Понимание цикла ENSO

Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO) является повторяющейся климатической моделью, включающей изменения температуры поверхности моря и атмосферного давления через экваториальную часть Тихого океана. Это доминирующий источник год к году изменчивости климата на планете, с глубоким воздействием на погоду, экосистемы и экономику во всем мире. Для прибрежной Южной Америки колебания между фазами Эль-Ниньо и Ла-Нинья создают совершенно разные условия, которые могут каскадировать через рыболовство региона, сельское хозяйство, водные ресурсы и здоровье человека.

ENSO действует через сопряженное взаимодействие океана и атмосферы. В нормальных условиях торговые ветры дуют с востока на запад через тропическую часть Тихого океана, толкая теплые поверхностные воды в сторону западной части Тихого океана (около Индонезии и Австралии). Это вызывает подъем холодной, богатой питательными веществами воды вдоль побережий Перу и Эквадора, поддерживая одну из самых продуктивных морских экосистем в мире. Когда торговые ветры ослабевают или усиливаются за пределами нормальных диапазонов, система переходит либо в состояние Эль-Ниньо, либо в состояние Ла-Нинья.

Связь океан-атмосфера

В основе ENSO лежит петля обратной связи между температурами поверхности моря и атмосферным давлением. Южный колебание относится к качели в поверхностном давлении воздуха между восточной и западной тропической частью Тихого океана. В нейтральных условиях высокое давление находится над восточной частью Тихого океана и низкое давление над западом. Во время Эль-Ниньо этот градиент давления рушится, уменьшая торговые ветры и позволяя теплой воде выплескиваться на восток. Во время Ла-Нинья градиент усиливается, укрепляя торговые ветры и толкая еще более теплую воду к западной части Тихого океана, что приводит к более прохладным, чем в среднем, условиям на востоке.

Эти изменения температуры океана и ветровых структур имеют глобальные телесвязи. Для прибрежной Южной Америки наиболее непосредственные последствия ощущаются в восточной тропической части Тихого океана, где система течения Гумбольдта обычно выносит на поверхность холодные, продуктивные воды. Нарушения этой системы рябит через всю морскую пищевую сеть и изменяют характер осадков по всему континенту.

Эль-Ниньо: Теплая фаза

Эль-Ниньо определяется аномальным потеплением температуры поверхности моря в центральной и восточной экваториальной части Тихого океана, как правило, на 0,5 °C или более выше долгосрочного среднего значения в течение нескольких месяцев подряд. Это потепление часто достигает максимума примерно в декабре, поэтому перуанские рыбаки исторически назвали его «Эль-Ниньо» (ребенок Христа). Во время сильного Эль-Ниньо термоклина углубляется в восточной части Тихого океана, подавляя подъем холодной воды и оставляя теплый, бедный питательными веществами слой на поверхности.

Атмосферная реакция столь же драматична. Ослабленные торговые ветры позволяют региону глубокой конвекции и осадков, который обычно находится над Индонезией, сместиться на восток в сторону центральной части Тихого океана. Этот сдвиг изменяет глобальные струйные потоки и штормовые пути. Для прибрежной Южной Америки самым прямым следствием является резкое увеличение осадков вдоль обычно засушливых побережий Перу и Эквадора. Районы, которые получают только несколько миллиметров дождя в год, могут испытывать проливные ливни, наводнения и оползни. В то же время части северо-восточной Бразилии и бассейна Амазонки могут испытывать засуху, поскольку системы, несущие дождь, смещены.

Ла-Нинья: Прохладная фаза

Ла-Нинья — противоположная фаза, характеризующаяся более прохладными, чем в среднем, температурами поверхности моря в центральной и восточной экваториальной части Тихого океана, часто на −0,5 °C или более. Во время Ла-Нинья торговые ветры сильнее, чем обычно, усиливают подъем и толкают теплую воду на запад. Результатом является еще более выраженный холодный язык вдоль южноамериканского побережья, с более прохладными температурами поверхности моря, простирающимися на запад от Галапагосских островов.

Атмосферно Ла-Нинья усиливает нормальную картину: глубокая конвекция остается на якоре над западной частью Тихого океана, в то время как восточная часть Тихого океана остается относительно сухой. Для прибрежной части Южной Америки это обычно означает уменьшение количества осадков в обычно сухих регионах Перу и Эквадора, иногда приводя к засухе. Напротив, бассейн Амазонки и части северо-восточной Бразилии могут испытывать более высокие средние осадки, поскольку зона межтропической конвергенции сдвигается. Ла-Нинья также может усиливать циркуляцию тихоокеанского воздуха, что приводит к более прохладным прибрежным температурам воздуха и усилению образования тумана вдоль перуанского пустынного побережья, что влияет на местные микроклиматы и доступность воды.

