Бьеркнес в 1969 г. предположил, что аномальное потепление в восточном Тихом Океане может быть ослаблено восточно-западной разностью температур, вызывая ослабления в циркуляции Волкера и пассатах, которые двигают теплую воду на запад. Результат -- увеличение теплой воды к востоку.
Виртки в 1975 г. предположил, что пассаты могли создать западную выпуклость теплых вод, и любое ослабление ветров могло позволить теплым водам двинуться на восток. Тем не менее, никаких выпуклостей не было замечено накануне событий 1982-83 г..
Перезаряжаемый Осциллятор: Некоторые механизмы были предложены, когда теплые области создаются в экваториальном регионе, то они рассеиваются в более высокие широты с помощью событий Эль-Ниньо. Охлажденные области затем перезаряжаются теплом в течение нескольких лет перед тем, как произойдет следующее событие.
Западный Тихоокеанский Осциллятор: В западной части Тихого Океана несколько погодных условий могли вызвать восточные ветряные аномалии. Например, циклон на севере и антициклон на юге приводят к возникновению восточного ветра между ними. Такие шаблоны могут взаимодействовать с западным течением через Тихий Океан и создавать тенденцию продолжения движения на восток. Ослабление западного течения в это время может быть окончательным триггером.
Экваториальная часть Тихого Океана может привести к условиям близким к Эль-Ниньо с несколькими случайными вариациями поведения. Погодные шаблоны извне или вулканическая деятельность могут стать такими факторами.
Осцилляция Маддена-Джулиана (MJO -- Madden-Julian Oscillation) -- это важнейший источник изменчивости, который может вносить вклад в более резкую эволюцию, приводящую к условиям Эль-Ниньо, через флуктуации ветров, дующих на низких уровнях, и осадков над западной и центральной частями Тихого Океана. Восточно-направленное распространение океанических волн Кельвина может быть вызвано активностью MJO.
2. Причины и условия формирования и распространение явления
2.1 Океанический механизм возникновения Эль-Ниньо
Эль-Ниньо - явление в тропическои? части Тихого океана, связанное с аномальным потеплением воды в восточно-экваториальном раи?оне Тихого океана: от берегов Перу до Линии перемены дат.Обычно оно длится около 12-18 месяцев, возникает каждые 3-7 лет. Это явление развивается, когда естественное доминирование северо-восточных пассатов ослабевает, что позволяет более теплои? воде в западнои? части стечь на восток. Событие Ла-Нинья возникает, когда северо-восточные пассаты крепчают, что приводит к охлаждению воды в восточнои? части.
Эль-Ниньо является частью непрерывного цикла обратнои? связи между атмосферои? и океаном: аномальное потепление поверхности воды в восточнои? части Тихого океана у берегов Перу приводит к усилению конвекции, которая увеличивает атмосферное скрытое тепло, что еще больше влияет на аномалии в атмосфернои? циркуляции. Усиленная конвекция создает западные аномалии ветра на экваторе, влияя на циркуляцию океана, и помогает перемещать теплые воды с западнои? и центральнои? части Тихого океана на восток. Кроме того, из-за аномальных изменении? ветров в центральнои? части, апвеллинг над восточнои? частью уменьшается, потепление верхнего слоя океана, и дальнеи?шее увеличение аномалии? температуры воднои? поверхности, запускает цикл снова. Возникновение и развитие Эль-Ниньо 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 (4ю. ш. - 4с. ш., 165в. д. - 90з. д.) температура поверхности воды становится аномально высокой.
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.
Благодаря такой системе взаимодействия циркуляции атмосферы и морских вод в зоне Перуанского течения формируется область поднятия холодных глубинных вод - область апвеллинга (Перуанский апвеллинг).
Рис 2.1 Развитие механизма Эль-Ниньо
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.
2.2 Причины порождающие Эль-Ниньо
Существует много, в том числе и принципиально разных, объяснений возникновения Эль-Ниньо - Ла-Нинья. 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 (рис.2.2).
Рис. 2.2 Схема формирования течения 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.
Итак, можно подвести итог. В происхождении 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 необходимо более глубоко изучить механизмы формирования волн Россби и крупномасштабных течений, их взаимные связи, а также закономерности построения волн Россби и модуляции.
2.3 Геофизические факторы развития явления Эль-Ниньо
Геофизические факторы, которые могут вызывать события Эль-Ниньо до сих пор исследуются. Трудно подобрать шаблоны, которые могут показать причины или позволить делать предсказания.
Например Бьеркнес в 1969 г. предположил, что аномальное потепление в восточном Тихом океане может быть ослаблено восточно-западной разностью температур, вызывая ослабления в циркуляции Волкера и пассатах, которые двигают теплую воду на запад. Результат -- увеличение теплой воды к востоку. Виртки в 1975 г. предположил, что пассаты могли создать западную выпуклость теплых вод, и любое ослабление ветров могло позволить теплым водам двинуться на восток.
Некторые механизмы были предложены, когда теплые области создаются в экваториальном регионе, то есть они рассеиваются в более высокие широты с помощью событий Эль-Ниньо. Охлажденные области затем перезаряжаются теплом в течение нескольких лет перед тем, как произойдет следующее событие.
В западной части Тихого Океана несколько погодных условий могли вызвать восточные ветряные аномалии. Например, циклон на севере и антициклон на юге приводят к возникновению восточного ветра между ними. Такие шаблоны могут взаимодействовать с западным течением через Тихий океан и создавать тенденцию продолжения движения на восток. Ослабление западного течения в это время может быть окончательным триггером. Экваториальная часть Тихого океана может привести к условиям близким к Эль-Ниньо с несколькими случайными вариациями поведения. Погодные шаблоны извне или вулканическая деятельность могут стать такими факторами.
Современные космические и наземные исследования, а также возможности численного моделирования позволили ученым Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН и другим исследователям сделать вывод, что инициировать явление Эль-Ниньо могут полюсные приливы и океанические волны Россби, которые бегут вдоль поверхности термоклина, разделяющего тёплый верхний и холодный нижний слои океана.
Помимо указанных причин, необходимо учитывать моменты синхронизации сил тяготения Луны и Солнца в Тихом океане в период солнечных затмений и их конфигурацию между затмениями. Сезонные синоптические процессы на планете были бы однотипными из-за практически постоянных на современном этапе климатообразующих факторов (широта, удалённость от океана, распределение суши и моря, высота и расположение рельефообразующих систем, характер подстилающей поверхности), если бы не влияние астрономических причин (силы тяготения Луны и Солнца, солнечная активность и др.). Роль влияния основных лунно-солнечных циклов и ускорения движения Луны на угловую скорость суточного вращения Земли, моменты перестроек элементарных естественных синоптических периодов Б. П. Мультановского давно изучаются Н. С. Сидоренковым.
2.4 Интенсивность явления и его хронология и география распространения
По имеющимся многолетним наблюдениям сложно оценить периодичность явления Эль-Ниньо без какои?-либо предварительнои? их обработки. Временные интервалы между явлениями составляют от 2-х до 11 лет. Наиболее часто встречающии?ся промежуток между явлениями 5-6 лет.