Понять Эль-Ниньо и Ла-Нинью

Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO) — сложное повторяющееся климатическое явление, характеризующееся колебаниями температуры поверхности моря (SST) и атмосферного давления через экваториальную часть Тихого океана. ENSO включает две противоположные фазы: Эль-Ниньо, тёплую фазу и Ла-Нинья, холодную фазу. Термин «Эль-Ниньо», испанский для «мальчика», первоначально относился к теплому океанскому течению, наблюдаемому вокруг Рождества вдоль побережий Перу и Эквадора. Эта фаза характеризуется значительно более теплыми, чем средние SST в центральной и восточной экваториальной части Тихого океана. И наоборот, «Ла-Нинья», означающая «маленькая девочка», соответствует более холодным, чем средние SST в том же регионе. Эти фазы обычно длятся от 9 до 12 месяцев, но иногда могут сохраняться в течение нескольких лет, влияя на глобальные климатические модели глубокими способами.

ENSO лучше всего понимать как континуум, а не простое явление включения/выключения. Нейтральные условия, которые падают между состояниями Эль-Ниньо и Ла-Нинья, все еще демонстрируют изменчивость, но самые экстремальные события генерируют самые сильные глобальные телесвязи - атмосферные и океанические связи, которые передают влияние ENSO далеко за пределами тропической части Тихого океана. Одним из основных показателей для мониторинга ENSO является индекс океанического ниньо (ONI), который измеряет аномалии SST, усредненные по региону Ниньо 3,4 (5°N-5°S, 120°W-170°W). Когда ONI превышает +0,5°C в течение по крайней мере пяти последовательных перекрывающихся трехмесячных периодов, объявляется событие Эль-Ниньо. И наоборот, ONI ниже -0,5°C сигнализирует о начале Ла-Нинья.

Эти фазы ENSO влияют на циркуляцию атмосферы, в частности, циркуляцию Уокера, которая включает в себя торговые ветры восток-запад и конвекционные узоры над тропической частью Тихого океана. Эль-Ниньо ослабляет или обращает вспять торговые ветры, вытесняя теплую воду на восток и сдвигая Тихоокеанский струйный поток, в то время как Ла-Нинья усиливает торговые ветры и усиливает типичную циркуляцию. Эти сдвиги нарушают глобальные погодные системы, влияя на осадки, температуру и штормовые пути через континенты и океаны.

Географические зоны воздействия

Влияние ENSO распространяется на все обитаемые континенты, с региональными изменениями в сроках, интенсивности и типе воздействия.В то время как экваториальная часть Тихого океана остается эпицентром событий ENSO, атмосферные телесоединения позволяют его эффектам распространяться глобально через изменения в системах давления, струйных потоках и океанических условиях.

Северная Америка

В Северной Америке Эль-Ниньо и Ла-Нинья создают различные зимние погодные условия. Во время зим Эль-Ниньо на юге Соединенных Штатов - от Калифорнии через побережье Мексиканского залива до Флориды - обычно наблюдаются более прохладные и влажные условия из-за смещения Тихоокеанского реактивного потока на юг. Это приводит к увеличению штормовой активности, наводнениям и снегу в некоторых регионах, особенно в Калифорнии и Юго-востоке. Между тем, Тихоокеанский Северо-Запад обычно видит более теплые и более сухие условия. В Канаде Эль-Ниньо имеет тенденцию приносить более мягкие зимы с уменьшением снегопада на северных территориях и увеличением осадков на западном побережье, особенно в Британской Колумбии.

Напротив, зимы Ла-Нинья часто имеют реактивный поток, смещенный на север, что приводит к более влажным и холодным условиям на северо-западе Тихого океана, увеличению снегопада в Скалистых горах и более теплой, более сухой погоде через южную часть США Ла-Нинья также связана с более холодными, чем в среднем, зимами в западной и центральной Канаде. Эти климатические сдвиги влияют на все, от спроса на энергию до сельского хозяйства и имеют последствия для управления водными ресурсами и готовности к стихийным бедствиям.

