Тихоокеанский Северо-Запад испытывает значительные изменения климата под влиянием явлений Эль-Ниньо и Ла-Нинья. Эти климатические модели влияют на погоду, экосистемы и физический ландшафт региона. Понимание их последствий помогает в управлении природными ресурсами и подготовке к изменениям окружающей среды.

Эль-Ниньо и Ла-Нинья: связь океан-атмосфера

Эль-Ниньо и Ла-Нинья являются противоположными фазами Эль-Ниньо-Южного колебания (ENSO), климатической картины, обусловленной изменениями температуры поверхности моря и атмосферного давления через экваториальную часть Тихого океана. Во время Эль-Ниньо ослабевают торговые ветры, позволяя теплой воде сливаться в центральном и восточном Тихом океане. Этот сдвиг изменяет положение струйного потока и штормовых путей через Северную Америку. Ла-Нинья, напротив, имеет более сильные торговые ветры, которые толкают теплую воду на запад, принося более прохладную, чем в среднем, воду в восточную часть Тихого океана и усиливая другую атмосферную конфигурацию.

Эти океанические и атмосферные аномалии, которые в совокупности называются телесвязями, влияют на погодные условия за тысячи километров. Для Тихоокеанского Северо-Запада фаза ENSO сильно влияет на зимние осадки, температуру и интенсивность штормов. Ученые полагаются на такие индексы, как индекс океанического ниньо (ONI) и индекс южного колебания (SOI), чтобы классифицировать и прогнозировать события ENSO. NOAA Центр прогнозирования климата обеспечивает непрерывный мониторинг и прогнозы для каждой фазы.

Зимние погодные условия на северо-западе Тихого океана

Реакция зимней погоды Тихоокеанского Северо-Запада на ENSO является одной из наиболее выраженных в Соединенных Штатах. Во время Эль-Ниньо струйный поток имеет тенденцию смещаться на юг, направляя штормы в Калифорнию и южные Скалистые горы, оставляя Тихоокеанский Северо-Запад относительно более сухим. Однако специфический ответ может варьироваться в зависимости от силы и местоположения теплого бассейна. Умеренные сильные события Эль-Ниньо часто приносят более влажные и более теплые зимы в регион с более высокими осадками вдоль побережья и повышенными уровнями снега, которые уменьшают накопление альпийских снежных покровов.

Зимы Ла-Нинья обычно производят противоположную картину. Более северный струйный поток направляет штормы непосредственно в Тихоокеанский Северо-Запад, в результате чего более прохладные, чем нормальные температуры и выше среднего осадков . Сильный снегопад в Каскаде и Олимпийских горных хребтах строит глубокие снежные мешки, которые позже поддерживают летние потоки. Хотя общая связь хорошо установлена, отдельные события могут отклоняться из-за взаимодействия с другими климатическими режимами, такими как Тихоокеанское десятичное колебание (PDO).

Снежный пакет и последствия водоснабжения

Снежный пакет на Тихоокеанском северо-западе действует как естественный резервуар, выпуская талую воду в сухие летние месяцы. Зимы Эль-Ниньо часто производят более низкие значения эквивалента снежной воды (SWE), потому что более теплые температуры поднимают уровень замерзания, вызывая осадки, чтобы упасть как дождь, а не снег в середине подъемов. Например, сильный 1997-98 Эль-Ниньо привел к каскадному снежному пакету, который был только 60-80% долгосрочного среднего во многих бассейнах. Зимы Ла-Нинья, с другой стороны, часто доставляют обильный снег, как наблюдалось в течение 2010-11 Ла-Нинья, когда несколько горных станций зарегистрировали почти рекордный SWE.

  • Речные бассейны, зависящие от таяния снега, такие как Колумбия, Скагит и Уилламетт, показывают отчетливые аномалии сезонного потока во время событий ENSO.
  • Операторы водохранилищ и менеджеры по водоснабжению используют прогнозы ENSO для корректировки хранения и выбросов для контроля за наводнениями.
  • Длительный засуховый стресс во время многолетней последовательности Ла-Нинья может уменьшить подзарядку грунтовых вод в системах, питаемых дождем.

