Table of Contents

Эль-Ниньо и Ла-Нинья являются теплыми и прохладными фазами Эль-Ниньо-Южного колебания (ENSO), повторяющейся климатической картины, которая приводит к драматическим изменениям погоды, океанских течений и атмосферной циркуляции по всему миру. Эти явления не просто влияют на температуру и количество осадков в человекоцентрических способах; они фундаментально меняют физическую среду. От самых мелких коралловых рифов до самых высоких горных вершин, физические особенности Земли реагируют на ENSO способами, которые могут быть как тонкими, так и катастрофическими. Понимание этих воздействий имеет важное значение для управления природными ресурсами, защиты экосистем и подготовки к каскадным эффектам каждого события. Эта статья исследует, как Эль-Ниньо и Ла-Нинья изменяют конкретные физические особенности, опираясь на научные наблюдения и моделирование, чтобы обеспечить всеобъемлющий взгляд на наземное и морское влияние ENSO.

Коралловые рифы: циклы теплового стресса и восстановления

Коралловые рифы являются одними из наиболее чувствительных физических особенностей к температурным аномалиям, управляемым ENSO. Кораллы живут в узком тепловом диапазоне, и даже повышение на 1 ° C выше местного летнего максимума может вызвать отбеливание - изгнание симбиотических водорослей (zooxanthellae), которые обеспечивают кораллы большей частью их энергии. Во время сильных событий Эль-Ниньо теплые водные бассейны в восточной части Тихого океана и распространяются по тропической части Тихого, Индийского и Атлантического океанов, подвергая обширные рифовые тракты длительному тепловому стрессу. Например, Эль-Ниньо 2015-2016 годов вызвал третье глобальное событие отбеливания, повредив рифы от Большого Барьерного рифа до Мальдивских островов и Карибского бассейна.

Механизмы вымывания во время Эль-Ниньо

Эль-Ниньо усиливает аномалии температуры поверхности моря (SST), ослабляя торговые ветры, которые обычно обновляются холодной, богатой питательными веществами водой в восточной части Тихого океана. Это позволяет толстому слою теплой воды сохраняться в течение нескольких месяцев, подвергая кораллы температурам, намного превышающим их пределы акклиматизации. В результате отбеливание может быть серьезным: кораллы теряют свой цвет и становятся более восприимчивыми к болезням, биоэрозии и смертности. В крайних случаях целые рифовые структуры разрушаются, изменяя трехмерную структуру, которая поддерживает рыб и беспозвоночные сообщества. Потеря структуры рифа является постоянным физическим изменением - мертвым рифам могут потребоваться десятилетия, чтобы восстановить, если вообще.

Восстановление Windows во время Ла-Нинья

Ла-Нинья часто приносит более прохладные, чем средние SST в те же регионы, обеспечивая передышку от теплового стресса. Однако процесс восстановления не прост. Более холодные воды могут замедлить рост кораллов и снизить темпы кальцификации, которые жизненно важны для поддержания структуры рифа. В некоторых районах Ла-Нинья также увеличивает облачность и количество осадков, уменьшая проникновение света и создавая мутные условия, которые препятствуют восстановлению кораллов. Более того, если Ла-Нинья следует тяжелому Эль-Ниньо, выжившие коралловые колонии могут быть слишком редкими, чтобы восстановить физическую сложность рифа. Таким образом, в то время как Ла-Нинья может приостановить повреждение, она редко восстанавливает первоначальные физические особенности деградировавшей системы рифов.

Внешние факторы, такие как подкисление океана, чрезмерный вылов рыбы и загрязнение, вызывают эффекты ENSO. Ученые коралловых рифов документируют, что частота экстремальных событий отбеливания ускоряется , и даже самые устойчивые рифы сталкиваются с неопределенным будущим в условиях потепления климата, которое усиливает интенсивность Эль-Ниньо.

Горные хребты: снежный покров, ледники и водная безопасность

Горные хребты выступают в качестве водонапорных башен для миллиардов людей, сохраняя пресную воду в виде снега и льда. ENSO напрямую влияет на фазу осадков - дождь против снега - и время таяния, тем самым меняя физические особенности горных ландшафтов.

