Климат юго-запада США, определяемый засушливыми и полузасушливыми ландшафтами Аризоны, Нью-Мексико, Юты, Невады, Калифорнии и западного Техаса, формируется сложным взаимодействием географии, океанских течений и атмосферной динамики. Среди наиболее мощных факторов год к году изменчивости в этом регионе являются фазы Эль-Ниньо и Ла-Нинья цикла Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO). Эти явления, уходящие корнями в тропическую часть Тихого океана, могут усиливать или подавлять зимний штормовой путь, который обеспечивает большую часть ежегодных осадков Юго-Запада. Понимание того, как ENSO влияет на погоду в регионе, имеет важное значение для менеджеров по водным ресурсам, фермеров, аварийных служб и всех, кто обеспокоен долгосрочной обитаемостью этой быстрорастущей части страны.

Понимание ENSO и его телесвязи с юго-западом

Эль-Ниньо-южное колебание - это естественная климатическая картина, которая колеблется между аномально теплыми температурами поверхности моря (Эль-Ниньо) и аномально прохладными температурами поверхности моря (Ла-Нинья) в центральной и восточной экваториальной части Тихого океана. Эти температурные сдвиги изменяют положение и силу Тихоокеанского струйного потока - высотной реки воздуха, которая направляет штормовые системы через континент. Во время Эль-Ниньо теплый бассейн воды в восточной части Тихого океана смещается на восток, заставляя струйный поток укрепляться и опускаться дальше на юг через юго-запад Соединенных Штатов. Это южное смещение воронки влагозагруженных штормов в Калифорнию, Аризону и Нью-Мексико, увеличивая вероятность выше среднего зимнего осадка. И наоборот, Ла-Нинья толкает теплый бассейн на запад, поднимая струйный поток на север и эффективно блокируя юго-запад от основного штормового пути. Результатом является тенденция к более сухой, чем обычно, зиме, особенно в южных частях региона.

Эти телесоединения не вполне предсказуемы - каждое событие ENSO имеет свой собственный характер - но статистическая связь достаточно надежна, чтобы сформировать основу сезонных прогнозов, выпущенных Национальным управлением океанических и атмосферных исследований (NOAA) и другими климатическими центрами. Сила сигнала также варьируется: сильные Эль-Ниньо (например, 1997-98 или 2015-16) вызвали резкое наводнение в некоторых частях Калифорнии и Юго-Запада, в то время как умеренные события могут привести только к слегка влажным условиям. Аналогичным образом, сильная Ла-Нинья может усилить засуху, как видно в течение 2020-23 трехдиповой Ла-Нинья, которая углубила историческую мегазасуху в регионе.

Механика Эль-Ниньо на юго-западе

Влияние Эль-Ниньо на юго-запад наиболее выражено в прохладный сезон, примерно с ноября по март. Более высокие, чем в среднем, температуры поверхности моря в восточной тропической части Тихого океана снижают градиент давления восток-запад через океан, ослабляя торговые ветры. Этот сдвиг в атмосферной циркуляции позиционирует субтропический струйный поток дальше на юг, чем его типичный зимний путь. Для юго-запада это означает увеличение числа атмосферных речных событий - узкие коридоры интенсивного переноса влаги, которые могут доставлять годовой объем осадков в течение нескольких дней. Снежный покров в Сьерра-Неваде и Скалистых горах обычно накапливается более глубоко в течение лет Эль-Ниньо, обеспечивая критический буфер против летних сухих сезонов. Однако те же штормы, которые пополняют резервуары, также могут вызвать потоки мусора, оползни и береговую эрозию. В таких городах, как Лос-Анджелес и Феникс, зимы Эль-Ниньо часто приносят наводнения, оползни и деформацию

Механика Ла-Нинья на юго-западе

Ла-Нинья характеризуется более прохладной, чем в среднем, температурой поверхности моря в восточной экваториальной части Тихого океана. В этих условиях Тихоокеанский струйный поток имеет тенденцию к расколу - одна ветвь перемещается на север в Тихоокеанский северо-запад и Канаду, в то время как другая остается слабой и перемещается на юг только изредка. Юго-запад, особенно нижний бассейн реки Колорадо и пустыни Аризоны и Нью-Мексико, лежит в разрыве между этими ветвями. Штормы, которые достигают региона, часто слабее и реже. Результатом является выраженная тенденция к осадкам ниже среднего уровня, которые образуются в течение следующих трех последовательных зим. Ла-Нинья 2020-23 годов, которая длилась три последовательные зимы, была непосредственно связана с экстремальным высыханием озера Мид и озера Пауэлл, два крупнейших в стране водохранилища, высушивая растительность и уменьшая влажность почвы. Летом после Ла-Нинья зима, Юго-запад может испытывать ранний и интенсивный пожарный сезон, как видно из рекордных 2021 и 2022 годов пожара в Ар

