Эль-Ниньо и Ла-Нинья являются двумя наиболее влиятельными климатическими явлениями на Земле, приводящими к глубоким сдвигам в погодных условиях и меняющими физическую географию по всему миру. Известные в совокупности как цикл Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO), эти естественные колебания температуры поверхности моря и атмосферного давления в тропической части Тихого океана имеют далеко идущие последствия, которые охватывают континенты и океаны. Понимание этих явлений имеет важное значение для прогнозирования засух, наводнений, лесных пожаров и других экстремальных явлений, которые влияют на миллионы людей и экосистем. Эта статья обеспечивает авторитетный, всеобъемлющий взгляд на механизмы, лежащие в основе Эль-Ниньо и Ла-Нинья, их влияние на глобальный климат и физический ландшафт, а также ключевые регионы, наиболее уязвимые к изменениям, вызванным ENSO.

Понять Эль-Ниньо и Ла-Нинью

Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO) - повторяющаяся климатическая картина, включающая изменения температуры поверхности моря (SST) и атмосферного давления через экваториальную часть Тихого океана. Две самые теплые фазы - Эль-Ниньо и Ла-Нинья - представляют противоположные концы этого цикла. Во время Эль-Ниньо , температура поверхности моря в центральной и восточной части Тихого океана поднимается значительно выше среднего, часто на 2-3 ° C. Во время Ла-Нинья , те же самые области испытывают более холодные, чем нормальные температуры. Эти события обычно длятся 9-12 месяцев, но могут сохраняться дольше, и они происходят нерегулярно каждые два-семь лет.

Состояние ENSO отслеживается с помощью таких индексов, как Oceanic Niño Index (ONI) и Southern Oscillation Index (SOI), которые сочетают аномалии SST и различия атмосферного давления между Таити и Дарвином, Австралия. Большой отрицательный SOI часто предвещает Эль-Ниньо, в то время как сильно положительный SOI благоприятствует Ла-Нинье. Ученые классифицируют события как слабые, умеренные, сильные или очень сильные, в зависимости от величины аномалии SST.

Механизм, стоящий за ENSO

В нормальных (нейтральных) условиях циркуляция Уокера доминирует в тропической части Тихого океана: сильные торговые ветры дуют с востока на запад, толкая теплую поверхностные воды к западной части Тихого океана. Это создает глубокий теплый бассейн вблизи Индонезии, в то время как более холодная вода поднимается вверх вдоль западного побережья Южной Америки. Термоклиния — граница между теплой поверхностной водой и прохладной более глубокой водой — более мелкая на востоке и глубже на западе.

Во время Эль-Ниньо торговые ветры ослабевают или поворачивают вспять. Теплая вода из западной части Тихого океана нагоняется на восток вдоль экватора, подавляя подъем и углубляя термоклину в восточной части Тихого океана. Получающаяся теплая SST изменяет конвекцию атмосферы, смещая основную зону осадков и гроз от западной части Тихого океана к центральной и восточной части Тихого океана. Это нарушение циркуляции Уокера посылает рябь через глобальную атмосферу, влияя на струйный поток и погодные условия вдали от тропической части Тихого океана.

Ла-Нинья представляет собой интенсификацию нормального состояния. Торговые ветры усиливают, усиливая подъем холодной воды в восточной части Тихого океана и толкая теплый бассейн дальше на запад. Получающийся более холодный SST на востоке и более теплый SST на западе усиливает циркуляцию Уокера, приводя к более сильной, чем обычно, атмосферной конвекции над западной частью Тихого океана и Индонезией. Последствия для глобального климата часто являются зеркальным отражением Эль-Ниньо, хотя величина и географические детали могут отличаться.

Глобальное воздействие климата

События ENSO являются единственным крупнейшим фактором годичной изменчивости климата на планете. Благодаря телесвязям - атмосферным мостам, связывающим тропические тихоокеанские условия с погодой средней широты - Эль-Ниньо и Ла-Нинья изменяют температуру и характер осадков на каждом обитаемом континенте. Ключ к этим телесвязям заключается в том, как ENSO изменяет положение и интенсивность Тихоокеанского струйного потока, который, в свою очередь, влияет на штормовые пути, хребты и впадины.