Прямое воздействие на прибрежные районы Южной Америки

Цикл ENSO приводит к набору взаимосвязанных воздействий, которые затрагивают каждый сектор общества вдоль западного побережья Южной Америки, от Колумбии до Чили. Поскольку регион охватывает несколько климатических зон - от экваториальных тропических лесов до гиперзасушливой пустыни до Средиземного моря - выражение Эль-Ниньо и Ла-Нинья варьируется в зависимости от широты и местной географии. Однако некоторые модели хорошо документированы и предсказуемы.

Дождевые осадки и модели наводнений

Наиболее драматическое воздействие Эль-Ниньо вдоль побережья Южной Америки — внезапное наступление сильных осадков в районах, которые обычно чрезвычайно сухие.Перуанская прибрежная пустыня, одно из самых сухих мест на Земле, может получить эквивалент нескольких лет осадков за один месяц во время сильного Эль-Ниньо. Это приводит к внезапным наводнениям, переливам рек и оползням, которые разрушают дома, дороги и мосты.В Эквадоре бассейн реки Гуаяс часто видит разрушительные наводнения, которые нарушают транспорт и сельское хозяйство.

Например, в период 1997-1998 годов Эль-Ниньо (один из самых сильных за всю историю наблюдений) количество осадков в прибрежном Перу превысило в 10 раз нормальную годовую величину, что привело к широкомасштабному ущербу и, по оценкам, к потерям в 3,5 миллиарда долларов по всей стране. Событие 1982-1983 годов также вызвало катастрофические наводнения в Эквадоре и северном Перу. Эти события также несут риски для здоровья, поскольку застойная вода становится питательной средой для комаров, переносящих денге и малярию, а болезни, передаваемые через воду, распространяются через загрязненные запасы.

Напротив, Ла-Нинья, как правило, приносит более сухие, чем обычно, условия на большую часть прибрежного Перу и Эквадора, усугубляя дефицит воды в регионе, уже определенном засушливостью. Бассейны работают низко, ирригационные системы испытывают стресс, а посевы терпят неудачу. Однако Ла-Нинья также может принести полезные осадки в части центральных Анд и западной Амазонки, где засухи менее распространены.

Условия океана и морская жизнь

Воздействие на морские экосистемы является одним из наиболее экономически значимых аспектов ENSO для прибрежной Южной Америки. Холодные, богатые питательными веществами воды течения Гумбольдта обычно поддерживают огромную биомассу планктона, которая питает анчовиту и сардины — основу одного из крупнейших в мире рыболовства, в первую очередь в Перу и Чили. На долю одной только Анчоветы приходится примерно 10% мирового улова рыбы по объему, большая часть которого перерабатывается в рыбную муку и рыбий жир.

Во время Эль-Ниньо теплые, бедные питательными веществами поверхностные воды снижают первичную продуктивность. Анчовета движется глубже, ища более прохладную воду, и их популяции сокращаются по мере того, как пища становится дефицитной. Рыболовная промышленность страдает от серьезных экономических потерь, и правительство часто вводит запреты на рыболовство для защиты запасов. В то же время, теплые виды, такие как махи-махи и желто-финовый тунец, перемещаются ближе к побережью, предлагая новые, но временные возможности для некоторых рыбаков. Крах анчоуса также влияет на морских птиц (таких как баклан гуанай) и морских млекопитающих (морских львов, тюленей), которые зависят от них, что приводит к вымиранию и изменениям в успехе размножения.

Ла-Нинья, напротив, усиливает подъем и повышает первичную продуктивность, что приводит к появлению уловов анчоусов и других видов холодной воды. Однако более сильные торговые ветры также могут увеличить энергию волн и прибрежный подъем более глубоких, более кислых вод, что может повлиять на моллюсков и другие кальцифицирующие организмы. Общий эффект в целом положительный для промышленного рыболовства, но может нарушить работу мелких кустарных рыбаков, которые нацелены на виды, которые удаляются от побережья во время более холодных условий Ла-Нинья.

Сельское хозяйство и продовольственная безопасность

Сельское хозяйство в прибрежной Южной Америке очень чувствительно к изменчивости осадков, вызванных ENSO. В Перу и Эквадоре прибрежные долины, которые полагаются на ирригацию из рек Анд, могут испытывать либо изобилие воды, либо дефицит в зависимости от фазы. Во время Эль-Ниньо чрезмерное количество осадков вызывает эрозию почвы, заболачивание и гниение корнеплодов; это также наносит ущерб инфраструктуре, такой как каналы и полевые стоки. Фермерская промышленность креветок в Эквадоре, которая полагается на стабильную соленость и температуру в прибрежных устьях, может понести массовую смертность, когда пресноводные наводнения изменяют условия прудов.