Сезонные и региональные изменения на юго-западе

Сигнал ENSO неоднороден по всему юго-западу. Регион охватывает широкий диапазон широт и возвышенностей, от прибрежных низменностей Калифорнии до высоких плато Колорадо и глубоких каньонов долины Рио-Гранде. Каждый субрегион реагирует на фазы ENSO с разным временем и интенсивностью. Понимание этих нюансов имеет решающее значение для принятия решений на местном уровне.

Зимнее господство и муссонные взаимодействия

Самые сильные воздействия ENSO происходят зимой, когда струйный поток наиболее активен. В годы Эль-Ниньо осадки обычно значительно выше нормы в южной Калифорнии, Аризоне, Нью-Мексико и западном Техасе. Тихоокеанский Северо-Запад, напротив, часто испытывает более сухие условия. В годы Ла-Нинья картина меняется: Тихоокеанский Северо-Запад становится влажным, а Юго-Запад высыхает. Однако сезон муссонов (июль-сентябрь) вводит отдельный источник влаги, который может частично компенсировать зимний дефицит, особенно в Аризоне и Нью-Мексико. Исследования показали, что зимы Ла-Нинья, как правило, приводят к более слабым муссоновым осадкам, в то время как зимы Эль-Ниньо могут сопровождаться слегка усиленной муссоновой активностью, но отношения менее надежны, чем зимний сигнал. Некоторые из наиболее влиятельных лет для Юго-Запада происходят, когда и зимний, и сезоны муссонов терпят неудачу в тандеме, как это произошло во время эпохи пыльных чаш и снова в начале 2000-х годов.

Прибрежные и внутренние ответы

Прибрежные хребты Калифорнии и Центральная долина получают самое непосредственное воздействие от атмосферных рек Эль-Ниньо. Водная инфраструктура штата была разработана для захвата и хранения этих эпизодических событий, но система напрягается как наводнениями, так и экстремальными засухами. Внутренний бассейн реки Колорадо, который поставляет воду 40 миллионам человек, особенно уязвим для Ла-Нинья. В потоке реки преобладает зимний снежный покров в Скалистых горах Колорадо, Юты и Вайоминга, которые менее непосредственно подвержены влиянию ENSO, чем нижние пустынные зоны Юго-Запада. Тем не менее, Ла-Нинья уменьшает снежный покров в южных Скалистых горах, и совокупный эффект нескольких сухих зим может истощить хранилище резервуаров в течение многих лет. Системы Аризоны, которые обслуживают Феникс и Тусон, более тесно связаны с зимним штормовым треком и, таким образом, более чувствительны к наводнениям в пустынных омывает и арройос, в то время как Ла-Нинья годы подчеркивают и без того ограниченные запасы подземных вод в регионе.

Гидрологические и экологические последствия

Перепады между Эль-Ниньо и Ла-Нинья имеют серьезные последствия для водоснабжения, экологии лесных пожаров, сельского хозяйства и экосистем на юго-западе. Природные системы региона адаптированы к высокой изменчивости, но темпы интенсификации в последние десятилетия, обусловленные как изменением климата, так и изменениями в землепользовании, увеличили риски.

Водные ресурсы и снежный ком

Снежный пакет в Сьерра-Неваде и верхнем бассейне реки Колорадо служит естественным резервуаром, который медленно выпускает талую воду весной и летом. Зимы Эль-Ниньо обычно производят толстый снежный пакет на средних и высоких высотах, в то время как зимы Ла-Ниньо производят тонкий или эфемерный снежный пакет, особенно на более низких высотах. Один год Эль-Ниньо может пополнять резервуары, которые были стянуты годами засухи, как это произошло в 2017 и 2023 годах. Но последовательность Эль-Ниньо редка; более распространенная картина - это колебания, которые не гарантируют восстановление. Менеджеры воды на юго-западе полагаются на сезонные прогнозы ENSO для руководства операциями резервуара, банкинг подземных вод и решения о распределении. Задача прогнозирования заключается в том, что сам прогноз ENSO имеет навыки только за несколько месяцев до этого, и телесоединения могут быть нарушены другими климатическими режимами, такими как тихоокеанское десятилетнее колебание (PDO) и Атлантическое многовековое колебание (AMO).

