Двигатель глобальной изменчивости климата: понимание ENSO

Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO) выступает как самое мощное и влиятельное явление климата из года в год на Земле. Возникнув из взаимодействия между океаном и атмосферой в тропической части Тихого океана, ENSO глубоко изменяет глобальную циркуляцию атмосферы, океанские течения и погодные условия. Этот естественный цикл колеблется между тремя фазами: теплой фазой (El Niño), холодной фазой (La Niña) и нейтральным состоянием. Хотя основные изменения температуры океана происходят в экваториальной части Тихого океана, атмосферные реакции - известные как телесвязи - достигают по всему миру, влияя на тропические циклоны, такие как ураганы и тайфуны, а также на время и интенсивность муссонных дождей. Понимание этих сложных связей имеет решающее значение для улучшения сезонных прогнозов погоды, сельскохозяйственного планирования, готовности к бедствиям и повышения устойчивости к некоторым из самых разрушительных климатических событий в мире.

Нейтральное государство и круговорот Уокера

Чтобы понять Эль-Ниньо и Ла-Нинья, необходимо сначала понять типичный тропический тихоокеанский климат в нейтральных условиях. При нормальных обстоятельствах сильные восточные торговые ветры дуют из Америки в сторону Азии и Австралии, толкая теплые поверхностные воды на запад и вызывая «скапливание» теплой воды в западной части Тихого океана вблизи Индонезии и северной Австралии. Это создает глубокий бассейн теплой воды, которая питает интенсивную конвекцию и сильные дожди в этом регионе. Между тем, вдоль побережья Южной Америки в восточной части Тихого океана, холодные, богатые питательными веществами воды поднимаются вверх от глубокого океана, поддерживая более холодную температуру поверхности моря. Этот температурный градиент восток-запад устанавливает атмосферную циркуляцию, известную как циркуляция Уокера, характеризующуюся повышением воздуха и конвекцией над теплым западом Тихого океана, потопив воздух над более прохладным восточным Тихим океаном и сильными поверхностными торговыми ветрами, завершающими цикл.

Этот баланс поддерживает относительно стабильные погодные условия по всему Тихому океану и влияет на региональный климат во всем мире.Кружок Уокера также играет ключевую роль в модуляции формирования тропических циклонов и наступления сезонных муссонов во многих частях мира.

Эль-Ниньо: Теплая фаза

Во время Эль-Ниньо торговые ветры ослабевают, иногда даже меняя направление. Это ослабление позволяет теплому бассейну воды в западной части Тихого океана двигаться на восток, распространяя аномально теплые температуры поверхности моря через центральную и восточную тропическую часть Тихого океана. Смещение температуры океана заставляет центр конвекции и обильные осадки мигрировать на восток к Международной линии дат или даже побережью Южной Америки, нарушая обычное движение Уокера. Вместо сильного восходящего движения над западной частью Тихого океана конвекция ослабевает там и усиливается над центральной и восточной частью Тихого океана.

Эти изменения в атмосферной циркуляции рябит наружу, изменяя погодные условия во всем мире. События Эль-Ниньо обычно происходят каждые 2-7 лет и длятся от 9 до 12 месяцев, хотя их интенсивность и воздействие сильно различаются. Измененный атмосферный поток ослабляет торговые ветры и подавляет подъем холодной воды вдоль Южной Америки, что приводит к глубоким последствиям для морских экосистем, рыболовства и прибрежной погоды.

Ла-Нинья: Холодная фаза

Ла-Нинья представляет собой противоположную фазу ENSO. Во время Ла-Нинья торговые ветры усиливаются за пределами типичных уровней, толкая еще более теплую воду к западной части Тихого океана. Это усиливает подъем холодной, богатой питательными веществами воды вдоль южноамериканского побережья, что приводит к более прохладным, чем в среднем, температурам поверхности моря в центральной и восточной части Тихого океана. Циркуляция Уокера соответственно усиливается, с более сильным повышением движения и конвекции над западной частью Тихого океана и более выраженным погружением воздуха над востоком.

Эпизоды Ла-Нинья часто длятся дольше, чем события Эль-Ниньо, иногда сохраняясь в течение двух-трех лет. Более сильные, чем обычно, торговые ветры и усиленная циркуляция Уокера значительно влияют на глобальные погодные условия, часто производя воздействия, противоположные тем из Эль-Ниньо. Например, Ла-Нинья обычно приносит более влажные условия в некоторые тропические регионы, вызывая засуху в других. Усиление атмосферной и океанической динамики во время Ла-Нинья также влияет на формирование тропических циклонов, интенсивность муссонов и крупномасштабные модели осадков во всем мире.

