El Niño

Un motor puternic al climei globale

El Niño este un model climatic proeminent și natural caracterizat prin încălzirea semnificativă a temperaturilor de la suprafața mării în centrul și estul Oceanului Pacific tropical. Este faza caldă a unui fenomen ciclic mai larg, cunoscut sub numele de El Niño-Oscilația sudică (ENSO). ENSO reprezintă cea mai importantă sursă de variabilitate anuală a tiparelor climatice de pe întreg globul, influențând vremea, ecosistemele și economiile mult dincolo de bazinul Pacificului.

Din punct de vedere istoric, termenul "El Niño" (în spaniolă "Copilul Iisus") a fost folosit de pescarii de pe coastele din Peru și Ecuador pentru a descrie un curent oceanic cald care apărea de obicei în jurul lunii decembrie. Sosirea acestuia coincidea adesea cu condiții proaste de pescuit. În timp, oamenii de știință au recunoscut că această încălzire locală făcea parte dintr-o fluctuație oceanică și atmosferică mult mai mare, interconectată, cu efecte globale extinse, adoptând "El Niño" pentru a se referi la faza caldă a acestei oscilații.

Mecanica fenomenului El Niño: Un sistem cuplat ocean-atmosferă

Comportamentul fenomenului El Niño este legat în mod fundamental de interacțiunea dinamică dintre Oceanul Pacific și atmosfera înconjurătoare. Pentru a înțelege fenomenul El Niño, este util să analizăm mai întâi condițiile tipice din Pacificul tropical.

În condiții neutre (non-ENSO) sau La Niña:

• Vânturi alizee: Predomină alizeele puternice de est, care suflă constant dinspre regiunea de înaltă presiune din Pacificul de est către regiunea de joasă presiune din Pacificul de vest, mai cald.
• Distribuția căldurii oceanice: Aceste vânturi puternice împing cantități mari de apă caldă de suprafață spre vest. Acest lucru face ca stratul cald de suprafață (stratul mixt) să se adâncească în vestul Pacificului, în timp ce în estul Pacificului, apa caldă de suprafață este îndepărtată, permițând apei mai reci și mai adânci să urce la suprafață - un proces numit upwelling. Acest lucru creează o diferență semnificativă între temperaturile de la suprafața mării (SST) în Pacificul tropical, cu ape mult mai calde în vest (lângă Indonezia și Australia) și ape mai reci în est (lângă America de Sud). De asemenea, nivelul mării este de obicei mai ridicat în vestul Pacificului din cauza acestei acumulări de apă caldă.
• Convecția atmosferică: Cele mai calde ape din Pacificul de Vest favorizează o evaporare semnificativă și convecția atmosferică (aerul care se ridică), ceea ce duce la furtuni frecvente și ploi abundente în această regiune.
• Circulația Walker: Acest gradient de temperatură și presiune determină o celulă de circulație atmosferică la scară largă cunoscută sub numele de circulația Walker. Aerul se ridică deasupra Pacificului de Vest, cald și cu presiune scăzută, curge spre est la altitudini mari, se scufundă deasupra Pacificului de Est, mai rece și cu presiune ridicată, și se întoarce spre vest în apropierea suprafeței sub forma alizeelor.

În timpul unui eveniment El Niño:

• Slăbirea alizeelor: Caracteristica fenomenului El Niño este slăbirea semnificativă și susținută, sau chiar inversarea, a alizeelor de est în centrul și estul Pacificului tropical.
• Deplasarea apei calde: Odată cu reducerea presiunii vântului, apa caldă acumulată anterior în vestul Pacificului începe să se deplaseze spre est de-a lungul ecuatorului. Această mișcare este adesea asociată cu unde oceanice (în special unde Kelvin) care se propagă spre est sub suprafață, adâncind stratul mixt cald și suprimând creșterea apei reci în Pacificul de est.
• Modificarea gradientului de temperatură: Pe măsură ce apa caldă se răspândește spre est, puternicul gradient SST est-vest din Pacificul tropical este redus semnificativ sau chiar inversat. Pacificul central și de est devine mult mai cald decât media, în timp ce Pacificul de vest poate deveni ușor mai rece.
• Schimbare în convecție: Regiunea de apă cea mai caldă și, prin urmare, zona principală de convecție atmosferică și de activitate a furtunilor se deplasează spre est, din Pacificul de vest în Pacificul central sau chiar de est. Această deplasare este critică deoarece modifică distribuția energiei în atmosferă.
• Circulația Walker perturbată: Deplasarea spre est a aerului ascendent și slăbirea gradientului de presiune est-vest determină slăbirea, aplatizarea sau deplasarea spre est a celulei de circulație Walker. Modelul tipic de creștere a aerului în vest și de scădere a aerului în est este fundamental alterat.

Impactul meteorologic și climatic global al fenomenului El Niño

Redistribuirea masivă a căldurii în Pacificul ecuatorial și modificările ulterioare ale circulației atmosferice în timpul fenomenului El Niño au efecte în lanț care influențează tiparele meteorologice și climatice din întreaga lume - un fenomen cunoscut sub numele de teleconexiuni.