Формирование физического ландшафта: эрозия, осадок и геоморфология

Из года в год изменчивость осадков, речных стоков и интенсивности штормов, вызванная ENSO, непосредственно изменяет физический ландшафт региона. Изменения в скорости эрозии, переносе осадков и стабильности наклона оставляют неизгладимый отпечаток на речных каналах, склонах холмов и прибрежных блефах.

Увеличение эрозии и оползней во время зимы Эль-Ниньо

Сильные осадки, связанные с тихоокеанскими штормовыми трассами во время Эль-Ниньо, могут насыщать почвы и вызывать широко распространенные сбои склонов. Сочетание интенсивных осадков на уже влажной земле и повышенных уровнях грунтовых вод снижает сплоченность почвы, что приводит к оползням и потокам мусора. В прибрежных и каскадных диапазонах оползни часто происходят в годы Эль-Ниньо, особенно в районах, лежащих под слабыми вулканическими или ледниковыми отложениями. Программа U.S. Geological Survey Landslide Hazards Program документирует, как эти события меняют морфологию горных склонов и вносят тонкий осадок в потоки, влияя на водные среды обитания.

Вдоль побережья повышенная волновая энергия во время штормов Эль-Ниньо ускоряет отступление скал и эрозию пляжа. Сочетание более высоких уровней моря из-за повышенных температур океана и штормового нагона может подорвать прибрежные блефы, что приводит к эпизодическому падению. В устье реки Колумбия увеличение речного стока из внутренних районов (если штормы следуют внутри страны) может перераспределить бары осадочных пород и изменить геометрию канала.

Снижение потока и засухи во время Ла-Нинья

В то время как зимы Ла-Нинья обеспечивают обильные осадки, последующее лето часто имеет более низкие базовые потоки по сравнению с летами Эль-Ниньо? В действительности, отношения сложные. Зимы Ла-Нинья производят тяжелый снежный покров, приводя к устойчивым весенним и летним потокам таяния, но более холодные температуры могут задержать таяние. Однако, если Ла-Нинья сохраняется во второй год, кумулятивный эффект ниже нормы зимних осадков может привести к засухе. Например, многолетний Ла-Нинья 2020-23 годов принес длительную засуху в части Тихоокеанского северо-запада, уменьшая летние потоки в доминируемых дождями прибрежных бассейнах. Более низкие потоки уменьшают транспортную способность осадков, позволяя гравийным брускам стабилизироваться и растительность посягать на активные каналы. В течение последовательных лет Ла-Нинья поймы могут стать более стабильными, но сужение канала может увеличить риск наводнения во время последующих событий высокого потока.

Сухие условия также увеличивают вероятность лесных пожаров, что в свою очередь изменяет ландшафтные процессы. Сожженные склоны становятся более восприимчивыми к эрозии и потокам мусора во время следующего сильного дождя, создавая петлю обратной связи, которая может сохраняться в течение многих лет после пожара. За обширными пожарами в День труда 2020 года в Орегоне, усугубляемыми засухой и жарой, вызванной Ла-Нинья, последовали множественные потоки мусора после пожара в 2021 и 2022 годах.

Влияние на прибрежные ландшафты и устьи

ENSO влияет не только на внутренние формы суши, но и на прибрежную зону. Во время Эль-Ниньо повышенный уровень моря (иногда на 10-30 см выше нормы вдоль тихоокеанского побережья) сочетается с более сильным волновым действием, чтобы разрушить песчаные пляжи и дюны. Побережья Вашингтона и Орегона испытали заметное блефовое отступление во время сильных зим Эль-Ниньо, угрожая инфраструктуре и среде обитания. Осадочные запасы из рек также модулируются: годы Эль-Ниньо с более высокими осадками доставляют больше терригенных осадков на континентальный шельф, в то время как годы Ла-Нинья могут видеть снижение доставки, но увеличение реанимации зимними штормами.