Сезон ураганов: ENSO и тропические циклоны

ENSO является критическим фактором сезонной активности тропических циклонов в нескольких океанских бассейнах. Его влияние осуществляется в основном за счет изменений вертикального сдвига ветра - разницы в скорости и направлении ветра между нижней и верхней атмосферой - и изменений в крупномасштабных рулевых течениях. Эти изменения могут либо препятствовать, либо усиливать развитие, интенсификация и следы тропических циклонов, что имеет значительные последствия для прибрежных популяций и экономики.

Атлантический бассейн: связь Ла-Нинья

Взаимосвязь между ENSO и активностью атлантического урагана является одним из самых надежных климатических сигналов, используемых в сезонном прогнозировании. В течение лет Эль-Ниньо потепление восточной части Тихого океана усиливает субтропический струйный поток через Карибский бассейн и тропическую Атлантику. Этот струйный поток производит сильные западные ветры верхнего уровня, которые увеличивают вертикальный сдвиг ветра, враждебную среду для развития тропического циклона. Увеличение сдвига нарушает вертикальную структуру шторма и ослабляет или предотвращает интенсификацию, в результате чего в Атлантическом бассейне меньше названных штормов, ураганов и крупных ураганов.

И наоборот, условия Ла-Нинья приводят к сокращению вертикального сдвига ветра над Атлантикой, создавая более благоприятную среду для тропического циклогенеза. Торговые ветры в восточной части Тихого океана усиливаются, ослабляя западный уровень над Атлантикой. Кроме того, Ла-Нинья часто связана с более слабой системой высокого давления Азорских островов и более активным западноафриканским муссоном, который производит больше африканских восточных волн - ключевых предшественников атлантических ураганов. Эти комбинированные факторы обычно приводят к гиперактивным атлантическим сезонам ураганов, с увеличением числа штормов, ураганов и крупных ураганов, а также повышенным риском выпадения на сушу вдоль Карибского бассейна, Мексиканского залива и Восточного побережья США. Известные активные сезоны Ла-Нинья включают 2020, 2010 и 1998.

Понимание этой связи позволяет руководителям чрезвычайных ситуаций и прибрежным общинам лучше подготовиться к потенциально разрушительным сезонам ураганов в течение лет Ла-Нинья, включая повышенную готовность к штормовым нагонам, наводнениям и ветровым повреждениям.

Тихоокеанский бассейн: соединение Эль-Ниньо

В восточном и центральном тихоокеанском бассейне влияние ENSO на активность тропических циклонов почти обратное его влиянию на Атлантику. Во время Эль-Ниньо более высокие температуры поверхности моря и снижение вертикального сдвига ветра создают исключительно благоприятные условия для формирования и интенсификации ураганов. Это обычно приводит к активности ураганов выше среднего, при этом многие штормы формируются ближе к мексиканскому побережью и иногда следуют к Гавайям. Сезон тихоокеанских ураганов 2015 года, подпитываемый одним из сильнейших Эль-Ниньо за всю историю наблюдений, был чрезвычайно активным, с несколькими интенсивными ураганами, влияющими на прибрежные районы.

Во время Ла-Нинья восточная часть Тихого океана испытывает более прохладные воды и усиление сдвига ветра, подавляя активность тропических циклонов. Это снижение активности важно для планирования прибрежных бедствий в Мексике и на западном побережье США, где меньше штормов снижает риск воздействия ураганов.

Тайфуны в западной части Тихого океана

Западная часть Тихого океана, наиболее активный и интенсивный тропический циклон в мире, демонстрирует более сложную реакцию на фазы ENSO. В годы Эль-Ниньо тайфуны, как правило, формируются дальше на восток, чем обычно, часто вблизи Маршалловых островов или центральной части Тихого океана. Этот сдвиг на восток означает, что штормы имеют более длинный путь над теплой водой, увеличивая их возможность интенсифицироваться в мощные супертайфуны. Кроме того, эти штормы с большей вероятностью будут повторяться на северо-восток, воздействуя на Японию, Корею и Микронезию.

Напротив, во время Ла-Нинья, генезис тайфуна сдвигается на запад в сторону Филиппин и Юго-Восточной Азии. Этот сдвиг приводит к более частым выпадениям на сушу на Филиппинах, Тайване и в некоторых частях материковой части Юго-Восточной Азии, увеличивая риски для населения и инфраструктуры в этих уязвимых регионах. Реакция западной части Тихого океана на ENSO также влияет на распределение осадков и наводнений по всей Восточной Азии.