Южная Америка

Западное побережье Южной Америки особенно уязвимо к экстремальным явлениям ENSO. События Эль-Ниньо приносят сильные ливни и наводнения в прибрежные Перу и Эквадор, часто вызывая оползни и ущерб инфраструктуре. В этих регионах наводнения, вызванные Эль-Ниньо, могут вызвать значительные гуманитарные кризисы, вытесняя тысячи людей и нарушая сельское хозяйство и рыболовство. Между тем, бассейн Амазонки часто испытывает засуху во время Эль-Ниньо, увеличивая риск лесных пожаров и угрожая биоразнообразию. Южная Бразилия и северная Аргентина обычно видят усиленные осадки во время Эль-Ниньо, которые могут принести пользу водоснабжению, но также повышают риски наводнений.

Во время Ла-Нинья ситуация меняется в обратном направлении: прибрежные Перу и Эквадор часто переносят засуху, что негативно сказывается на основных культурах и наличии воды. И наоборот, в бассейне Амазонки и странах южного конуса, таких как Аргентина и Уругвай, как правило, выпадают осадки выше среднего, что может поддерживать производительность сельского хозяйства, но также повышает риски наводнений. Эти колебания имеют прямые экономические последствия для ключевых культур, таких как соя, кукуруза и пшеница, влияя на глобальные товарные рынки и местные средства к существованию.

Азия и Океания

В Азии и Океании ENSO оказывает большое влияние на муссонных систем и тропической циклонной активности. Эль-Ниньо обычно подавляет количество осадков над Индонезией, Малайзией и северной Австралией, что приводит к засухе условия, которые усиливают риск лесных пожаров - прежде всего в Австралии лесных пожаров и торфяников Индонезии. Индийский муссон, критический для сельского хозяйства и водных ресурсов в Южной Азии, имеет тенденцию ослабевать в течение лет Эль-Ниньо, снижая урожайность и усугубляя дефицит воды в таких странах, как Индия, Бангладеш и Непал.

События Ла-Нинья обычно приносят увеличенные осадки в эти области, часто приводящие к наводнениям и оползням.Восточная Австралия, например, может испытывать сильное наводнение во время Ла-Нинья, особенно в Квинсленде и Новом Южном Уэльсе. Индийский муссон усиливается, доставляя осадки выше среднего, которые поддерживают сельское хозяйство, но также увеличивают риск наводнений и связанных с ними бедствий. Тихоокеанские острова затронуты по-разному в зависимости от фазы ENSO: Эль-Ниньо сдвигает тропические циклоны на восток, повышая риски для Французской Полинезии и южной части Тихого океана, в то время как Ла-Нинья сдвигает циклонную активность ближе к Филиппинам, Китаю и Японии.

Африка

Восточная Африка испытывает некоторые из наиболее изменчивых моделей осадков, связанных с ENSO, со значительными последствиями для продовольственной безопасности и водных ресурсов. Эль-Ниньо имеет тенденцию усиливать короткие дожди (октябрь-декабрь) в таких странах, как Эфиопия, Сомали и Кения, часто вызывая наводнения, но также принося пользу сельскохозяйственному производству. Однако Ла-Нинья часто подавляет эти дожди, что приводит к засухе, которая усугубляет риски голода и гуманитарные кризисы.

В южной части Африки Эль-Ниньо обычно приводит к более сухим, чем в среднем, условиям, задерживая начало сезона дождей и снижая урожайность в Замбии, Зимбабве и Южной Африке. Ла-Нинья может принести более влажные условия в части этого региона, хотя отношения менее последовательны по сравнению с восточной Африкой. Эти изменения усложняют сельскохозяйственное планирование и управление водными ресурсами на континенте, уже уязвимом к изменчивости климата.

Методы картирования для воздействия ENSO

Картирование глобального охвата Эль-Ниньо и Ла-Нинья требует комплексного подхода, сочетающего наблюдательные сети, дистанционное зондирование, океанографические данные и сложные климатические модели. Каждый инструмент способствует уникальной проницательности, позволяя ученым и политикам визуализировать развивающиеся пространственные следы ENSO и предвидеть воздействия с большей точностью.

Спутниковое дистанционное зондирование

Спутники необходимы для непрерывного крупномасштабного мониторинга переменных, связанных с ENSO. Инструменты на борту платформ, таких как полярно-орбитальные операционные спутники окружающей среды (POES) NOAA, спутники НАСА Aqua и Terra, а также миссии Sentinel Европейского космического агентства, измеряют температуру поверхности моря, высоту поверхности моря и атмосферные переменные. Микроволновые радиометры проникают в облачный покров, позволяя непрерывно наблюдать аномалии SST даже в штормовые периоды.

