоокеанское побережье. Эти длительные интенсивные ливни могут привести к тому, что такие реки, как Уилламетт в Орегоне и Скагит в Вашингтоне, превысят стадию наводнения, повреждая инфраструктуру и сельское хозяйство.

Накопление снежных пакетов во время зимы Ла-Нинья имеет тенденцию быть выше среднего в северных горных регионах, таких как Каскады, в то время как южные хребты, такие как Сьерра-Невада, часто получают снегопад ниже среднего. Когда теплые весенние дожди падают на тяжелые снежные пакеты, быстрое таяние снега может вызвать повышенные объемы стока, которые переполняют речные системы, вызывая наводнения. Это явление особенно опасно в бассейнах, таких как реки Колумбия и Кламат.

Ла-Нинья и весеннее наводнение в бассейне реки Миссисипи

Влажные северные условия Ла-Нинья приводят к насыщенным почвам и повышенным уровням рек через верхние долины реки Миссисипи, Миссури и Огайо к весне. Когда сильные весенние дожди следуют за такими влажными зимами, риск крупных наводнений резко возрастает. Исторические события наводнения в 1993, 2008 и 2019 годах разворачивались в условиях Ла-Нинья или Ла-Нинья.

Например, во время наводнения в реке Миссури в 2019 году сочетание продолжительных осадков и быстрого таяния снега переполнило дамбы и инфраструктуру борьбы с наводнениями в Небраске, Айове и Миссури, что привело к наводнению, причинившему ущерб на миллиарды долларов, широкомасштабной эвакуации и долгосрочным сбоям в сельском хозяйстве и торговле.

  • Бассейн реки Колумбия: Тяжелые снежные заносы и дожди на снегу часто угрожают городским центрам, таким как Портленд, Орегон и Ванкувер, штат Вашингтон, наводнениями.
  • Великие озера Шорлайн: Повышенные осадки способствуют повышению уровня озера, ускорению эрозии блефа и затоплению прибрежных районов, в частности вокруг озера Мичиган и озера Эри.
  • Долина реки Огайо: Улучшенные штормовые трассы во время Ла-Нинья часто вызывают длительные эпизоды осадков, толкая реку Огайо и притоки в стадии наводнения.

Межгодовая изменчивость: почему каждое событие ENSO уникально

В то время как Эль-Ниньо и Ла-Нинья в целом характеризуются температурными аномалиями в тропической части Тихого океана, нет двух событий, которые точно похожи. Интенсивность, продолжительность и пространственная картина этих аномалий могут значительно различаться, что приводит к различным погодным воздействиям. Например, Модоки Эль-Ниньо, который характеризуется потеплением, сосредоточенным в центральной части Тихого океана, а не в восточной части Тихого океана, может производить модели осадков, которые отличаются от классических воздействий Эль-Ниньо.

Более того, эффекты ENSO не действуют изолированно. Другие крупномасштабные климатические модели, такие как Тихоокеанское десятичное колебание (PDO) и Арктическое колебание (AO) , взаимодействуют с ENSO и могут усиливать или отключать его характерные сигналы над Северной Америкой. PDO, например, модулирует температуры поверхности моря на десятилетних временных масштабах, влияя на то, как ENSO проявляется в региональной погоде.

Для эффективного планирования наводнений важно выйти за рамки простой двоичной классификации ENSO и рассмотреть эти дополнительные факторы. Центр прогнозирования климата NOAA обеспечивает вероятностные сезонные прогнозы, которые интегрируют прогнозы ENSO с другими факторами климата. Эти смешанные прогнозы сообщают о вероятности осадков выше или ниже нормы, позволяя коммунальным службам, аварийным службам и менеджерам по водоснабжению принимать нюансированные и региональные стратегии.

Готовность к наводнениям в ENSO-осознанном мире

Предсказуемый сезонный ритм ENSO предлагает ценную возможность для активного управления рисками наводнений. Благодаря согласованию операций инфраструктуры, планирования сообщества и реагирования на чрезвычайные ситуации с фазой ENSO и прогнозируемой силой заинтересованные стороны могут лучше смягчить последствия наводнений и снизить затраты на ущерб.

Укрепление инфраструктуры и адаптивное управление

Критическая инфраструктура борьбы с наводнениями, такая как дамбы, плотины, водохранилища и системы ливневых вод, должна регулярно оцениваться и корректироваться в ожидании аномалий осадков, вызванных ENSO. Например, во время сильного Эль-Ниньо операторы плотин в Калифорнии могут превентивно снизить уровни водохранилищ для создания емкости для хранения входящих штормов. Аналогичным образом, во время Ла-Нинья, городские планировщики на Тихоокеанском северо-западе сосредоточены на очистке водостоков, поддержании дренажных каналов и усилении дамб для управления повышенным стоком.

Бюро мелиорации США включает прогнозы ENSO в операции на крупных плотинах, таких как Гувер и Глен-Каньон, оптимизируя графики хранения и высвобождения воды, чтобы сбалансировать контроль за наводнениями с водоснабжением и выработкой гидроэнергии.