Во время Ла-Нинья засуха угрожает посевы под дождем и заставляет фермеров больше полагаться на ирригацию, увеличивая конкуренцию за ограниченную воду. В засушливой пустыне Сечура в Перу нехватка воды во время Ла-Нинья может снизить урожайность хлопка, риса и сахарного тростника. Аналогичным образом, в северном Чили сельскохозяйственный сектор (включая производство столового винограда и авокадо) зависит от орошения от таяния снега, а сокращение осадков во время Ла-Нинья может снизить уровень водохранилища.

Последствия для продовольственной безопасности выходят за рамки местного производства. Перу является крупным экспортером рыбной муки, а связанные с Эль-Ниньо обвалы рыболовства приводят к росту мировых цен на корма, что сказывается на животноводстве и аквакультуре во всем мире. В то же время затопленные или поврежденные засухой культуры могут снизить доступность продовольствия внутри страны, что приводит к скачкам цен и увеличению недоедания в уязвимых общинах.

Здоровье и инфраструктура

Воздействие ENSO на здоровье в прибрежной Южной Америке связано как с наводнениями, так и с засухой. Наводнение во время Эль-Ниньо загрязняет питьевые воды, что приводит к вспышкам холеры, брюшного тифа и гепатита А. Болезни, переносимые комарами, такие как лихорадка денге и Зика, распространяются в теплой, застойной воде, которая накапливается после сильных дождей. Риск малярии также увеличивается, поскольку комар Anopheles находит подходящие условия размножения в затопленных районах.

Засуха во время Ла-Нинья, с другой стороны, может привести к нехватке воды, что вынуждает общины использовать небезопасные источники воды, увеличивая риск желудочно-кишечных инфекций. Качество воздуха также может страдать, поскольку сухие условия приводят к пыльным бурям в прибрежных пустынях, усугубляя респираторные заболевания.

Еще одна серьезная стоимость - ущерб инфраструктуре. Мосты и дороги смыты во время наводнений Эль-Ниньо, изоляция общин и разрушение цепочек поставок. Панамериканское шоссе, которое проходит вдоль побережья, неоднократно закрывалось или разрушалось во время крупных событий. Порты в Перу и Эквадоре, особенно те, которые обрабатывают медную руду и нефть, могут быть вынуждены прекратить операции, когда загруженные осадками речные шлейфы уменьшают глубины каналов или когда штормовые волны наносят ущерб докам. Стоимость восстановления после крупного Эль-Ниньо может достигать миллиардов долларов, напрягая национальные бюджеты и отвлекая средства от долгосрочного развития.

Исторические события ENSO и их последствия

Записи о событиях Эль-Ниньо простираются на века, с археологическими свидетельствами, свидетельствующими о том, что доколумбовые цивилизации вдоль перуанского побережья адаптировали свои сельскохозяйственные и поселенческие модели к этим периодическим нарушениям. Например, цивилизация Моче (100-800 гг. н.э.), по-видимому, рухнула после длительного периода интенсивного наводнения Эль-Ниньо, сопровождаемого засухой. Испанский колониальный период видел документированные события в 1720, 1791 и 1877 годах, которые вызвали голод и социальные потрясения.

В наше время события 1982-1983 и 1997-1998 годов были самыми мощными событиями 20-го века. Событие 1982-1983 годов нанесло ущерб в размере около 8 миллиардов долларов США, при этом сильные наводнения в Эквадоре и Перу унесли жизни сотен и вытеснили десятки тысяч человек. Событие 1997-1998 годов было еще сильнее в некоторых показателях, при этом температура поверхности моря у Перу достигала 4 ° C выше нормы. Это событие вызвало интенсивные штормы вдоль побережья Калифорнии, а также, иллюстрируя глобальный охват ENSO.

Более поздние события, такие как Эль-Ниньо 2015–2016 годов, были слабее, но все еще вызывали значительные сельскохозяйственные потери в регионе. Прибрежный Эль-Ниньо 2016–2017 годов (локализованное потепление, не связанное с ENSO в бассейне) особенно сильно ударил по Перу, с наводнениями и оползнями, которые убили более 100 человек и повредили 200 000 домов. Такие «прибрежные Эль-Ниньо» происходят, когда теплая вода появляется в восточной части Тихого океана без полного потепления в бассейне, и они могут стать более частыми по мере потепления климата.