Управление дождями: ENSO и глобальные муссоны

Монсуны — это крупномасштабные сезонные ветровые системы, характеризующиеся разворотом преобладающих ветров и выраженным влажным и сухим сезоном. ENSO является доминирующим модулятором силы муссонов и распределения осадков, особенно в Азии, Австралии и некоторых частях Америки. Колебания температуры поверхности моря и атмосферных циркуляции во время фаз ENSO могут либо подавлять, либо усиливать активность муссонов, с глубокими социально-экономическими последствиями.

Индийский летний муссон

Индийский летний муссон является источником жизненной силы Южной Азии, обеспечивая более 70% годовых осадков в регионе и поддерживая сельское хозяйство, водные ресурсы и экосистемы для сотен миллионов людей. Существует устойчивая обратная корреляция между ENSO и силой индийского муссона. События Эль-Ниньо, как правило, подавляют муссон, сдвигая тропическую конвекцию на восток, что изменяет крупномасштабные схемы циркуляции и уменьшает транспорт влаги из Индийского океана в сторону субконтинента. Это подавление приводит к более слабым муссонным дождям и засухам примерно в 60% случаев в течение лет Эль-Ниньо, угрожая продовольственной безопасности и доступности воды в Индии, Пакистане и Бангладеш.

И наоборот, события Ла-Нинья часто оживляют муссон. Усилив температурный контраст между теплым континентальным массивом Азии и окружающими океанами, Ла-Нинья укрепляет систему низкого давления над континентальной Азией, усиливая муссонные ветры и приток влаги. Это обычно приводит к осадкам выше среднего, иногда вызывая широко распространенные наводнения. Взаимодействие между ENSO и другими климатическими режимами, такими как Диполь Индийского океана (IOD), может либо усиливать, либо смягчать эти воздействия, делая сезонное прогнозирование сложным, но жизненно важным делом для региональных планировщиков.

Австралийский муссон

Климат муссонов Австралии очень чувствителен к изменениям ENSO. Во время фаз Эль-Ниньо циркуляция муссонов ослабевает, что приводит к уменьшению количества осадков и задержке начала влажного сезона. Это приводит к более жарким, более сухим условиям по всей северной Австралии, увеличивая риск засухи и сильных лесных пожаров. На австралийский сезон лесных пожаров 2019–2020 годов, один из худших в истории, частично повлияли затяжные условия Эль-Ниньо и связанная с ним засуха.

Напротив, события Ла-Нинья усиливают австралийский муссон. Более раннее и более сильное начало муссона приносит сильные ливни и наводнения, особенно в северной и восточной Австралии. Более теплые температуры поверхности моря на севере обеспечивают обильную влагу, питая интенсивную конвекционную и тропическую циклонную активность. Катастрофические наводнения 2010-2011 годов в Квинсленде, которые вызвали миллиарды повреждений и широкое перемещение, были непосредственно связаны с одним из самых сильных зарегистрированных событий Ла-Нинья.

Североамериканский муссон

Североамериканский муссон влияет на юго-запад Соединенных Штатов и северо-запад Мексики, обеспечивая критические летние осадки в засушливом регионе. ENSO влияет на эту муссоновую систему, хотя отношения более изменчивы по сравнению с Азией и Австралией. Эль-Ниньо годы обычно способствуют усиленной муссоновой активности, приводя к более влажному лету и увеличению частоты гроз и внезапных наводнений. Измененные струйные потоки и повышенный приток влаги во время Эль-Ниньо создают благоприятные условия для конвекции муссона.

Во время Ла-Нинья муссон часто ослабевает, что приводит к более сухим, чем в среднем, условиям, которые усугубляют засуху. Эта изменчивость имеет серьезные последствия для водных ресурсов, лесных пожаров и сельского хозяйства в юго-западных и прилегающих мексиканских штатах США.

Региональные последствия по всему миру

Американцы

Влияние ENSO на Америку разнообразно и зависит от сезона. В Северной Америке зимы Эль-Ниньо обычно вызывают сдвиг струйного потока на юг, принося более влажные, чем в среднем, условия на юг Соединенных Штатов и Калифорнии, в то время как северные США и Канада испытывают более мягкие и более сухие условия. Эта модель может облегчить засуху в Калифорнии, но часто приносит риски наводнений в других местах. Зимы Ла-Нинья обычно производят более холодные, более снежные условия в северных США и Канаде и более теплую, более сухую погоду в южных США, увеличивая риски лесных пожаров.