Системы раннего предупреждения сообщества и информирование общественности

Системы раннего предупреждения необходимы для максимального увеличения времени реагирования на наводнения. Сообщества в регионах, затронутых ENSO, получают выгоду от инвестиций в сети гидрологического мониторинга в режиме реального времени, включая датчики потока, датчики дождя и доплеровский радар. Расширенная служба гидрологического прогнозирования Национальной метеорологической службы (AHPS) объединяет прогнозы ENSO в свои модели прогнозирования наводнений, позволяя властям своевременно выдавать рекомендации и уведомления об эвакуации.

Общественные образовательные кампании, приуроченные к прогнозам ENSO, могут повысить осведомленность о рисках наводнений, способствовать действиям по обеспечению готовности, таким как подушка безопасности и подготовка аварийного комплекта, и побуждать жителей своевременно прислушиваться к приказам об эвакуации.

Планирование землепользования и управление поймой

Регулирование развития пойм и сохранение естественных зон хранения наводнений, таких как водно-болотные угодья и прибрежные буферы, остаются экономически эффективными стратегиями для уменьшения ущерба от наводнений. Индуцированная ENSO изменчивость усиливает необходимость принятия правил зонирования для рассмотрения возвышенностей наводнений на основе возвышенностей во время фаз Эль-Ниньо и Ла-Нинья.

Поддерживая естественные функции пойм, сообщества могут более эффективно поглощать паводковые воды, уменьшать пики паводков ниже по течению и улучшать качество воды - преимущества, которые особенно важны, когда события ENSO усиливают экстремальные осадки.

Изменение климата и будущие риски наводнений, вызванные ENSO

Изменение климата изменяет исходные условия, на которых работает ENSO, что усложняет прогнозы риска будущих наводнений. Хотя частота событий Эль-Ниньо и Ла-Нинья может не измениться значительно, их интенсивность и воздействие могут увеличиться из-за повышенной способности более теплой атмосферы удерживать влагу - примерно на 7% больше водяного пара на градус Цельсия потепления.

Это усиление влаги означает, что сильное Эль-Ниньо сегодня может привести к более сильным осадкам и более экстремальным наводнениям, чем аналогичное событие в прошлом веке.Кроме того, потепление влияет на динамику снежного покрова, что приводит к более раннему и быстрому таянию снега, что может усугубить риски весеннего наводнения.

Кроме того, изменения климата, вызванные изменениями в Арктике, включая потерю морского льда и нарушения полярного вихря, увеличивают распространенность атмосферных блокирующих моделей. Эти блоки могут задержать штормовые системы над подверженными наводнениям регионами, продлевая тяжелые осадки и усугубляя серьезность наводнений. Хотя они не связаны напрямую с ENSO, Тихоокеанская северо-западная волна тепла 2021 года и последующие эпизоды наводнений иллюстрируют возникающую сложность экстремальных погодных условий в мире потепления.

Интеграция сценариев изменения климата в оценки риска наводнений имеет важное значение. Такие инструменты, как U.S. Climate Reference Network, предоставляют высококачественные данные наблюдений для калибровки гидрологических моделей и уточнения прогнозов интенсивности атмосферных рек и времени таяния снега в будущих климатических условиях.

Интеграция ENSO в управление операционными наводнениями

Сезонные наводнения и готовность к чрезвычайным ситуациям

Каждую осень Центр прогнозирования климата NOAA выпускает обновленную диагностику Эль-Ниньо-Южное колебание и сезонные прогнозы, которые включают вероятности Эль-Ниньо, Ла-Нинья или ENSO-нейтральные условия в течение предстоящей зимы и весны.Управляющие чрезвычайными ситуациями и агентства по водоснабжению синхронизируют свои планы готовности к наводнениям с этими прогнозами, инициируя кампании по информированию общественности, представляя мешки с песком, насосы и персонал по чрезвычайным ситуациям в уязвимых районах.

Стратегии регулирования водохранилищ, адаптированные к этапам ENSO

Операторы водохранилища жонглируют несколькими целями, включая водоснабжение, контроль за наводнениями, гидроэнергетику и отдых. Прогнозы ENSO позволяют им динамически корректировать приоритеты. Например, во время зимы в Ла-Нинья, которые часто приносят тяжелые северные снежные мешки и весенний стоок, Инженерный корпус армии США может начать опускать водохранилища в бассейне реки Колумбия раньше, чем обычно, чтобы приспособиться к ожидаемым притокам, снижая риск наводнений вниз по течению.

И наоборот, во время Эль-Ниньо водохранилищам в южной Калифорнии можно было бы управлять более агрессивно, чтобы захватить сильные зимние дожди, сохраняя при этом емкость для хранения наводнений. Эти адаптивные операции полагаются на тесную координацию с синоптиками и гидрологами для оптимизации результатов.

Межведомственная координация и обмен данными

Эффективное управление наводнениями в мире, подверженном влиянию ENSO, требует координации между федеральными, государственными и местными агентствами, а также частными водоканалами. Обмен данными и прогнозами в режиме реального времени обеспечивает унифицированные сообщения и своевременный ответ. Достижения в области дистанционного зондирования, гидрологического моделирования и коммуникационных технологий значительно расширили эту возможность.

Такие совместные платформы, как Национальная интегрированная информационная система по засухе (NIDIS) и региональные системы предупреждения о наводнениях, интегрируют прогнозы ENSO с местными гидрологическими данными, поддерживая обоснованное принятие решений, которые спасают жизни и уменьшают экономические потери.