Спутники Altimetry, такие как Jason-3, измеряют изменения уровня моря, которые повышаются в восточной части Тихого океана во время Эль-Ниньо из-за теплового расширения теплой воды. Исходящие данные о длинноволновом излучении (OLR) помогают отслеживать глубокую конвекцию атмосферы, связанную с ENSO, выявляя сдвиги в моделях осадков. Эти наборы данных, полученные со спутника, поступают на глобальные карты аномалий SST и модели осадков, обновляемые еженедельно и доступные через платформы, такие как Центр прогнозирования климата NOAA ].

Сеть наблюдения за океаном Арго

Программа Argo, работающая с начала 2000-х годов, произвела революцию в наблюдениях за океаном, развернув более 3000 автономных профилирующих поплавков по всему миру. Эти поплавки дрейфуют с океанскими течениями и периодически погружаются на глубины до 2000 метров, собирая вертикальные профили температуры, солености и давления. Данные Argo обеспечивают критическое понимание условий подповерхностного океана, которые спутники не могут захватить, таких как глубина и структура термоклина — граница между теплой поверхностной водой и более холодной глубокой водой.

В ходе событий ENSO изменения глубины термоклина являются ключевыми показателями связи океан-атмосфера. Например, углубление термоклина в восточной части Тихого океана сигнализирует о наступлении Эль-Ниньо. Картирование вариаций термоклина с использованием данных Argo позволяет на ранних этапах обнаруживать и отслеживать фазы ENSO, улучшая время выполнения и надежность прогнозов.

Климатические модели и реанализ

Цифровые климатические модели имитируют сложные взаимодействия между океаном и атмосферой, которые приводят к ENSO и его телесвязям. Системы оперативного прогнозирования, такие как система климатического прогнозирования NOAA (CFS) и модель Европейского центра среднесрочных метеорологических прогнозов (ECMWF), ассимилируют спутниковые и на месте данные для генерации сезонных прогнозов и пространственных карт, предсказывающих влияние ENSO на температуру и осадки.

Наборы данных повторного анализа, такие как ERA5 ECMWF, объединяют исторические наблюдения с модельной физикой для создания согласованных, сетчатых климатических записей, относящихся к середине 20-го века. Эти наборы данных позволяют исследователям ретроспективно отображать глобальный след ENSO, выявляя повторяющиеся модели засухи, наводнений и температурных аномалий, связанных с прошлыми событиями. Такое историческое картирование информирует оценки риска и помогает совершенствовать прогнозные модели.

Географические информационные системы (ГИС)

ГИС-платформы позволяют интегрировать и визуализировать различные наборы данных, включая аномалии SST, процентили осадков, влажность почвы, индексы здоровья растительности и социально-экономическую информацию. Наслоив эти данные, аналитики могут создавать композитные карты рисков, определяющие регионы, наиболее уязвимые к опасностям, связанным с ENSO, таким как засуха, наводнения и лесные пожары.

Например, U.S. Drought Monitor включает в себя данные фазы ENSO наряду с текущими данными о влажности почвы и историческими картами частоты засухи для прогнозирования районов, где условия засухи могут ухудшиться.Международные организации, такие как Всемирная метеорологическая организация WMO, публикуют сезонные прогнозы ENSO, которые объединяют прогнозы моделей с экспертными оценками, отображая вероятность выше или ниже нормы осадков и температурных аномалий во всем мире.

Региональные последствия в глубине

Хотя глобальный охват ENSO огромен, характер и масштабы воздействия значительно различаются в зависимости от региона, сезона и силы событий. Понимание этих моделей в деталях имеет решающее значение для готовности к стихийным бедствиям, сельскохозяйственного планирования и управления водными ресурсами.

Гидроклиматические крайности

События Эль-Ниньо тесно связаны с увеличением частоты и интенсивности тропических циклонов в бассейне восточной части Тихого океана, одновременно подавляя активность атлантических ураганов.Эль-Ниньо 2015–2016 годов, один из самых сильных за всю историю наблюдений, способствовал сильной засухе в Эфиопии, катастрофическим наводнениям в Перу и широко распространенному обесцвечиванию кораллов через рифы Тихого океана из-за повышенных температур воды.

