Ельнін та південна осциляція: Запізнена осцилятор у Тихому океані

Нормальний стан Тихого океану

У звичайному, "нейтральному" або році, що схиляється до Ла-Ніні, припливні вітри постійно дмуть із сходу на захід у тропічному Тихом океані. Ця вітрова стрес накопичує теплу поверхневу воду на заході, утворюючи Індо-Тихоокеанський теплий басейн навколо Індонезії, тоді як уздовж узбережжя Південної Америки холодна, багата на поживні речовини вода піднімається з глибини, щоб замінити воду, яку віднесло вітрами. Це зміщує термоклін – межу між теплою поверхневою водою та холодною глибокою водою – так, щоб він був глибоким на заході та неглибоким на сході. Цей східно-західний температурний контраст керує циркуляцією Вакер: повітря піднімається над теплою західною частиною Тихого океану, рухається на схід на висоті, опускається над холодною східною частиною Тихого океану та повертається на захід по поверхні як самі припливні вітри.

Обратная связь Бьеркнеса: система, которая усиливает свой дрейж

Основанная на работах Якоба Бьеркнеса, который впервые описал это в 1969 году, эта положительная обратная связь позволяет небольшому толчку превратиться в полноценный Эль-Ниньо. Если торговые ветры ослабевают даже незначительно, меньше теплой воды перемещается на запад, поэтому восточный Тихий океан нагревается. Но этот нагрев уменьшает температурный и давлений градиент между востоком и западом, который является движущей силой торговых ветров — что еще больше ослабляет ветры, толкает еще меньше воды на запад и еще больше нагревает восток. Каждый шаг усиливает предыдущий, и весь бассейн может перейти от своего нормального состояния в Эль-Ниньо: теплое центрально-восточное тихоокеанское море, подавленное подъемом, и ослабленная циркуляция Уолкера.

Чому це коливається назад: запізнений осцилятор

Чистий позитивний зворотний зв’язок просто б розбігся і закріпив Тихоокеанську теплу воду, але цього не відбувається — тому що океан сам по собі забезпечує запізнювальний негативний зворотний зв’язок. Це теорія запізнілого осцилятора, розроблена Суарезом і Шопфом, а також Баттісті та Хірстом наприкінці 1980-х років. Коли тоர்வідні вітри послаблюються, вони також запускають повільні Россбі хвилі на захід і Кельвінські хвилі на схід всередині океану. Россбі хвилі потребують місяців, щоб перетнути басейн і відбитись від західного краю, повертаючись на схід як підіймаючі Кельвінські хвилі, які поступово охолоджують східний термічний край. До того часу, коли цей запізнений сигнал приходить, він нейтралізує дуже теплу аномалію, яка його спровокувала, повертаючи систему назад до нейтрального стану і часто в протилежну, холодну фазу Ла-Нінья — створюючи квазіперіодичний цикл приблизно кожні два – сім років, а не фіксований, механічний.

// qualitative state flow of one ENSO cycle

Bjerknes feedback (fast, self-reinforcing):
  trade_winds  weaken  -->  less warm water pushed west
  eastern Pacific SST  rises
  east-west SST gradient  shrinks  -->  trade_winds  weaken further   // loop closes

Delayed oscillator (slow, self-correcting):
  weakened trade_winds  -->  westward Rossby wave + eastward Kelvin wave
  Rossby wave reflects off western boundary (months later)
  reflection  -->  new eastward upwelling Kelvin wave
  upwelling Kelvin wave  -->  cools eastern thermocline
  cooling  overwhelms the original warm anomaly  -->  system swings toward La Niña

net result: oscillation period ~= travel + reflection time of ocean waves
            across the Pacific basin, roughly 2-7 years

Вимірювання: індекс ONI

Прогнористи відстежують стан Тихого океану за допомогою Океанічного індексу Ніно (ONI): середнє значення аномальних температур поверхні моря протягом 3 місяців у регіоні Ніно 3.4, смузі центрально-східного екваторіального тихоокеанського регіону, обраному через його сильний та чистий відгук на зворотний зв’язок Біркена та сигнал запізнілої осциляції. Ель-Ніно офіційно оголошується, коли ONI досягає або перевищує +0,5°C протягом щонайменше п'яти безперервних перекриваючихся тримісячних сезонів; Ла-Ніна оголошується при значеннях -0,5°C або нижче протягом того ж періоду. Значення між цими двома вважаються нейтральними за умовами ENSO.

Чому це впливає на погоду у всьому світі

Оскільки тропічний Тихий океан є одним із найбільших джерел тепла на Землі, зміни в його циркуляції поширюються по всьому світу та впливають на погоду. У роки Ель-Ніньо дощі зазвичай збільшуються у південній частині Сполучених Штатів та узбережжі Перу, а посуха – в Індонезії, Австралії та частинах Південної Африки. Крім того, Ель-Ніньо зазвичай збільшує верхню течію вітру над Атлантичним океаном, що призводить до зменшення активності утворення штормів. Ель-Ніньо також схильний підштовхувати середньорічну глобальну температуру поверхні вгору, оскільки великий обсяг океанського тепла виділяється в атмосферу замість того, щоб залишатися захованим під термокліном. У роки Ла-Ніньо ці закономірності, як правило, змінюються на протилежний бік.

Frequently asked questions

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте the simulation і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.