Устья, такие как залив Уиллапа и устьевая река Колумбия, реагируют на изменения притока пресной воды и приливной призмы, вызванные ENSO. Во время Эль-Ниньо снижение поступления пресной воды может увеличить проникновение солености, влияя на бентические сообщества и динамику осадков. Более высокие потоки Ла-Нинья толкают солевой клин дальше к морю и увеличивают улавливание осадков в устье. Эти сдвиги влияют на морфологию приливных каналов и приливных квартир в сезонных до десятилетних временных масштабах.

Растительность и экосистемные реакции

Физические изменения ландшафта, вызванные ENSO, имеют прямые последствия для растительности и здоровья экосистем.Состав лесов, темпы роста деревьев и режимы пожаров реагируют на межгодовые климатические сигналы.

Здравоохранение лесов и пожарный риск

Засуха в годы Ла-Нинья (особенно в сочетании с теплым летом) ослабляет деревья, делая их более уязвимыми для вспышек коры и болезней. В внутренних сосновых лесах восточного Орегона и Вашингтона засуха, связанная с Ла-Нинья, способствовала широко распространенной смертности деревьев. И наоборот, зимы Эль-Ниньо, которые приносят обильные осадки в некоторые районы, могут облегчить засуху и способствовать росту, но сильные дожди также благоприятствуют патогенам корневой гнили в заболоченных почвах.

Риск лесных пожаров на северо-западе Тихого океана сильно модулируется ENSO. В то время как Ла-Нинья обычно производит влажные зимы, это часто приводит к более жарким, более сухим летам, которые увеличивают воспламеняемость топлива. Сезон пожаров 2020 года, который сжег более 1 миллиона акров в Орегоне и Вашингтоне, произошел во время умеренной Ла-Нинья. Предыдущая зима была сухой во многих областях, и летние температуры были рекордными. Зимы Эль-Ниньо, напротив, имеют тенденцию приносить более влажные источники, которые уменьшают пожарную опасность, хотя отношения могут быть осложнены временем весенних дождей и таяния снега.

Альпийские и субальпийские экосистемы

Альпийские ландшафты чутко реагируют на изменения продолжительности снежного покрова и летней температуры. В годы Эль-Ниньо с низким снежным покровом альпийские почвы теплеют раньше, продлевая вегетационный период для растений и изменяя стабильность вечной мерзлоты. Скалистые ледники и поля талу могут стать более активными, поскольку лед в них тает. В годы Ла-Нинья глубокий снежный покров задерживается в конце лета, сжимая вегетационный период и ограничивая заведение деревьев на линии деревьев. Эти изменения влияют на распределение видов растений, сроки цветения и наличие корма для таких животных, как горные козлы и пики.

Теплые, сухие зимы Эль-Ниньо приводят к годам отрицательного баланса массы (чистая потеря льда), в то время как прохладные, снежные зимы Ла-Нинья могут производить положительные или нейтральные балансы. За последние несколько десятилетий долгосрочная тенденция отступления ледников была прервана годами краткосрочного продвижения во время сильных событий Ла-Нинья, хотя общий объем льда продолжает уменьшаться.

Исторические события и тематические исследования

Несколько хорошо документированных событий ENSO иллюстрируют диапазон ландшафтных воздействий на северо-западе Тихого океана.

