Изучение влияния Эль-Ниано и Ла-Ниа на изменчивость погоды

Введение в цикл ENSO и его глобальное влияние

Эль-Ниньо и Ла-Нинья — это не изолированные погодные явления, а две противоположные фазы более крупного климатического колебания, известного как Эль-Ниньо — Южное колебание (ENSO). Этот цикл, который нерегулярно сдвигается между теплыми, нейтральными и прохладными состояниями, является одним из наиболее значительных факторов межгодовой изменчивости климата на Земле. Изменяя температуру поверхности моря, градиенты атмосферного давления и силу ветра по всему экваториальному Тихому океану, ENSO может отражаться по всему миру, нарушая нормальные погодные условия и вызывая крайности от наводнений до засух.

Понимание механики и последствий этих явлений является не просто академическим упражнением; это практическая необходимость для фермеров, менеджеров по водоснабжению, специалистов по планированию чрезвычайных ситуаций и политиков. Точные прогнозы фаз ENSO могут обеспечить время для подготовки, помогая смягчить экономические потери и спасти жизни. В этой всеобъемлющей статье исследуются фундаментальные науки, конкретные региональные последствия и стратегические меры, необходимые для преодоления проблем, связанных с Эль-Ниньо и Ла-Нинья.

Что такое Эль-Ниньо и Ла-Нинья? - Определение фаз ENSO

Эль-Ниньо: Теплая фаза

Эль-Ниньо, испанское название «маленький мальчик», относится к периодическому потеплению температуры поверхности моря в центральной и восточной экваториальной части Тихого океана. Это потепление обычно происходит каждые два-семь лет и может длиться от нескольких месяцев до года. Во время Эль-Ниньо нормальный поток торговых ветров с востока на запад ослабевает или даже обращает вспять, позволяя теплым поверхностным водам выплескиваться на восток к побережью Южной Америки. Это нарушение океанической и атмосферной циркуляции имеет далеко идущие последствия для глобальной погоды.

Ла-Нинья: Прохладная фаза

Ла-Нинья, что означает «маленькая девочка», представляет собой противоположную крайность. Для неё характерны более прохладные, чем в среднем, температуры поверхности моря в том же центральном и восточном тихоокеанском регионе. Во время Ла-Нинья усиливаются торговые ветры, подталкивающие теплую воду ещё дальше на запад и способствующие сильному подъему холодной, богатой питательными веществами воды вдоль западного побережья Америк. Это усиленное охлаждение усиливает нормальную циркуляцию Уокера, часто приводя к погодным условиям, которые являются зеркальным отражением тех, которые наблюдаются во время Эль-Ниньо.

Нейтральная фаза и цикл ENSO

Между этими крайностями система ENSO часто находится в нейтральной фазе, где температура поверхности моря и атмосферные условия близки к долгосрочному среднему.Однако переход от нейтрального к Эль-Ниньо или Ла-Нинья может быть быстрым и обусловлен сложными взаимодействиями океан-атмосфера.Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) поддерживает систему непрерывного мониторинга с использованием буев, спутников и измерений уровня моря для обнаружения этих сдвигов как можно раньше.

Физические механизмы, стоящие за Эль-Ниньо и Ла-Нинья

Роль торговых ветров и круговорот Уокера

Основу ENSO составляет циркуляция Уокера, крупномасштабная атмосферная петля, центрированная над экваториальной частью Тихого океана. При нормальных условиях дуют сильные торговые ветры с востока на запад, скапливая теплые поверхностные воды в западной части Тихого океана вблизи Индонезии. Это создает регион низкого атмосферного давления, высокой влажности и обильных осадков. В восточной части Тихого океана отток теплой воды позволяет более прохладной, богатой питательными веществами воде подниматься из глубин, поддерживая продуктивное рыболовство и более сухой климат.