Снежный покров упал во время Эль-Ниньо

Во многих горных хребтах средней широты, таких как Сьерра-Невада в Калифорнии и Анды в Южной Америке, Эль-Ниньо связан с более высокими температурами воздуха и более высоким отношением дождя к снегу. Это уменьшает глубину и протяженность сезонного снежного покрова, который является критически важной физической особенностью, которая действует как естественный резервуар. Уменьшенный снежный покров приводит к снижению летних речных потоков, более раннему пиковому стоку и повышенному риску засухи для сообществ ниже по течению. Физический ландшафт также изменяется: с меньшим снежным покровом альбедо (отражательность) уменьшается, заставляя землю поглощать больше солнечного излучения и ускорять потепление почвы. Эта обратная связь может изменить местные модели растительности и увеличить вероятность лесных пожаров в соседних лесах.

Сильный снег и лавина во время Ла-Нинья

И наоборот, Ла-Нинья часто приносит снегопад выше среднего во многие горные хребты, особенно на западных склонах континентов. Скалистые горы, Гималаи и европейские Альпы обычно испытывают более глубокие снежные мешки во время зимы Ла-Нинья. В то время как это приносит пользу водоснабжению и зимним видам спорта, это также изменяет физическую среду посредством лавинной активности, увеличения массы ледника и измененных скоростей эрозии. Тяжелые снежные нагрузки могут вызвать лавинные волны, которые прочесывают склоны, транспортный мусор и меняют морфологию долины. В высоких Андах, Ла-Нинья-усиленный снегопад был связан с ледниковым продвижением в некоторых регионах, временно обращая вспять десятилетия отступления. Однако эти успехи часто недолговечны, когда следующий Эль-Ниньо приносит более теплые условия и быстрое таяние.

Ледниковая динамика и рок-падение

Сами ледники являются динамическими физическими особенностями, которые реагируют на ENSO в масштабе лет и десятилетий. Теплые, влажные условия Эль-Ниньо ускоряют таяние ледников, увеличивают объем ледниковых озер и риск внезапных наводнений. В тропических Андах, например, ледяная шапка Келькая испытала ускоренное отступление во время сильных событий Эль-Ниньо, уменьшая его след на километры. Ла-Нинья, тем временем, может снабжать массу за счет увеличения снегопада, но чистый эффект часто отрицательный, потому что тенденция потепления от антропогенного изменения климата подавляет любые временные выгоды. Физические последствия включают дестабилизированные склоны скал, поскольку ледниковое отступление подвергает крутые, неподдерживаемые скальные грани, которые терпят неудачу в оползнях. Такие изменения изменяют стены долины и производят опасные потоки мусора, которые угрожают поселениям вниз по течению.

Прибрежные и океанические особенности: эрозия, апвеллинг и текущие сдвиги

Влияние ENSO на океан, пожалуй, является его самой прямой физической подписью.Прибрежные ландшафты, морфология береговой линии и морские системы течения изменены напряжением ветра и аномалиями уровня моря, которые сопровождают каждую фазу.

Прибрежная эрозия во время Эль-Ниньо

Эль-Ниньо поднимает уровень моря вдоль восточного побережья Тихого океана из-за миграции теплой воды на восток и ослабления экваториальных торговых ветров. Более высокие уровни моря в сочетании с большей волновой энергией от усиленных штормов ускоряют эрозию побережья. В течение событий 1982-83 и 1997-98 Эль-Ниньо побережье Калифорнии потеряло десятки метров ширины пляжа в некоторых местах, с утесами, отступающими внутрь страны. Эрозия меняет физическую береговую линию - блефы разрушаются, песчаные отмели мигрируют, и защитные дюны удаляются. Эти изменения могут занять годы, чтобы восстановиться, и в некоторых случаях береговая линия никогда не возвращается в свое состояние до-ENSO.

Улучшение апвеллинга во время Ла-Нинья

Ла-Нинья усиливает торговые ветры, усиливая прибрежное подъём — процесс, посредством которого холодная, богатая питательными веществами вода поднимается с глубины. Это подъём является физической особенностью морских экосистем, проявляясь как полоса холодной воды вдоль побережья. Более сильное подъём Ла-Нинья увеличивает первичную продуктивность, поддерживая большие популяции рыб и колонии морских птиц. Физически холодная вода также изменяет местные температуры поверхности моря, создавая тепловой градиент, который влияет на образование тумана и прибрежный климат. Однако усиленное подъём может также транспортировать коррозионные воды, богатые углекислым газом, на континентальный шельф, где они усугубляют подкисление океана — стрессор, который ослабляет карбонат кальция структуры моллюсков и кораллов. Взаимодействие между подъёмом и подкислением является современной проблемой для физических морских особенностей.

