Мощен фактор, влияещ върху глобалния климат
„Ел Ниньо“ е значимо и естествено възникващо климатично явление, което се характеризира със значително затопляне на температурите на морската повърхност в централната и източната част на тропическия Тихи океан. То представлява топлата фаза на по-мащабно циклично явление, известно като „Ел Ниньо – Южна осцилация“ (ENSO). ENSO е най-значимият източник на междугодишна променливост в климатичните модели по целия свят, като оказва влияние върху времето, екосистемите и икономиките далеч извън басейна на Тихия океан.
Исторически терминът „Ел Ниньо“ (на испански „Младенецът Христос“) се е използвал от рибарите по крайбрежията на Перу и Еквадор, за да опишат топлото океанско течение, което обикновено се появяваше около декември. Настъпването му често съвпадаше с лоши условия за риболов. С течение на времето учените установиха, че това локално затопляне е част от много по-мащабна, взаимосвързана океанска и атмосферна колебание с широкообхватни глобални последици, и започнаха да използват термина „Ел Ниньо“ за обозначаване на топлата фаза на тази колебание.
Механизмът на Ел Ниньо: взаимосвързана система от океан и атмосфера
Поведението на Ел Ниньо е фундаментално свързано с динамичното взаимодействие между Тихия океан и атмосферата над него. За да разберем Ел Ниньо, е полезно първо да разгледаме типичните условия в тропическия Тихи океан.
При неутрални (без ЕНСО) условия или при условия на Ла Ниня:
- Тордеви: Преобладават силни източни пасатни ветрове, които духат постоянно от зоната на високо налягане над източната част на Тихия океан към зоната на ниско налягане над по-топлата западна част на Тихия океан.
- Разпределение на топлината в океана: Тези силни ветрове изтласкват огромни количества топла повърхностна вода на запад. Това води до задълбочаване на топлия повърхностен слой (смесен слой) в западната част на Тихия океан, докато в източната част топлата повърхностна вода се оттегля, което позволява на по-хладната, по-дълбока вода да се издигне към повърхността – процес, наречен „възходящ поток“. Това създава значителна разлика в температурите на морската повърхност (SST) в тропическия Тихи океан, като водите на запад (близо до Индонезия и Австралия) са много по-топли, а тези на изток (близо до Южна Америка) – по-хладни. Нивото на морето също е обикновено по-високо в западната част на Тихия океан поради това натрупване на топла вода.
- Атмосферна конвекция: Най-топлите води в западната част на Тихия океан предизвикват значително изпарение и атмосферна конвекция (възходящ въздушен поток), което води до чести гръмотевични бури и обилни валежи в този регион.
- Циркулацията на Уокър: Този температурен и налягателен градиент задвижва широкомащабна атмосферна циркулационна клетка, известна като циркулацията на Уокър. Въздухът се издига над топлия западен Тихи океан с ниско налягане, тече на изток на големи височини, спуска се над по-хладния източен Тихи океан с високо налягане и се връща на запад близо до повърхността под формата на пасатни ветрове.
По време на явлението „Ел Ниньо“:
- Отслабване на пасатите: Характерната черта на Ел Ниньо е значително и продължително отслабване, а дори и обръщане на посоката на източните пасати в централната и източната част на тропическия Тихи океан.
- Преместване на топлата вода: При намалено въздействие на вятъра топлата вода, която преди това се е натрупвала в западната част на Тихия океан, започва да се придвижва на изток по екватора. Това движение често се свързва с океански вълни (по-конкретно вълни на Келвин), които се разпространяват на изток под повърхността, като задълбочават топлия смесен слой и потискат издигането на студена вода в източната част на Тихия океан.
- Променен температурен градиент: С разпространяването на топлата вода на изток силният изток-запад градиент на температурата на морската повърхност (SST) в тропическия Тихи океан се намалява значително или дори се обръща. Източната и централната част на Тихия океан стават значително по-топли от средното, докато крайната западна част на Тихия океан може да стане малко по-хладна.
- Промяна в конвекцията: Областта с най-топлата вода и съответно основната зона на атмосферна конвекция и гръмотевична активност се измества на изток от западната част на Тихия океан към централната или дори източната част на Тихия океан. Това изместване е от решаващо значение, тъй като променя разпределението на енергията в атмосферата.
- Нарушена циркулация на Уокър: Източното изместване на възходящите въздушни маси и отслабването на източно-западния налягателен градиент водят до отслабване, изравняване или изместване на изток на клетката на циркулацията на Уокър. Типичната схема на възходящи въздушни маси на запад и низходящи въздушни маси на изток се променя коренно.
Глобални метеорологични и климатични последици от Ел Ниньо
Мащабното преразпределение на топлината в екваториалната част на Тихия океан и последващите промени в атмосферната циркулация по време на Ел Ниньо имат верижен ефект, който оказва влияние върху метеорологичните и климатичните модели по целия свят – явление, известно като телевръзки.
- Промени във валежите:
- Повишени валежи и наводнения: Регионите в близост до изместената на изток конвекционна зона, като например екваториалните крайбрежия на Еквадор и Перу, северните части на Южна Америка, а през зимата често и южната част на Съединените щати, обикновено получават валежи над средните стойности, което понякога води до тежки наводнения.
