Глава 2. Причины возникновения эль-ниньо

Ла-Нинья – Эль-Ниньо – Две противоположные фазы одного глобального явления, которое развивается при взаимодействии вод Тихого океана и атмосферы. Ла-Нинья – холодная фаза, когда температура поверхностного слоя воды на востоке экваториальной зоны Тихого океана на 4-5 С ниже, чем в ее среднее значение (20 С). Эль-Ниньо – теплая фаза, при которой в восточной части Тихого океана температура воды повышается на туже величину.

Рис. 2.1. Развитие гидрометеорологического механизма Эль-Ниньо [7]

Ла-Нинья развивается под влиянием юго-восточного пассата, который дует на экваториальной периферии тихоокеанского антициклона в сторону Австралийско-Индонезийской барической депрессии. Антициклоническое движение воздушных масс образовывает огромный круговорот морских течений (рис.2.1). Очевидно, что в южном полушарии Тихоокеанские антициклоны образуют мощное южно-экваториальное морское течение, которое переносит холодные воды Перуанского течения на запад. Холодное Перуанское течение граничит с теплым межпассатным противотечением и образует Экваториальный морской фронт, который мешает поступлению теплых вод западного противотечения до побережья Южной Америки.

Рис. 2.2. Схема формирования течения Эль-Ниньо [19]

Благодаря такой системе взаимодействия циркуляции атмосферы и морских вод в зоне Перуанского течения формируется область поднятия холодных глубинных вод – область апвеллинга (Перуанский апвеллинг).

Таким образом, Ла-Нинья представляет собой общую циркуляционную систему атмосферы и океана, которая действует за счет силы барического градиента, направленного со стороны тихоокеанского антициклона в направлении барической депрессии, которая существует над северной Австралией и Индонезией. Противоположное пространственное положение центров действия атмосферы, которые размещаются в южном полушарии, в некотором смысле представляет огромный «ареал» атмосферного давления, наклонённого в сторону Австралии. В холодную фазу Перуанский апвеллинг действует нормально. Юго-восточные пассаты гонят холодную воду на запад вдоль Галапагоских островов и экватора в сторону области низкого давления. В эту фазу циркуляционный механизм взаимодействия атмосферы и океана работают устойчиво, аномальных катастрофических явлений погоды на планете не наблюдается. В результате нагона пассатами теплой воды уровень Тихого океана в запанной части тропического пояса становится выше, чем на востоке, на 50 м.

Теплая фаза Эль-Ниньо представляет собой воздушное и морское течение, которое возникает в Тихом океане через каждые 4-7 лет и имеют противоположное к Ла-Нинья направление. Чаще всего Эль-Ниньо приходится на декабрь. Существует гидрометеорологический механизм возникновения и развития Эль-Ниньо.

Возникновение и развитие Эль-Ниньо (рис 2.2) обусловлены остановкой юго-восточного пассата, которое объясняется тем, что атмосферное давление над Тихим океаном понижается, а над Австралией и Индонезией повышается, это значит, что барические ареалы наклонены в сторону Южной Америки. В результате остановки юго-восточного пассата экваториальное морское течение поворачивает в противоположную сторону. В эту фазу теплые воды стремятся из западной части на восток. Таким образом, в период Эль-Ниньо теплые океанические воды двигаются от побережья Новой Гвинеи до западного побережья Южной Америки. На востоке Тихого океана (4 ю. ш. – 4 с. ш., 165 в. д. – 90 з. д.) температура поверхности воды становится аномально высокой.

Важную роль в формировании Эль-Ниньо играют ветры западного направления, которые дуют в нижней тропосфере над экваториальной зоной Тихого океана. А именно экваториальные западные ветры заменяют восточный пассатный перенос и гонят теплые океанические воды вдоль экватора до Центральной и Южной Америки.

В период развития Эль-Ниньо западные экваториальные ветры над Тихим океаном получают большую мощность и силу, что сопровождается активизацией тропического циклогенеза. Как правило, в такие периоды в Тихом океане возникают и развиваются очень глубокие тропические циклоны штормовой и ураганной силы. Причём возникают они сериями от 2 до 5 циклонов.

Холодное Перуанское течение в период развития Эль-Ниньо приостанавливается, а температура поверхности океана повышается на 5-10 С. Плюсовые аномалии температуры поверхности океана распространяются на восток от 180 – лини перемены дат – с шириной полосы 800-1000 км. [11].

Существует много, в том числе и принципиально разных, объяснений возникновения Эль-Ниньо – Ла-Нинья [8–9]. Их можно разделить на два основных типа. И тот, и другой основаны в основном на расчётно-гипотетических представлениях и в меньшей степени – на инструментальных данных о динамике вод океана.

В объяснениях первого типа Эль-Ниньо формируется экваториальными крупномасштабными течениями и противотечениями. Явление возникает из-за поступления теплых вод из западной в восточную часть океана, оно вызвано поверхностным противотечением, возникшем при прекращении действия пассатов.