Океанский поток и образование Эдди

ENSO изменяет основные океанские течения, особенно Северное Экваториальное течение Тихого океана, Куросио течение и Антарктическое Полярное течение. Во время Эль-Ниньо экваториальная система тока ослабевает, позволяя теплой воде накапливаться в центральной и восточной части Тихого океана. Это перераспределение изменяет местоположение термоклина, границу между теплой поверхностной водой и холодной глубокой водой. Физическим следствием является сдвиг в положении океанических фронтов - зон, где температура резко меняется - что, в свою очередь, влияет на движение морского мусора, миграционные модели пелагических рыб и транспорт питательных веществ. Ла-Нинья, напротив, усиливает экваториальные течения и усиливает нормальный поток холодной воды в восточной части Тихого океана, усиливая нормальную структуру холодного языка в восточной части Тихого океана. Эти изменения наблюдаются в спутниковых данных о высоте поверхности моря и имеют решающее значение для прогнозирования физических особенностей, таких как меандр расширения Куросио, который влияет на рыболовство и погоду в Японии.

Дождевые леса, пустыни и речные системы: континентальное воздействие

За пределами берегов и гор ENSO меняет целые наземные ландшафты, контролируя режимы осадков и пожаров.

Дождевые леса Амазонки: Модулирование зеленого океана

Эль-Ниньо подавляет количество осадков над бассейном Амазонки, вызывая сильные засухи, которые высыхают лесное дно и увеличивают воспламеняемость. Физическая особенность тропических лесов - их плотный навес, высокий индекс площади листьев и сложный водный цикл - резко трансформируется в течение таких лет. Смертность деревьев растет, разрывы навесов расширяются, и лес становится более фрагментированным. Увеличенный солнечный свет, достигающий земли, подпитывает подземные пожары, которые могут гореть в течение нескольких месяцев, превращая лес в кустарниковые леса. Эль-Ниньо 2015-2016 годов был связан с широко распространенной гибелью деревьев и чистым выбросом углерода из Амазонки, эффективно превращая крупный поглотитель углерода в источник, но кумулятивные эффекты повторяющихся засух Эль-Ниньо могут подтолкнуть части Амазонки к переломной точке, за которой лесной режим разрушается в саванну.

Пустыни и семариды: экстремальные осадки и внезапные наводнения

Пустыни, такие как Атакама в Чили, Соноран в Северной Америке и пустыни южной Африки также подвержены модуляции ENSO. Эль-Ниньо часто приносит сезонные проливные дожди в обычно гипераридную Атакаму, вызывая впечатляющие цветения пустыни и, что более важно, катастрофические внезапные наводнения, которые меняют форму аллювиальных вентиляторов и систем вади. Физический ландшафт очищается потоками воды, которые высекают новые каналы и отложения вентиляторов осадков. В течение 2015 Эль-Ниньо, Атакама испытала свои первые значительные осадки за десятилетия, в результате чего наводнения, которые повредили инфраструктуру и изменили морфологию поверхности пустыни, наоборот, усиливают засушливость в этих регионах, позволяя ветровым песчаным дюнам стать активными и мигрировать, меняя эрги (песчаные моря) в течение многих лет.

Речные бассейны и эволюция поймы

Основные речные системы — Амазонка, Парана, Миссисипи, Ганга — испытывают аномалии высокого потока во время событий ENSO, вызывая изменения геометрии каналов и образования пойм. Эль-Ниньо имеет тенденцию затоплять реки в южных Соединенных Штатах и частях Южной Америки, в то время как Ла-Нинья увеличивает риск наводнения в Юго-Восточной Азии и Австралии. Физические эффекты включают эрозию банков, нарушение леви и строительство новых извилистых пород. В бассейне Парана экстремальные наводнения в течение лет Эль-Ниньо изменили течение реки, создавая новые острова и отказываясь от старых каналов. Эти процессы жизненно важны для поддержания динамичной физической структуры пойм, но они также создают проблемы для населенных пунктов, которые построили в исторических зонах наводнения.