- Суша и сухота: Районите, които обикновено са под влиянието на възходящи въздушни маси в западната част на Тихия океан (като Индонезия, Австралия и части от Югоизточна Азия) или са под влиянието на низходящи въздушни маси на други места (части от Индия, Южна Африка и Североизточна Бразилия), често са засегнати от значително по-сухи условия и суша, което увеличава риска от горски пожари и оказва влияние върху селското стопанство.
- Температурни аномалии:
- Годините, в които се проявява Ел Ниньо, често се свързват с по-високи средни глобални температури, тъй като огромното количество топлина, отделяно от по-топлите води в източната част на Тихия океан в атмосферата, допринася значително за глобалния топлинен баланс.
- На регионално равнище Ел Ниньо може да доведе до температури, по-високи от средните, в много райони, включително в части от северните щати на САЩ и Канада през зимата, както и до потенциално по-чести горещи вълни в други райони.
- Активност на тропическите циклони:
- Атлантически басейн: Явлението „Ел Ниньо“ обикновено потиска ураганната активност в Атлантическия океан. Променената атмосферна циркулация увеличава вертикалния вятърен сряз в основния тропически район на образуване на урагани, което затруднява превръщането на гръмотевичните бури в урагани.
- Тихоокеански басейн: От друга страна, Ел Ниньо често засилва активността на тропическите циклони в източната и централната част на Тихоокеанския басейн, тъй като по-топлите води осигуряват повече енергия, а атмосферните условия стават по-благоприятни за образуването на бури.
- Въздействия върху морските екосистеми:
- По западното крайбрежие на Южна Америка спирането на възходящите течения на студена вода по време на Ел Ниньо драстично намалява притока на хранителни вещества от дълбините на океана към повърхността. Това оказва влияние върху фитопланктона – основата на морската хранителна верига – което води до намаляване на популациите на риби (като аншоа) и засяга местните риболовни стопанства и популациите на птици, които разчитат на тези риби.
Обратната връзка на Бьеркнес: Движеща сила на колебанието
Макар че първоначалните незначителни промени могат да нарушат равновесието на системата, веригата на положителна обратна връзка, известна като „обратната връзка на Бьеркнес“ — кръстена на метеоролога Якоб Бьеркнес, който пръв описа връзката между Ел Ниньо и Южната осцилация — е от ключово значение за развитието и поддържането на явленията „Ел Ниньо“. Тя илюстрира как океанът и атмосферата се подсилват взаимно:
- Първоначална аномалия: Наблюдава се леко отслабване на пасатите (вероятно поради случайни атмосферни колебания).
- Реакция на океана: Отслабените ветрове намаляват натиска на повърхността на океана в западна посока. Топлата вода, която се е натрупала на запад, се придвижва на изток, а термоклина (границата между топлата повърхностна вода и студената дълбока вода) се задълбочава на изток и се изплита на запад. Издигането на студена вода на изток се потиска.
- Аномалия на температурата на морската повърхност (SST): Движението на топлата вода на изток и потискането на възходящите течения водят до значително повишаване на температурите на морската повърхност в централната и източната част на Тихия океан над нормалните стойности.
- Атмосферна реакция спрямо температурите на морската повърхност (SST): По-високите температури на морската повърхност в източната част водят до засилено изпарение, конвекция и изместване на атмосферната зона с ниско налягане на изток.
- Реакция на вятъра спрямо налягането: Източното изместване на разпределението на атмосферното налягане допълнително отслабва пасатите (или дори води до обръщане на посоката им), тъй като налягателният градиент, който ги задвижва, се намалява.
Този цикъл (отслабване на ветровете → топлата вода се измества на изток/потискане на възходящите течения → затопляне на източната част на Тихия океан → конвекцията се измества на изток → градиентът на налягането отслабва → по-нататъшно отслабване на ветровете) представлява верига от положителна обратна връзка. Всяка стъпка подсилва предходната, което позволява първоначалните малки аномалии да прераснат в широкомащабно явление „Ел Ниньо“.
Обратната връзка на Бьеркнес е от решаващо значение за засилването на Ел Ниньо. В крайна сметка обаче тя бива преодоляна от други процеси, включително отражението на океанските вълни (като вълните на Росби от западната граница), които допринасят за постепенното изплитане на термоклина на изток и за прекратяването на топлата фаза.
Това понякога може да доведе до преход към студената фаза на ЕНСО – Ла Ниня, при която преобладават противоположни океански и атмосферни условия, а циркулацията на Уокър е по-силна от обичайното.
Защо е от решаващо значение да разберем феномена „Ел Ниньо“
Предвид широкообхватното му влияние, наблюдението и разбирането на явлението „Ел Ниньо“ са от жизненоважно значение за обществата по целия свят. Възможността да се прогнозират началото и интензивността на явленията „Ел Ниньо“ позволява по-добра подготовка в секторите, уязвими към климатичните колебания, като селското стопанство, управлението на водните ресурси, намаляването на риска от бедствия и общественото здраве.
Макар Ел Ниньо да е естествена част от климатичната система, текущите изследвания проучват как климатичните промени биха могли да повлияят на характеристиките, честотата или интензивността на явленията ЕНСО в бъдеще, което прави непрекъснатото наблюдение и научното изучаване на това мощно явление по-важно от всякога.