  • Эль-Ниньо 1997-98:] Это событие принесло рекордные осадки в некоторые прибрежные районы, вызвав многочисленные оползни в Орегонском прибрежном хребте. В бассейнах рек Уилсон и Нестукка произошла агрегация каналов от оползня. Между тем, низкий снежный покров привел к сокращению летних потоков в реках, питаемых каскадом, подчеркивая двойные гидрогеоморфные эффекты того же события.
  • 2010-11 Ла-Нинья:] Этот многолетний Ла-Нинья произвел исключительный снежный покров в Каскадах, при этом в некоторых бассейнах снежная вода эквивалентна более чем 150% от нормы. В результате весенних таяний наводнения вызвали эрозию берегов рек и прочесывание гравийных брусков, но также пополнили поймы водно-болотных угодий. Глубокий снежный покров задержал сезон лесных пожаров, но последующая засуха в 2012 году подготовила почву для крупных пожаров.
  • 2015-16 Эль-Ниньо:] Более слабое событие, но примечательное своими атипичными эффектами: тихоокеанский Северо-Запад пережил относительно влажную зиму, что противоречит классической подписи Эль-Ниньо. Это подчеркивает, что ENSO является только одним драйвером, и что взаимодействие с тихоокеанским десятилетним колебанием и атмосферной блокировкой может изменить результаты. Исследователи использовали это событие для уточнения моделей телесоединений ENSO.

Мониторинг ENSO и подготовка к будущим изменениям

Учитывая глубокое влияние ENSO на ландшафты Тихоокеанского Северо-Запада, мониторинг и прогнозирование имеют решающее значение для снижения риска и управления ресурсами. Федеральные агентства, такие как NOAA и USGS, эксплуатируют сети метеостанций, датчиков потока и платформ дистанционного зондирования, которые отслеживают температуру океана, снежный покров и влажность почвы. Сезонные прогнозы, опубликованные Центром прогнозирования климата ENSO Диагностическая дискуссия, помогают менеджерам по водным ресурсам прогнозировать условия наводнения или засухи за несколько месяцев.

Адаптивные стратегии управления

Земельные управляющие и политики используют прогнозы ENSO для реализации адаптивных стратегий:

  • Управление наводнениями: Водохранилища могут быть снесены перед прогнозируемой зимой Эль-Ниньо, чтобы захватить ожидаемые потоки наводнений, а также сохранить воду для летнего использования во время Ла-Нинья.
  • Смягчение оползней: В периоды Эль-Ниньо приоритет отдается проектам стабилизации склонов, а лесозаготовки или дорожное строительство на чувствительной местности могут быть ограничены.
  • Лесное хозяйство и управление пожарами: запланировано предписанное сжигание и снижение расхода топлива, чтобы избежать времени высокого риска пожара, а ресурсы пожаротушения предварительно позиционируются на основе сезонных прогнозов.
  • Эстуарное и прибрежное планирование: Проекты по бронированию береговой линии и восстановлению дюн учитывают ожидаемые темпы эрозии на этапах Эль-Ниньо.

Ожидается, что изменение климата изменит поведение ENSO, потенциально увеличивая частоту экстремальных событий Эль-Ниньо и Ла-Нинья. Более теплые атмосферные условия могут усиливать воздействие данной фазы, например, более интенсивные осадки во время Эль-Ниньо или больший засуховый стресс во время Ла-Нинья. Ландшафты Тихоокеанского Северо-Запада будут продолжать развиваться под этими изменяющимися воздействиями, требующими постоянных исследований и гибких подходов к управлению.

Взгляд в будущее: ENSO в условиях потепления климата

В то время как ENSO является естественным колебанием, его эффекты разворачиваются на фоне глобального потепления. Наблюдательные записи и климатические модели указывают на то, что гидрологический цикл усиливается, а это означает, что как влажные, так и сухие крайности, связанные с ENSO, могут стать более серьезными. Для Тихоокеанского Северо-Запада это может означать более частые оползни и импульсы осадков во время сильных зим Эль-Ниньо и более глубокие засухи во время длительных периодов Ла-Нинья. Физические ландшафты региона - от альпийских ледников до прибрежных блефов - будут по-прежнему формироваться этими мощными климатическими ритмами, напоминая нам о тесной связи между океаном, атмосферой и землей.