И наоборот, событие Ла-Нинья 2020-2023 годов, примечательное своей беспрецедентной «тройной каплей», принесло рекордные наводнения в восточную Австралию и продолжительные засухи в Африканский Рог, угрожая миллионам людей отсутствием продовольственной безопасности. Картирование этих гидроклиматических крайностей в режиме реального времени обеспечивает критическую ситуационную осведомленность гуманитарных учреждений, позволяя распространять раннее предупреждение и предварительное размещение ресурсов.

Сельскохозяйственные и экономические последствия

Фазы ENSO существенно влияют на производительность сельского хозяйства и экономическую стабильность во всем мире. В кукурузном поясе США Эль-Ниньо обычно приносит благоприятные летние осадки для кукурузы и соевых бобов, тогда как Ла-Нинья увеличивает риск теплового стресса и засухи, потенциально снижая урожайность. Производство риса в Юго-Восточной Азии чувствительно к изменениям осадков, вызванным ENSO: Ла-Нинья часто повышает урожайность в дельте Меконга, но также увеличивает риски наводнений, которые могут повредить урожай и инфраструктуру.

Экономические издержки, связанные с ENSO, значительны, часто достигая десятков миллиардов долларов во всем мире. Развивающиеся страны часто несут непропорциональное бремя из-за ограниченного адаптивного потенциала. Международный исследовательский институт климата и общества (FLT:0) IRI использует картирование и прогнозирование ENSO для консультирования правительств и секторов по стратегиям смягчения рисков, включая корректировки страхования урожая, распределение водных ресурсов и планирование готовности к стихийным бедствиям.

Подготовка к мероприятиям ENSO

Достижения в области наблюдения и прогнозирования ENSO заметно повысили готовность во всем мире. Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) ежемесячно выпускает обновления ENSO, с прогнозами на сезон, которые распространяются на девять месяцев вперед. Страны, уязвимые к воздействию ENSO, такие как Перу и Австралия, создали специальные рамки реагирования, объединяющие системы раннего предупреждения и протоколы управления рисками.

Например, Перу использует спутниковые карты осадков для активации защиты от наводнений и проведения своевременной эвакуации во время сильных событий Эль-Ниньо, что снижает потери людей и экономический ущерб. Австралийское бюро метеорологии объединяет прогнозы ENSO в планы управления водными ресурсами и готовности к лесным пожарам.

Изменение климата усложняет динамику и картографирование ENSO. В то время как научный консенсус все еще развивается в отношении того, увеличит ли глобальное потепление частоту или интенсивность событий Эль-Ниньо и Ла-Нинья, модели предполагают, что гидрологические крайности могут усилиться. Повышение базовых температур усиливает воздействие даже нейтральных лет ENSO, что потенциально приводит к беспрецедентным волнам тепла и засухам. Улучшение пространственного разрешения климатических моделей остается приоритетом для лучшего захвата телесоединений ENSO, особенно в регионах с разреженными данными, таких как центральная часть Тихого океана и Африканский континент.

Инициативы по составлению карт на уровне общин также повышают устойчивость путем интеграции местных знаний с научными данными. Проекты по составлению карт на основе участия в Индонезии и странах тихоокеанских островов сочетают понимание местных погодных условий со спутниковыми наблюдениями для составления карт опасностей и уязвимостей с высоким разрешением. Эти усилия на низовом уровне имеют жизненно важное значение для адаптации стратегий снижения рисков к местным условиям, особенно там, где официальная инфраструктура мониторинга ограничена.

Заключение

Картирование глобального охвата Эль-Ниньо и Ла-Нинья имеет решающее значение как для научного понимания, так и для социальной устойчивости. ENSO формирует изменчивость климата в планетарном масштабе - от теплых экваториальных тихоокеанских вод до сельскохозяйственных полей на американском Среднем Западе и подверженных наводнениям районах в Южной Азии. Технологические достижения в области спутникового дистанционного зондирования, сетей наблюдения за океаном и моделирования климата значительно расширили нашу способность контролировать и прогнозировать события ENSO в режиме реального времени.

Однако задача по-прежнему заключается в том, чтобы преобразовать эти знания в эффективные действия, особенно в уязвимых регионах, где воздействие ENSO угрожает продовольственной безопасности, средствам к существованию и инфраструктуре.Продолжающиеся инвестиции в системы наблюдений, развитие моделей и международное сотрудничество — наряду с четкой передачей прогнозов на основе карт — будут иметь важное значение для смягчения рисков, связанных с ENSO в условиях меняющегося климата.