Во время Эль-Ниньо эти пассаты ослабевают. Масса теплой воды в западной части Тихого океана падает обратно на восток, подавляя подъем на востоке и сдвигая зону максимального количества осадков в сторону центральной и восточной части Тихого океана. Этот сдвиг, в свою очередь, еще больше ослабляет пассаты в положительной обратной связи. И наоборот, во время Ла-Нинья пассаты резко усиливаются, усиливая нормальную картину и еще больше охлаждая восточную часть Тихого океана.

Океаническая обратная связь и термоклина

Критической особенностью подповерхностного слоя является термоклина — граница между теплыми водами верхнего океана и более холодными, более глубокими водами. В центральной и восточной части Тихого океана глубина термоклина напрямую зависит от напряжения ветра. Во время Эль-Ниньо термоклина углубляется на востоке, предотвращая притягивание холодной воды к поверхности. Во время Ла-Нинья отмели термоклина облегчают подъем, чтобы доставить холодную воду на морскую поверхность. Эта петля обратной связи океан-атмосфера является двигателем, который поддерживает аномалии ENSO.

Измерение и прогнозирование ENSO

Ученые отслеживают ENSO с помощью различных индексов. Первичной метрической является индекс океанического ниньо (ONI), который измеряет отклонение температуры поверхности моря в регионе Ниньо 3,4 (центральная экваториальная часть Тихого океана) от среднего за 30 лет. ONI +0,5 ° C или более теплые сигналы Эль-Ниньо, в то время как -0,5 ° C или более холодные сигналы Ла-Нинья. Предиктивные модели, начиная от простых статистических инструментов до сложных связанных моделей общей циркуляции, теперь могут прогнозировать события ENSO до 6-12 месяцев вперед. Этот навык прогнозирования имеет решающее значение для систем раннего предупреждения.

Глобальное влияние Эль-Ниньо на погоду

Увеличение тропических осадков в Тихом океане и атмосферные телесоединения

Основной эффект Эль-Ниньо заключается в вытеснении основной полосы тропических осадков (зона межтропической конвергенции или ITCZ) на восток. Это вызывает каскад атмосферных телесоединений - междугородние связи между погодными условиями. Потепление центральной и восточной части Тихого океана изменяет положение и силу субтропических струйных потоков, которые, в свою очередь, направляют штормовые пути по Северной Америке и Азии.

Северная Америка:] Эль-Ниньо обычно приносит осадки выше среднего на юг Соединенных Штатов, от Калифорнии до побережья Мексиканского залива. Это может включать проливные дожди и наводнения, особенно зимой. И наоборот, тихоокеанский северо-запад часто испытывает более сухие условия, которые могут ухудшить засуху в регионе.
Южная Америка: Западное побережье, особенно Эквадор и Перу, сталкивается с проливными дождями и разрушительными прибрежными наводнениями. Напротив, внутренний бассейн Амазонки и северо-восточная Бразилия часто испытывают засуху.
Австралия и Юго-Восточная Азия: Эль-Ниньо сильно связан с осадками ниже нормы, что приводит к сильной засухе, повышенному риску лесных пожаров и неурожаям. Индонезия, Папуа-Новая Гвинея и северная Австралия обычно страдают.
Африка: Южная Африка имеет тенденцию становиться жарче и суше во время Эль-Ниньо, снижая урожайность сельскохозяйственных культур. Восточная Африка, особенно Африканский Рог, может испытывать как сухие периоды, так и странные аномалии осадков, которые нарушают вегетационный период.

Влияние на тропические циклоны и зимние штормы

Эль-Ниньо снижает частоту атлантических ураганов из-за усиления вертикального сдвига ветра над Атлантическим бассейном, однако имеет тенденцию к увеличению числа тропических циклонов в центральной и восточной части Тихого океана, в том числе вблизи Гавайев, кроме того, усиленный субтропический струйный поток может пахать через южные США, принося в этот регион более частые и интенсивные зимние штормы.