Эль-Ниньо влияет

Во время сильного Эль-Ниньо струйный поток через Тихий океан становится более активным и смещается на юг. Это приносит повышенную штормовость и осадки на юг США, особенно в Калифорнию и побережье Мексиканского залива, в то время как северные США и Канада испытывают более мягкие зимы. В тропиках зона максимального количества осадков движется на восток, вызывая:

  • Сильные дожди и наводнения[1] вдоль обычно сухого побережья Эквадора и северного Перу, а также в некоторых частях южной Бразилии и Уругвая.
  • Сильная засуха в Индонезии, Папуа-Новой Гвинее, северной Австралии, а иногда и на Филиппинах. В этих регионах гораздо меньше муссонных дождей, что увеличивает риск лесных пожаров и неурожая.
  • Подавленная активность атлантических ураганов[1] из-за увеличения сдвига ветра через тропическую Атлантику; однако частота тихоокеанского тайфуна может увеличиться.
  • Теплые и сухие условия над южной Африкой, Африканского Рога и частями Индии, влияющие на сельскохозяйственные календари и водоснабжение.

Ла-Нинья воздействие

Ла-Нинья часто производит противоположные эффекты, хотя и не идеально симметричным образом. Струйный поток имеет тенденцию располагаться дальше на север, влияя:

  • Условия более высокие, чем в среднем] над Австралией, Индонезией и Юго-Восточной Азией, часто приводящие к интенсивным муссонным дождям и наводнениям.
  • Засуха и более прохладные условия на юго-западе Соединенных Штатов и в некоторых частях Южной Америки, особенно вдоль побережья Перу и Чили.
  • Увеличение активности ураганов в Атлантике , как снижение сдвига ветра и более теплое SST в тропической Атлантике, способствует развитию циклона.
  • Более сухие условия над Восточной Африкой после коротких дождей, контрастирующих с влажностью Эль-Ниньо в этом регионе.

Обе фазы также влияют на температурные аномалии. Годы Эль-Ниньо, как правило, теплее во всем мире, в то время как годы Ла-Нинья часто показывают небольшое планетарное охлаждение. Это связано с выделением тепла из тропической части Тихого океана и изменениями облачного покрова.

Влияние на физическую географию

Помимо непосредственной погоды, события ENSO формируют физический ландшафт через измененные структуры осадков, стока, эрозии и переноса осадков. Изменения могут быть драматическими и длительными, влияя на речные системы, береговые линии и стабильность почвы.

Гидрологические эффекты

Вызванные Эль-Ниньо сильные дожди в обычно сухих регионах, таких как перуанская прибрежная пустыня, могут вызвать внезапные наводнения и оползни, которые меняют форму аллювиальных вентиляторов и заполняют долины обломками. В бассейне Амазонки Эль-Ниньо часто уменьшает сброс рек и снижает уровень воды, в то время как Ла-Нинья увеличивает речной поток и может вызвать обширные наводнения, которые разрушают берега рек и отложения осадочных пород на поймах. Эти колебания также влияют на скорость подпитки грунтовых вод, влияя как на сельское хозяйство, так и на доступность пресной воды для городов.

В Калифорнии сильные зимы Эль-Ниньо исторически приносят проливные дожди, которые насыщают почвы, вызывают оползни в крутой местности и увеличивают скорость эрозии вдоль побережья.Взаимодействие атмосферных рек и Эль-Ниньо может усиливать эти процессы.Наоборот, зимы Ла-Нинья часто приносят в Калифорнию засуху, уменьшая поток и влажность почвы, увеличивая риск опустынивания и ветровой эрозии.