• Modificări ale precipitațiilor:
  
  • Precipitații mai abundente și inundațiilor: Regiunile din apropierea zonei de convecție deplasată spre est, cum ar fi coastele ecuatoriale ale Ecuadorului și Peru, părțile nordice ale Americii de Sud și adesea partea de sud a Statelor Unite în timpul iernii, tind să primească precipitații peste medie, ducând uneori la inundații grave.
  • Seceta și uscăciune: Zonele aflate de obicei sub influența aerului ascendent din Pacificul de Vest (cum ar fi Indonezia, Australia și părți din Asia de Sud-Est) sau influențate de aerul descendent din alte părți (părți din India, Africa de Sud și nord-estul Braziliei) se confruntă adesea cu condiții semnificativ mai uscate și secetă, crescând riscul incendiilor de vegetație și afectând agricultura.
• Anomaliile de temperatură:
  
  • Anii El Niño sunt adesea asociați cu temperaturi medii globale mai ridicate, deoarece cantitatea mare de căldură eliberată în atmosferă de apele mai calde din estul Pacificului contribuie semnificativ la bugetul global de căldură.
  • La nivel regional, El Niño poate duce la temperaturi mai ridicate decât media în multe zone, inclusiv în unele părți din nordul Statelor Unite și Canada în timpul iernii, precum și la o posibilă creștere a valurilor de căldură în alte locuri.
• Activitatea ciclonilor tropicali:
  
  • Bazinul Atlanticului: El Niño suprimă de obicei activitatea uraganelor în Oceanul Atlantic. Circulația atmosferică modificată crește forfecarea verticală a vântului în principala regiune de dezvoltare tropicală, îngreunând organizarea furtunilor în uragane.
  • bazinul Pacificului: Dimpotrivă, El Niño sporește adesea activitatea ciclonilor tropicali în bazinele Pacificului central și de est, deoarece apele mai calde furnizează mai multă energie, iar condițiile atmosferice devin mai favorabile pentru formarea furtunilor.
• Impactul asupra ecosistemelor marine:
  
  • De-a lungul coastei vestice a Americii de Sud, suprimarea creșterii apelor reci în timpul fenomenului El Niño reduce drastic aportul de nutrienți din adâncurile oceanului către suprafață. Acest lucru afectează fitoplanctonul, baza rețelei alimentare marine, ducând la declinul populațiilor de pești (cum ar fi hamsii) și afectând pescuitul local și populațiile de păsări care depind de acești pești.

Bucla de reacție Bjerknes: Alimentarea oscilației

În timp ce modificările inițiale ușoare pot perturba sistemul, bucla de reacție pozitivă cunoscută sub numele de reacție Bjerknes, numită după meteorologul Jacob Bjerknes care a descris pentru prima dată legătura dintre El Niño și Oscilația Sudică, este esențială pentru creșterea și menținerea evenimentelor El Niño. Ea ilustrează modul în care oceanul și atmosfera se întăresc reciproc:

1. Anomalia inițială: Se produce o ușoară slăbire a alizeelor (probabil din cauza variațiilor atmosferice aleatorii).
2. Răspunsul oceanic: Vânturile slăbite reduc împingerea spre vest a suprafeței oceanului. Apa caldă acumulată în vest se îndreaptă spre est, iar termoclina (granița dintre apa caldă de suprafață și apa rece de adâncime) se adâncește în est și se micșorează în vest. Răspândirea apei reci în est este suprimată.
3. Anomalia SST: deplasarea spre est a apei calde și suprimarea upwelling-ului determină creșterea temperaturilor la suprafața mării în Pacificul central și de est cu mult peste normal.
4. Reacția atmosferei la SST: SST-urile mai calde din est duc la creșterea evaporării, a convecției și la o deplasare a zonei de joasă presiune atmosferică spre est.
5. Răspunsul vântului la presiune: deplasarea spre est a modelului de presiune atmosferică slăbește și mai mult alizeele (sau chiar le determină să se inverseze) deoarece gradientul de presiune care le determină este redus.

Acest ciclu (Vânturi slăbite→Apă caldă se deplasează spre est/upwelling suprimat→Pacificul de Est se încălzește→Convecția se deplasează spre est→Gradientul de presiune slăbește→Vânturi slăbite în continuare) este o buclă de feedback pozitiv. Fiecare etapă o consolidează pe cea precedentă, permițând anomaliilor mici inițiale să se transforme într-un eveniment El Niño la scară largă.

Reacția Bjerknes este esențială pentru intensificarea fenomenului El Niño. Cu toate acestea, el este în cele din urmă depășit de alte procese, inclusiv reflexia undelor oceanice (cum ar fi undele Rossby de la granița vestică), care contribuie în cele din urmă la micșorarea termoclinii în est și la încheierea fazei calde. 

Acest lucru poate duce uneori la o tranziție în faza rece a ENSO, La Niña, în care prevalează condiții oceanice și atmosferice opuse, iar circulația Walker este mai puternică decât în mod normal.

De ce este esențial să înțelegem fenomenul El Niño

Având în vedere influența sa amplă, monitorizarea și înțelegerea fenomenului El Niño sunt vitale pentru societățile din întreaga lume. Capacitatea de a prevedea debutul și intensitatea evenimentelor El Niño permite o mai bună pregătire în sectoarele vulnerabile la variabilitatea climatică, cum ar fi agricultura, gestionarea resurselor de apă, reducerea riscurilor de dezastre și sănătatea publică. 

În timp ce El Niño este o parte naturală a sistemului climatic, cercetările în curs explorează modul în care schimbările climatice ar putea influența caracteristicile, frecvența sau intensitatea evenimentelor ENSO în viitor, făcând monitorizarea continuă și studiul științific al acestui fenomen puternic mai importante ca niciodată.