Однако анализ измерений скорости течений показывает, что таких поверхностных противотечений не существует. Время действия течений в восточном направлении не привышает половивны года при средней скорости не более 0.3 м/с. А для того, чтобы доставить воду из западной части океана в восточную, скорость течения должна быть в три раза больше – 1 м/с.

Объяснения формирования Эль-Ниньо – Ла-Нинья второго типа (в частности, образование Эль-Ниньо) связывают с планетарными волнами (Кельвина и Россби), образование и развитие которых тесно связанно с ветровой активностью над океаном. Другими словами, Эль-Ниньо вызвано пассатами, генерирующими волны Россби вне экватора, севернее и южнее от него, приблизительно в районе широт 15 - 20 . Волны распространяются на запад, достигнув западных окраин океана, отражаются от них уже в виде волн Кельвина. Далее они распространяются на восток вдоль экватора. Достигнув восточной части океана, они создают Эль-Ниньо.

Однако из анализа измерений течений следует, что в экваториальной зоне океана нет волн ни Кельвина, ни Россби. А есть “смешанные” волны, обладающие признаками гравитационных волн и волн Россби. Эти “смешанные” волны и волны Россби имеют как сходства, так и различия. Так, те и другие распространяются в западном направлении, но основная доля энергии волн Россби сосредоточена севернее и южнее экватора, а у “смешанных волн” – на экваторе, что и наблюдается. Однако эти “смешанные” волны всё же будем называть волнами Россби, поскольку так принято.

Кроме того, инструментальные данные показывают, что появление Эль-Ниньо связано как раз с отсутствием в восточной части волн Россби (точнее, Эль-Ниньо возникает, когда они небольшие), но не с появлением больших волн, как в упомянутых объяснениях второго типа.

Достоверная инструментальная информация позволяет сделать новые выводы. Она была получена в рамках Международного проекта ТОГА (Тропический океан – Глобальная атмосфера) в экваториальной зоне океана в конце XX в.

А толчком для этих исследований послужили исследования волн Россби, крупномасштабных течений и в особенности прибрежного апвеллинга и даунвеллинга – подъём глубинных вод на поверхность моря и опускание поверхностных на глубину на шельфе Каспия [1–3].

Здесь наблюдается изменение температуры и продуктивности, напоминающие те, что происходят во время Эль-Ниньо – Ла-Нинья. На шельфе Каспия было экспериментально установлено, что апвеллинг-даунвеллинг формируется не ветром, как предполагалось ранее, а крупномасштабными течениями и континентальными шельфовыми волнами [3]. Последние похожи на волны Россби, поскольку имеют подобную динамику и дисперсионные соотношения. Фактически это одни и те же явления, но развивающиеся в различных условиях: одни у берегов океанов и в морях, другие в открытых частях океана. При этом в обоих случаях активную роль в формировании этого явления играют крупномасштабные течения и волны, а пассивную – восточный берег моря или океана при апвеллинге-даунвелленге и экватор – в образовании Эль-Ниньо – Ла-Нинья.

Итак, можно подвести итог. В развитии явления Эль-Ниньо – Ла-Нинья активно участвуют волны Россби и крупномасштабные течения в режиме одновременной их взаимосвязи. Крупномасштабные течения обуславливают положение термоклина, удаляя его от поверхности океана или приближая к нему. Волны Россби создают переменно направленную циркуляцию в вертикальной плоскости, перпендикулярно экватору. В результате активности волн происходит перемешивание по вертикали холодных глубинных вод с более тёплыми поверхностными водами и, как следствие этого, на поверхности экваториальной зоны океана оказывается более холодная вода, чем за её пределами к северу и к югу. Фактически Эль-Ниньо – Ла-Нинья - это апвеллинг-даунвеллинг, обусловленный активностью волн Россби и связанных с ними крупномасштабных течений, который развивается в обширной приэкваториальной зоне восточной части Тихого океана.

В этом едином явлении (волны-течения) изменчивость во времени и пространстве указанных параметров волн и течений обусловлена действием некоего модуляционного механизма перестройки волн, в результате активности которого волны Россби выстраиваются в последовательность волн чередующихся амплитуд, с малыми – большими – малыми амплитудами. Они приобретают модуляционную структуру с периодом один год. Иногда эти модуляции “разрушаются” и превращаются в последовательность волн с хаотически изменяющимися и в целом малыми по величине амплитудами. Пропорционально и в такт с величиной амплитуды кол периоды, когда волны выстраиваются в стройные модуляции, развивается Ла-Нинья, при уменьшении волн в модуляциях развивается Эль-Ниньо, а при разрушении модуляций – сильное Эль-Ниньо.

Таким образом, непосредственная причина развития Эль-Ниньо – Ла-Нинья – модуляционный механизм перестройки волн Россби и связанных с ними крупномасштабных течений. Для дальнейшего познания феномена Эль-Ниньо – Ла-Нинья необходимо более глубоко изучить механизмы формирования волн Россби и крупномасштабных течений, их взаимные связи, а также закономерности построения волн Россби и модуляции.

Дата добавления: 2015-10-02