Геоморфные эффекты

Изменения интенсивности и частоты осадков напрямую влияют на эрозию и перенос осадков. В Андах штормы Эль-Ниньо разрушают горные склоны, доставляя осадки в реки, которые затем переносят их в сторону Тихого океана. Этот приток может изменить дельта-морфологию и повлиять на прибрежные экосистемы. В Австралии засухи во время сильного Эль-Ниньо уменьшают растительный покров, оставляя почвы уязвимыми для ветровой эрозии и пыльных бурь. Австралийский сезон лесных пожаров 2019–2020 годов, усугубляемый засухой, связанной со слабым Эль-Ниньо и сильным диполем Индийского океана, лишил растительности и привел к массивной эрозии почвы, когда дожди наконец вернулись.

Прибрежная география также ощущает последствия. В восточной части Тихого океана Эль-Ниньо поднимает уровень моря вдоль южноамериканского побережья на 30 сантиметров из-за теплового расширения и изменения течений. Этот повышенный уровень моря сочетается с штормовыми нагонами для ускорения эрозии утесов и затопления низменных районов. Во время Ла-Нинья более сильные торговые ветры накапливают теплую воду в западной части Тихого океана, поднимая уровень моря вокруг Индонезии и Микронезии, увеличивая риск прибрежного затопления.

Ключевые регионы затронуты

Хотя ENSO влияет на всю планету, некоторые регионы испытывают особенно выраженные воздействия, которые могут нарушить общество, экономику и экосистемы.

Западная Южная Америка

Западное побережье Южной Америки, от Перу до Чили, является одним из наиболее чувствительных регионов. Во время Эль-Ниньо теплая вода заменяет обычно холодное, богатое питательными веществами течение Гумбольдта, вызывая катастрофические обрушения в анчоусе и других промыслах. Проливные дожди превращают обычно засушливую прибрежную пустыню в ландшафт внезапных наводнений и оползней, нанося ущерб инфраструктуре и сельскому хозяйству. Напротив, Ла-Нинья приносит более прохладные воды, которые восстанавливают рыбные запасы, но могут вызвать длительную засуху в Андском нагорье и повышенный риск заморозков.

Австралия и Юго-Восточная Азия

Северная и восточная Австралия чрезвычайно уязвимы для ENSO. Эль-Ниньо обычно приносит сильную засуху, которая угрожает производству пшеницы, ячменя и сахарного тростника; увеличивает риск лесных пожаров; и подчеркивает водоснабжение в таких городах, как Брисбен и Сидней. Засуха тысячелетия (1997–2009) была частично вызвана серией событий Эль-Ниньо. Ла-Нинья, напротив, затопила большие части Квинсленда и Нового Южного Уэльса, заполнив резервуары и увеличив рост пастбищ, но также вызвала миллиарды долларов ущерба от раздутых рек. В Юго-Восточной Азии Эль-Ниньо уменьшает количество осадков над Индонезией и Филиппинами, что приводит к потерям сельского хозяйства и лесным пожарам, которые покрывают регион в тумане.

Северная Америка

В Соединенных Штатах и Канаде ENSO оказывает сильное влияние на зимнюю погоду. Эль-Ниньо часто направляет больше тихоокеанских штормов в Калифорнию, производя сильные осадки и снежный покров в Сьерра-Неваде, в то время как Тихоокеанский Северо-Запад остается относительно сухим. Южные США - Техас, Луизиана, Флорида - имеют тенденцию быть более прохладными и влажными, в то время как северные штаты испытывают мягкую зиму. Во время Ла-Нинья картина меняется: Тихоокеанский Северо-Запад становится влажным и штормовым, а юго-западные штаты (Аризона, Нью-Мексико) страдают от засухи. Эти сдвиги стимулируют политику управления водными ресурсами, операции водохранилища и оценки риска лесных пожаров.