Риск лесных пожаров и топливо

Зимы Ла-Нинья оставляют ландшафт сухим и готовым к воспламенению. Прекрасные виды топлива, такие как травы и чапараль, становятся горючими быстрее, а крупномасштабные пожары могут воспламениться раньше весной. В Аризоне пожары 2021 года Telegraph и Mescal сожгли более 200 000 акров вместе, что произошло после сухой зимы Ла-Нинья. В Калифорнии пожар москитов 2022 года, крупнейший в штате в том году, был аналогично связан с высыханием, вызванным La Niña. Напротив, зимы Эль-Ниньо могут снизить риск лесных пожаров за счет увеличения влажности топлива, но они также способствуют росту трав и подлесковой растительности, которые могут стать топливом в последующие сухие годы. Взаимодействие между осадками и огнем сложно: сильные зимние осадки могут производить слив травянистого роста, который высыхает летом, парадоксально увеличивая риск пожара в следующих пустынях Ла-Нинья. Это особенно верно в пустынях Соноран и Мохаве

Сельское хозяйство и местные экосистемы

Юго-западное сельское хозяйство сильно орошается, полагаясь на поверхностные воды из реки Колорадо, проекта Центральной долины и местных водоносных горизонтов. События Эль-Ниньо снижают давление на ирригационные запасы и могут увеличить влажность почвы в неорошаемых пастбищных угодьях. Однако слишком большое количество осадков сразу может задержать посадку, повредить урожай и выщелачить питательные вещества. Для производителей цитрусовых и авокадо прибрежных долин Калифорнии зимы Эль-Ниньо могут привести к повышенному риску грибковых заболеваний. Зимы Эль-Ниньо, с другой стороны, заставляют фермеров больше полагаться на перекачку грунтовых вод, что может привести к овердрафту и оседанию земель. Местные экосистемы, включая пиньон-юниперные леса, степи мудреца и уникальные прибрежные леса Юго-Запада, адаптированы к частым засухам. Тем не менее, сочетание засухи Ла-Нинья и повышения температуры, которые увеличивают испарительный спрос, протолкнуло некоторые ландшафты за переломный момент. Масштаб

Мониторинг, прогнозирование и готовность

Поскольку циклы ENSO предсказуемы за несколько месяцев до этого, они предлагают окно для активного управления. Инвестиции в наблюдения, моделирование и связь улучшили способность Юго-Запада предвидеть и реагировать на экстремальные явления, вызванные ENSO.

Мониторинг океана и атмосферы

Центр прогнозирования климата NOAA выпускает ежемесячные обсуждения ENSO и сезонные прогнозы на основе данных из массива буев тропического океана атмосферы (TAO), спутниковой альтиметрии и измерений атмосферного давления. Статус Эль-Ниньо или Ла-Нинья классифицируется как слабый, умеренный или сильный в зависимости от аномалий температуры поверхности моря, усредненных по региону Ниньо 3,4. Модели прогнозирования, такие как Североамериканский мультимодельный ансамбль (NMME), обеспечивают вероятностное руководство до девяти месяцев вперед. U.S. Drought Monitor объединяет прогнозы ENSO с показателями влажности почвы, потока и растительности для создания еженедельных карт засухи для Юго-Запада. Эти продукты широко используются Бюро мелиорации, государственными водными агентствами и городскими коммунальными службами.

Прогнозные ограничения и эффект «Whiplash»

Несмотря на достижения, прогнозы ENSO не идеальны. Атмосфера иногда слабо реагирует на сильную аномалию SST или картина телесвязи неожиданно меняется из-за вмешательства других климатических факторов. Одним из явлений, которое привлекло внимание, является быстрый переход между Ла-Нинья и Эль-Ниньо, который может вызвать «вспышку хлыста» от засухи к наводнению в течение одной зимы. Зима 2022-23 годов, которая началась под Ла-Нинья, но резко перешла к слабому Эль-Ниньо к весне, принесла рекордный снежный покров в части Юты и Колорадо, оставив южные Аризоны и Нью-Мексико все еще сухими. Такие быстрые сдвиги бросают вызов предположению, что одна фаза ENSO будет доминировать в данном сезоне. Исследователи работают над улучшением прогнозов от сезона к сезону (S2S), которые продлевают время на конкретные экстремальные события, такие как атмосферные реки.