Глобальное влияние погоды на Ла-Нинью

Усиление и усиление нормальных моделей

Ла-Нинья часто выступает в качестве усилителя фоновой циркуляции Уокера, производя погодные условия, которые по существу являются обратной стороной Эль-Ниньо.Усиленные торговые ветры толкают теплую воду на запад, в то время как холодные воды доминируют в восточной части Тихого океана.

Северная Америка:] Струйный поток имеет тенденцию смещаться на север во время зимы Ла-Нинья. Это приводит к более прохладным, влажным условиям на северо-западе Тихого океана и Великих озерах, в то время как южные Соединенные Штаты от Калифорнии до Флориды испытывают более теплую и сухую погоду. Это может усугубить засуху в уже засушливых регионах.
Ла-Нинья является основным фактором выпадения осадков выше среднего, что часто приводит к широкомасштабным наводнениям в восточной и северной Австралии. Это может увеличить объем сельскохозяйственного производства, но также может привести к повреждению инфраструктуры и перемещению населения.
Юго-Восточная Азия: В Индонезии, Малайзии и на Филиппинах преобладают более влажные, чем обычно, условия, что увеличивает риск оползней и наводнений.
Африка: Африка: Африканский Рог имеет тенденцию испытывать засуху во время Ла-Нинья, в то время как южная Африка получает дожди выше среднего.

Активность Атлантического урагана

Одним из наиболее выраженных эффектов Ла-Нинья является уменьшение вертикального сдвига ветра над тропическим Атлантическим океаном. Это делает условия весьма благоприятными для развития и усиления ураганов, часто приводящих к выше нормы сезонов штормов. Например, рекордный сезон ураганов в Атлантике 2020 года был сильно подвержен влиянию сильного события Ла-Нинья.

Холодные зимы и экстремальные снегопады

В северном полушарии зимы Ла-Нинья часто связаны с более холодными, чем в среднем, температурами на севере США и Канады. Это может привести к значительным снегопадам на Среднем Западе и Северо-востоке, что скажется на транспорте и спросе на энергию. Однако отсутствие влаги на южном уровне может означать снежные засухи в таких местах, как Сьерра-Невада, что сказывается на водоснабжении миллионов.

Региональная изменчивость и конкретные тематические исследования

Южная Америка: континент контрастов

Воздействие ENSO в Южной Америке является примером региональной изменчивости. Во время сильного Эль-Ниньо западное побережье Перу и Эквадора может видеть количество осадков, превышающее 10-кратное годовое значение, что приводит к катастрофическим внезапным наводнениям и оползням. В то же время регион Альтиплано и северная Амазонка могут испытывать острую засуху. И наоборот, Ла-Нинья приносит более сухие условия на перуанское побережье, но может вызвать более высокие осадки над бассейном Амазонки и южной Бразилией.

Роль ENSO в индийском муссоне

Летние муссоны Индии неразрывно связаны с ENSO. Исторически годы Эль-Ниньо часто связаны с более слабыми муссонными дождями, вызывающими засуху и широко распространенные сельскохозяйственные бедствия. Годы Ла-Нинья, с другой стороны, как правило, приносят муссонные дожди, которые сильнее, чем в среднем, что может привести к наводнениям в низменных районах, таких как Бангладеш. Однако отношения не являются абсолютными; другие факторы, такие как Диполь Индийского океана, также играют роль, что делает сезонное прогнозирование сложной задачей.

Северная Америка: от побережья до побережья

В США влияние ENSO резко варьируется по широте и долготе.Во время Эль-Ниньо тихоокеанский северо-запад часто испытывает подавленный снежный покров зимой, в то время как в Калифорнии можно увидеть приход столь необходимого дождя на юге.Во время Ла-Нинья тихоокеанский северо-запад готовится к сильным осадкам, а внутренний Запад часто сталкивается с более глубокими снежными покровами.Юго-восточные США имеют тенденцию быть более сухими и теплыми во время Ла-Нинья, что может усилить водоснабжение и увеличить риск лесных пожаров во Флориде и Джорджии.