Озера и внутренние водоемы: изменения уровня и изменения солености

Внутренние озера, особенно те, которые находятся в закрытых бассейнах, являются чувствительными интеграторами изменений осадков и испарений, вызванных ENSO. Озеро Титикака, разделенное Перу и Боливией, поднимается и опускается на несколько метров между фазами Эль-Ниньо и Ла-Нинья. Во время Эль-Ниньо более сильное испарение и уменьшение количества осадков ниже уровня озера, обнажая береговые отложения и увеличивая соленость воды. Эти изменения влияют на физическую морфологию озера - форму его береговой линии, степень водной растительности и распределение отложений осадков. Ла-Нинья, наоборот, поднимает уровень озера, погружая низменные земли и омолаживая прилегающие водно-болотные угодья. Большое Соленое озеро в Юте также проявляет колебания, связанные с ENSO, с последствиями для добычи полезных ископаемых и популяции рассолов.

Физическая особенность самой солености является ключевым показателем: во время Эль-Ниньо, повышенное испарение в терминальных озерах концентрирует соли, часто приводя к образованию солевых корок на открытых плеядах.Со временем эти корки становятся частью физической структуры озёрного дна, отражая кумулятивную подпись ENSO в ландшафте.

Глобальный физический каскад: взаимосвязанные ответы

Изменения, описанные выше, не происходят изолированно. Эль-Ниньо и Ла-Нинья вызывают каскадные эффекты, которые связывают физические особенности на континентах и океанах. Например, сдвиг океанских течений во время Эль-Ниньо может уменьшить подъем, влияя на рыболовство, что, в свою очередь, изменяет питательный вклад в прибрежные дюны и бюджеты пляжных отложений. Аналогичным образом, увеличение таяния снега в Андах во время Эль-Ниньо может отправить наводнение, загруженное осадками, в Амазонку, изменяя пойму реки и дельту. Эти взаимосвязанные реакции означают, что физический ландшафт находится в постоянном потоке под влиянием ENSO.

Синтезируя десятилетия спутниковых и полевых данных, ученые построили модели, которые предсказывают, как конкретные физические особенности изменятся при различных сценариях ENSO.исследование воздействия ENSO на физическую среду является растущим полем, сочетающим дистанционное зондирование, реконструкции палеоклимата и климатические модели с высоким разрешением.По мере изменения климата базовые условия, характер Эль-Ниньо и Ла-Нинья могут измениться, что приведет к беспрецедентным изменениям коралловых рифов, горных ледников, береговых линий и пустынь.

Краткое изложение основных изменений физических характеристик

  • Коралловые рифы: Тяжелое отбеливание и структурный коллапс во время Эль-Ниньо; ограниченный потенциал восстановления во время Ла-Нинья, с измененной кальцификацией и мутностью.
  • Горные хребты: Уменьшение снежного покрова и ускоренное таяние ледников в Эль-Ниньо; увеличение снегопада и лавинной активности в Ла-Нинья.
  • Прибрежные районы: Ускоренная эрозия и эффекты повышения уровня моря во время Эль-Ниньо; усиленное апвеллинг и более прохладные воды во время Ла-Нинья.
  • Океанские течения: Ослабление и смещение теплой воды на восток во время Эль-Ниньо; усиление торговых ветров и усиление течения на запад во время Ла-Нинья.
  • Лесные леса: Сушка, гибель деревьев и риск пожара во время Эль-Ниньо; восстановление и влажные условия во время Ла-Нинья.
  • Пустыни: Редкие, но интенсивные наводнения и морфологические изменения во время Эль-Ниньо; активация дюн во время Ла-Нинья.
  • Речные системы: Наводнение и сдвиг каналов в Эль-Ниньо для одних бассейнов; противоположное поведение для других, в зависимости от географии.
  • Озера: Озера: Более низкие уровни и соленость увеличиваются во время Эль-Ниньо; более высокие уровни и освежение во время Ла-Нинья.

Понимание этих изменений имеет решающее значение для планирования адаптации к изменению климата. Политики, менеджеры ресурсов и местные сообщества должны предвидеть, как Эль-Ниньо и Ла-Нинья изменят физический мир вокруг них - от рифов, которые буферизируют береговые линии, до снежных покровов, которые поставляют воду миллиардам. Поскольку ENSO продолжает взаимодействовать с потеплеющей планетой, физические особенности, описанные здесь, останутся под давлением, развиваясь таким образом, что бросают вызов нашей способности реагировать.