Африка

"Короткие дожди" Восточной Африки (октябрь-декабрь) сильно модулируются ENSO. Эль-Ниньо приносит в Восточную Африку выше среднего количества осадков, часто приводя к наводнениям и оползням, как видно из разрушительных наводнений 1997-98 гг. Напротив, Ла-Нинья часто вызывает засуху в том же регионе, затрагивая миллионы людей, зависящих от сельского хозяйства, питаемого дождем. Южная Африка (Зимбабве, Южная Африка, Мозамбик) испытывает противоположное: Эль-Ниньо связан с сухими, жаркими условиями и снижением урожайности кукурузы, в то время как Ла-Нинья приносит более надежные дожди, но также может вызвать наводнения вдоль рек Лимпопо и Замбези.

Другие регионы

На летний муссон Индии также влияет ENSO. Эль-Ниньо в целом ослабляет муссон, уменьшая количество осадков и вызывая засуху в некоторых частях субконтинента. Ла-Нинья часто усиливает муссонный дождь, увеличивая риск наводнений в дельте Ганга-Брахмапутры. На тихоокеанских островах Эль-Ниньо сдвигает тропический пояс циклонов на восток, увеличивая риск ураганов для центральных и восточных тихоокеанских островов, уменьшая его для западной части Тихого океана. Япония может испытывать более прохладное лето и больше зимних штормов во время Эль-Ниньо, в то время как Ла-Нинья может принести более жаркое лето.

Исторические примеры

Эль-Ниньо 1997-98 годов был одним из самых сильных за всю историю наблюдений. Температура поверхности моря в центральной части Тихого океана поднялась более чем на 2,5 ° C выше нормы. Последствия были глобальными: засуха и лесные пожары в Индонезии и Австралии; наводнения в Перу, Эквадоре и Калифорнии; рекордно низкий озоновый слой над Антарктидой; и массовое обесцвечивание кораллов, которое затронуло рифы во всем мире. Экономические потери превысили 35 миллиардов долларов США.

Событие Ла-Нинья 2010-11 годов также было исключительным, занимая место среди сильнейших в историческом рекорде. Это способствовало разрушительным наводнениям в Квинсленде, Австралия, которые охватили площадь, большую, чем Франция и Германия вместе взятые, что привело к ущербу более чем в 5 миллиардов долларов. В Соединенных Штатах это было связано с рекордным снегопадом на северо-востоке, сильной засухой на южных равнинах и активным сезоном ураганов в Атлантике, который включал ураган Ирен.

ENSO в меняющемся климате

Изменение климата вносит важные неопределенности в будущее поведение ENSO. В то время как большинство климатических моделей прогнозируют, что среднее состояние тропической части Тихого океана будет нагреваться, частота и интенсивность событий Эль-Ниньо и Ла-Нинья могут измениться. Некоторые исследования предполагают увеличение экстремальных событий ENSO, особенно сильных Эль-Ниньо, вызванных более быстрым потеплением восточной части Тихого океана и изменениями в стратификации океана. Однако разногласия в модели остаются высокими в отношении того, будет ли общая изменчивость увеличиваться или уменьшаться.

Воздействие событий ENSO также, вероятно, будет усугубляться потеплением планеты. Например, засуха, вызванная Эль-Ниньо, в регионе, уже прогретом фоновым изменением климата, может быть более интенсивной, увеличивая риск волн тепла, неурожая и лесных пожаров. Повышение уровня моря усилит прибрежные наводнения во время событий Ла-Нинья в западной части Тихого океана. Понимание этих взаимодействий является основным приоритетом для климатологов, поскольку ENSO остается доминирующим источником предсказуемости для сезонных климатических прогнозов.

Для получения актуальной информации и данных читатели могут обратиться в Консультативный центр ENSO Центра прогнозирования климата NOAA, Международный исследовательский институт климата и общества и Обновления Всемирной метеорологической организации Эль-Ниньо / Ла-Нинья .

В конечном счете, Эль-Ниньо и Ла-Нинья являются естественными двигателями глобальной изменчивости климата, которые глубоко меняют погоду и физическую географию.Изучая их механизмы и воздействия, общества могут лучше подготовиться к крайностям, которые они приносят - адаптации сельского хозяйства, водной инфраструктуры и реагирования на стихийные бедствия в ритмах тропической части Тихого океана.