Долгосрочные тенденции и взаимодействие в области изменения климата

Исследования показали, что изменение климата может изменять частоту, интенсивность и характер событий ENSO. Некоторые климатические модели прогнозируют увеличение экстремальных событий Эль-Ниньо и Ла-Нинья в условиях продолжающегося глобального потепления. Кроме того, повышение базовых температур может усиливать воздействие жары и засухи во время Эль-Ниньо, в то время как интенсивные осадки во время Ла-Нинья могут стать еще более экстремальными. Для получения дополнительной информации об этих прогнозах см. доклады Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) .

Подготовка и смягчение последствий Эль-Ниньо и Ла-Нинья

Укрепление систем мониторинга и раннего предупреждения

Упреждающая подготовка начинается с мониторинга. Международные сети, такие как Глобальная рамочная программа по климатическим услугам, координируют прогнозы ENSO из таких центров, как Центр прогнозирования климата NOAA . Эти прогнозы имеют решающее значение для секторов, которые чувствительны к изменчивости погоды, включая управление водными ресурсами, производство энергии и снижение риска бедствий.

Key preparations include:

Корректировка сельского хозяйства: Фермеры могут использовать прогнозы ENSO, чтобы решить, какие культуры сажать, когда их сажать и как управлять водными ресурсами. Например, в регионах, подверженных Ла-Нинья, известных высоким уровнем осадков, переход к устойчивым к наводнениям сортам риса может уменьшить потери урожая.
Управление водоснабжением: Операторы водохранилищ могут корректировать графики выпуска на основе ожидаемой фазы ENSO.Во время Эль-Ниньо водохранилища Южной Калифорнии могут быть снижены для прогнозирования притока наводнений; во время Ла-Нинья меры по сохранению могут быть реализованы на ранней стадии.
Государственная готовность к здоровью: Отделы здравоохранения могут готовиться к распространению трансмиссивных заболеваний, таких как лихорадка денге, которая часто показывает повышенную передачу во время Эль-Ниньо из-за более теплых и влажных условий в тропических регионах.
Планы реагирования на чрезвычайные ситуации: Местные органы власти в зонах, подверженных наводнениям или засухе, должны предварительно разместить запасы, очистить дренажные системы и обновить карты опасности на основе сезонных прогнозов.

Повышение устойчивости сообщества

Долгосрочная адаптация требует не только реактивных мер. Инвестиции в устойчивую к изменению климата инфраструктуру, такую как поднятые дома, улучшенный дренаж и засухоустойчивые культуры, снижают уязвимость. Системы раннего предупреждения на уровне общин, где местные знания сочетаются с научными прогнозами, могут обеспечить охват предупреждений наиболее подверженными риску группами населения. Схемы страхования, такие как параметрическое страхование от неурожая, привязанное к индексам ENSO, также могут помочь защитить от экономических потрясений.

Оригинальное название: The Imperative of Understanding ENSO

Эль-Ниньо и Ла-Нинья — это не просто академические курьезы, это мощные, повторяющиеся явления, которые формируют жизнь миллиардов людей. От измененных муссонных дождей, которые питают половину населения мира, до штормов, которые обрушиваются на береговые линии, и засух, которые переносят сельскохозяйственные угодья, цикл ENSO является центральной особенностью планетарного климата. Хотя мы не можем контролировать эту океаническую и атмосферную динамику, мы можем улучшить наше понимание, уточнить наши прогнозы и использовать эти знания для создания более устойчивых обществ.

Интегрируя мониторинг, связь и адаптивное планирование во всех секторах, сообщества во всем мире могут уменьшить худшие последствия этих природных колебаний. Поскольку изменение климата наклоняет игровое поле, информирование об ENSO становится не только научным приоритетом, но и общественной необходимостью. Чем сильнее наше понимание того, как дышит Тихий океан, тем лучше мы будем справляться с изменчивостью погоды, которую он обеспечивает.