Мониторинг и прогнозирование ENSO

Сегодня глобальная сеть буев, спутников и океанографических приборов непрерывно отслеживает температуру поверхности моря, содержание тепла в океане и атмосферное давление в тропической части Тихого океана.Массив Тропического океана атмосферы (TAO), поддерживаемый Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США (FLT:0) ]NOAA ], предоставляет данные в реальном времени от причалов, которые простираются от линии дат до побережья Южной Америки. Эти данные поступают в связанные модели океан-атмосфера, которые могут прогнозировать условия ENSO до девяти месяцев вперед.

Центр прогнозирования климата регулярно выпускает диагностику и прогнозы ENSO, классифицируя вероятность Эль-Ниньо, Ла-Нинья или нейтральных условий. Для прибрежной Южной Америки эти прогнозы жизненно важны для готовности к стихийным бедствиям. Такие страны, как Перу, создали специальные комитеты по мониторингу ENSO, которые переводят глобальные прогнозы в региональные оценки опасности, выдавая ранние предупреждения гражданской обороне, сельскохозяйственным агентствам и водным менеджерам. Комиссия Перу ENSO (ENFEN) объединяет местные наблюдения температуры поверхности моря, подъема и речного потока с глобальными модельными выходами для прогнозирования воздействия на рыболовство, сельское хозяйство и общественное здравоохранение.

Несмотря на достигнутые успехи, прогнозирование точной интенсивности и местного проявления события ENSO остается сложной задачей. Модели лучше прогнозируют крупномасштабные модели, чем локальные количества осадков, особенно в сложной топографии. Тем не менее, даже общее предупреждение о «выше нормы осадков вдоль северного побережья» позволяет властям заранее размещать аварийные запасы, очищать дренажные каналы и укреплять дамбы.

Адаптация к переменности ENSO

С учетом повторяющегося и предсказуемого характера ENSO стратегии адаптации имеют важное значение для снижения уязвимости в прибрежной Южной Америке. Структурные меры включают строительство средств защиты от наводнений (ручей, следственных бассейнов), улучшение дренажных систем и строительство дорог и мостов для противостояния экстремальным потокам. Неструктурные меры включают планирование землепользования, которое ограничивает развитие в районах, подверженных наводнениям, системы раннего предупреждения, которые достигают отдаленных общин, и планы чрезвычайных ситуаций в связи с засухой, которые отдают приоритет воде для питья и санитарии над ирригацией.

В рыболовном секторе адаптивное управление включает корректировку квот на рыболовство на основе прогнозов ENSO, поощрение диверсификации целевых видов и разработку альтернатив рыбной муке для буферизации от шоков предложения. Рыболовная промышленность Перу научилась предвидеть снижение запасов, вызванное Эль-Ниньо, и сдвиг производственных мощностей в сторону рыбных продуктов или кормов для аквакультуры, изготовленных из других материалов.

Адаптация сельского хозяйства предполагает отбор сортов сельскохозяйственных культур, которые более устойчивы к наводнениям или засухе, повышение эффективности орошения и использование сезонных климатических прогнозов для корректировки сроков посадки. В Эквадоре, например, некоторые фермеры, выращивающие рис, теперь переходят на сорта короткого цикла, когда прогнозируется Эль-Ниньо, сбор урожая до наступления самых сильных дождей. Страховые продукты, которые выплачиваются на основе индексов ENSO, также становятся все более распространенными, помогая фермерам и рыбацким общинам справиться с потерями доходов.

На политическом уровне международные органы, такие как Всемирная метеорологическая организация (FLT:0) WMO и Красный Крест/Красный Полумесяц, работают с местными органами власти для создания потенциала для снижения риска бедствий, связанных с ENSO. UNDRR , содействуют национальным платформам, которые интегрируют информацию ENSO в планирование развития. Международный научно-исследовательский институт климата и общества в Колумбийском университете предоставляет рекомендации по использованию климатических прогнозов для принятия решений в таких секторах, как здравоохранение, вода и сельское хозяйство.

Заключение

Эль-Ниньо и Ла-Нинья — не просто научные курьезы; это мощные природные силы, которые многократно формируют жизнь миллионов людей вдоль побережья Южной Америки. От взрывных наводнений, которые меняют ландшафты пустынь, до тонких сдвигов в химии океана, которые управляют популяциями рыб, цикл ENSO накладывает как риски, так и возможности. Понимая динамику океана-атмосферы и инвестируя в мониторинг, прогнозирование и адаптивный потенциал, страны прибрежной Южной Америки могут уменьшить уязвимость и использовать знания ENSO для устойчивого развития. Поскольку изменение климата потенциально усиливает гидрологический цикл и изменяет характеристики ENSO, такие инвестиции станут более важными только в ближайшие десятилетия.