Практические стратегии адаптации

Водные агентства на юго-западе приняли гибкие подходы к управлению, которые включают перспективы ENSO. Например, проект Центральная Аризона (CAP) корректирует свои таблицы распределения воды на основе вероятности ниже среднего потока реки Колорадо. В Калифорнии Департамент водных ресурсов использует прогнозы ENSO для управления выбросами водохранилищ и для приоритизации подпитки подземных вод в течение влажных лет. Местные органы власти могут использовать прогнозы сезона пожаров, которые учитывают высушивание, вызванное Ла-Нинья, для предварительного размещения ресурсов пожаротушения и выпуска публичных предупреждений. Для фермеров риск засухи может частично управляться посредством страхования урожая, планирования орошения и выбора более засухоустойчивых сортов. Ключ заключается в том, чтобы рассматривать прогнозы ENSO как вероятностные инструменты, а не детерминированные гарантии, и создавать избыточность в системах управления водой и чрезвычайными ситуациями.

Изменение климата и будущее ENSO

По мере нагревания планеты цикл ENSO сам по себе может меняться, и его воздействие на юго-запад может усиливаться или изменяться. Климатические модели предполагают, что экстремальные явления Эль-Ниньо и Ла-Нинья могут становиться более частыми при продолжающихся выбросах парниковых газов, хотя существует значительная неопределенность. Что более важно, более теплая атмосфера содержит больше водяного пара, а это означает, что любая штормовая система - будь то в Эль-Ниньо или Ла-Нинья - может производить более тяжелые осадки. Это повышает риск наводнений даже в годы Ла-Нинья, если одна атмосферная река успевает улавливать тропическую влагу. И наоборот, то же самое потепление увеличивает испарительный спрос, поэтому засуха может быть быстрее и более суровой во время Ла-Нинья. Засуха 2020-23 Ла-Нинья, которая была самым сухим 22-летним периодом на юго-западе за более чем 1200 лет, была усилена рекордно высокими температурами, которые оставили почвы и леса пересохшими даже в годы с почти нормальными осадками.

Взаимодействие между ENSO и другими климатическими режимами, такими как Pacific Decadal Oscillation (PDO) , также важно для долгосрочного планирования. Холодная фаза PDO (которая склонна благоприятствовать более частым или более сильным событиям Ла-Нинья) может усугубить засушливость региона. Ученые активно исследуют, как эти естественные циклы будут сочетаться с тенденцией потепления, вызванной деятельностью человека. Юго-запад уже испытал около 2 ° F (1,1 ° C) потепления с начала 20-го века, и прогнозы предполагают, что еще 3-7 ° F (1,7-4 ° C) к 2100 году по сценарию с высоким уровнем выбросов. Это тепловое усиление означает, что даже если общее количество осадков останется неизменным, регион станет фактически более сухим из-за увеличения испарения. Для региона, который уже борется с нехваткой воды, будущее Эль-Ниньо и Ла-Нинья как производителей дождя - или отрицателей дождя - не может быть понято без учета неумолимого

Заключение

Эль-Ниньо и Ла-Нинья остаются самыми надежными сигналами для сезонных климатических перспектив на юго-западе Соединенных Штатов. Их чередующиеся фазы влажных и сухих формировали гидрологию, экологию и населенные пункты региона на протяжении тысячелетий. Сегодня ставки выше: растущее население, перераспределенные водные системы и потепление климата делают каждое ENSO кривой устойчивости. Инвестируя в мониторинг, улучшая навыки прогнозирования и создавая гибкую политику управления, Юго-Запад может лучше поглощать потрясения, которые Эль-Ниньо и Ла-Нинья доставляют. Задача состоит не в том, чтобы устранить изменчивость - это невозможно - но предвидеть ее, адаптироваться к ней и сохранить ресурсы, которые поддерживают жизнь в одном из самых динамичных и уязвимых регионов страны.