В Южной Америке Эль-Ниньо часто вызывает разрушительные наводнения вдоль берегов Эквадора и Перу из-за более теплых океанских вод и усиленной конвекции. Одновременно он может вызывать засуху в бассейне Амазонки и частях Колумбии, подавляя количество осадков. Ла-Нинья обычно обращает вспять эти закономерности, принося засуху в Перу и увеличение количества осадков на большей части Амазонки, влияя на сельское хозяйство, гидроэнергетику и биоразнообразие.

Азия и Океания

Вне муссонных воздействий ENSO приводит к экстремальной изменчивости климата в Азии и Океании. Эль-Ниньо часто приводит к сильной засухе, волнам тепла и широко распространенной дымке от лесных пожаров в Индонезии и Юго-Восточной Азии. Эти пожары выделяют огромные выбросы углерода и вызывают серьезные проблемы с качеством воздуха и здоровьем. И наоборот, Ла-Нинья обычно приносит сильные дожди и наводнения в регион, иногда приводя к оползням и повреждению инфраструктуры.

В Восточной Африке воздействие ENSO несколько обратно по сравнению с Азией. События Эль-Ниньо часто приводят к осадкам выше среднего и наводнениям, в то время как Ла-Нинья, как правило, связана с более сухими условиями и засухой. Эта изменчивость влияет на сельское хозяйство, продовольственную безопасность и водные ресурсы на Африканском Роге и в прилегающих регионах.

ENSO в условиях потепления климата

Хотя климатические модели различаются в своих прогнозах относительно того, станут ли события Эль-Ниньо или Ла-Нинья более частыми или интенсивными, существует широкое согласие в том, что многие воздействия, связанные с ENSO, усиливаются глобальным потеплением.

Интенсификация крайностей гидроклимата

Более теплая атмосфера удерживает больше влаги, усиливая гидрологический цикл. Это означает, что влажные эпизоды, связанные с Ла-Нинья или Эль-Ниньо, производят более сильные дожди и более сильные наводнения. И наоборот, сухие периоды во время противоположной фазы испытывают более интенсивные засухи и волны тепла из-за увеличения испарения и снижения влажности почвы. Это усиление «праздничного или голодного» характера климатической изменчивости, вызванной ENSO, делает погодные экстремальные явления более опасными и дорогостоящими во всем мире.

Изменения интенсивности ураганов

В то время как Эль-Ниньо имеет тенденцию подавлять общее количество ураганов в Атлантике, штормы, которые действительно формируются, все более склонны к быстрой интенсификации из-за более теплой базовой температуры поверхности моря и повышенного содержания тепла в океане. Например, в сезон ураганов в Атлантике в 2023 году было меньше штормов в целом, но несколько, которые быстро усилились в крупные ураганы, подчеркивая усиленный разрушительный потенциал в мире потепления. Этот сдвиг бросает вызов традиционным сезонным перспективам на основе ENSO, подчеркивая необходимость учитывать теплосодержание океана и другие климатические факторы наряду с фазами ENSO.

Использование прогнозов для устойчивости

Достижения в области климатологии позволили прогнозировать события ENSO за месяцы до года. Такие агентства, как Центр прогнозирования климата Национальной метеорологической службы и Австралийское бюро метеорологии постоянно контролируют океанические и атмосферные условия, публикуя регулярные прогнозы и рекомендации ENSO.

Эти прогнозы обеспечивают основу для прогнозов сезонных ураганов, предупреждений о засухе, планов готовности к наводнениям и сельскохозяйственных рекомендаций во всем мире. Когда прогнозируется Ла-Нинья, агентства по управлению чрезвычайными ситуациями в Атлантическом бассейне и Австралии готовятся к потенциально активным сезонам ураганов и муссонов, мобилизуя ресурсы и обновляя планы действий в чрезвычайных ситуациях. Аналогичным образом, во время прогнозов Эль-Ниньо регионы, подверженные засухе или подавленным осадкам, реализуют меры по сохранению воды и корректируют стратегии управления урожаем.

Постоянное улучшение прогнозов ENSO и интеграция этих прогнозов в политику и планирование имеют жизненно важное значение для снижения человеческих и экономических потерь от экстремальных погодных явлений, вызванных ENSO.