Новые представления о формировании явления
Эль-Ниньо – Ла-Нинья

Автор: А.Л. Бондаренко
Опубликовано на Meteoweb.ru 11-01-2015

Путём анализа натурных наблюдений течений и поля температуры экваториальной области Тихого океана показано, каким образом океанические долгопериодные волны солитоны создают явление Эль-Ниньо – Ла-Нинья.

Введение

Состояние природы, когда вода, обычно холодная в прибрежной и восточной части экваториальной зоны Тихого океана, начинала нагреваться и гибли рыбы, другие морские обитатели, птицы и т.п., начинались обильные ливни, наводнения, штормы на море, жители Южной Америки называли Эль-Ниньо. Это явление могло продолжаться более года.

Когда же температура морской воды падала, погода и экологические условия вновь становились благоприятными, а продуктивность океана и суши, пострадавших от Эль-Ниньо, восстанавливались, наступало явление, получившее название Ла-Нинья.

Со второй половины XX в. изучением этих природных состояний активно занялись специалисты, и представление о них расширилось. Эль-Ниньо — глобальное явление, при котором температура поверхностного слоя воды восточной половины экваториального Тихого океана и вод, прилегающих к Южной Америке в районе Эквадора, Перу и частично Чили, повышается на 4 – 5 °С, относительно среднего значения, 25 °С. При явлении Ла-Нинья в этом слое температура приблизительно на такую же величину падает (рис. 1а, б, в, г).

Выяснилось также, что оба состояния — единое явление, а Эль-Ниньо (Э-Н) и Ла-Нинья (Л-Н) — лишь крайние стадии его развития. Поэтому мы это явление называем: Эль-Ниньо – Ла-Нинья (Э-Н - Л-Н).

Рис. 1. Температура (°С) воды экваториальной области Тихого океана от берегов Южной Америки до о. Новая Гвинея на глубине 15 м:
а) среднее значение температуры воды за период 1993 – 2009 гг.,
б) аномалии температуры воды на время 1997г – 09 – 20, во время сильного Эль-Ниньо,
в) аномалии температуры воды на время 2008г – 02 – 10, во время сильного Ла-Нинья,
г) аномалии температуры воды на время 2000г – 12 – 10, во время среднего Ла-Нинья.
aviso.oceanobs.com, elnino.noaa.gov/lanina.html

Существующие представления
о формировании явления Эль-Ниньо – Ла-Нинья

Есть несколько, в том числе и принципиально разных объяснений формирования явления Э-Н – Л-Н [1, 2]. В некоторых возникновение Э-Н объясняют поступлением тёплых вод в рассматриваемую область океана с запада, а Л-Н – холодных с юга. В других гипотезах появление Э-Н связывают с приходом волн Кельвина с востока океана.

Путём анализа натурных наблюдений была доказана несостоятельность этих гипотез [1, 2, 3]. В частности, было установлено следующее. Во время Э-Н не наблюдается сильных течений на запад, а наблюдаются крайне слабые течения переменного направления. По продолжительным многолетним измерениям течений было установлено также, что в экваториальной зоне Тихого океана существуют долгопериодные волны, названные Экваториальными волнами Россби. Строго доказательно было установлено, что эти волны распространяются в западном направлении. При этом никаких волн, распространяющихся в восточном направлении, в том числе и Кельвина, обнаружено не было.

Прежние представления автора
о формировании явления Эль-Ниньо – Ла-Нинья

С 2004 г. автором статьи, иногда с соавторами было опубликовано несколько статей, в которых рассматривалась гипотеза формирования Э-Н – Л-Н долгопериодными волнами, получивших название Экваториальных волн Россби [1, 2, 4, 5, 8]. Вот краткое их содержание.

Существует параметр волн – орбитальные движения частиц воды. Эти движения регистрируются прибором как течения. По измерениям течений и обнаруживаются волны в океане. Эти течения можно назвать волновыми течениями. Они переменные по скорости и направлению. Вектор течений меняется с периодом волны. Природа такова, что в экваториальной зоне волны большие, гораздо больше, чем за его пределами, соответственно, и скорости волновых течений большие. Далее будет объяснена причина. Такие большие волны на Экваторе регистрируются во всех океанах. Уникальные по продолжительности измерения течений, включающие волновые течения, имеются по Тихому океану, где они измеряются непрерывно с марта 1983 г по настоящее время, т.е. больше тридцати лет. Образец измерений течений и температуры воды у поверхности океана представлен (рис. 2а, б).

Параметры Экваториальных волн Россби Тихого океана определены по измерениям течений на Экваторе в точках I (140° з.д.), II (110° з. д.) эксперимента ТАО: направление распространения – западное, фазовая скорость – 0.9 м/c, период – 19 сут., длина волны – 1500 км, амплитуды колебаний меридиональной составляющей скорости течений волн до 80 см/c [1, 2, 4, 7].

По мере удаления от Экватора к северу и югу на 2 – 3° амплитуды волн заметно уменьшаются и не превышают 30 см/c. Часто эти волны около Экватора рассматривают, как «захваченные» Экватором, а небольшие по площади экваториальные зоны – как особые зоны концентрации энергии волн.

Волны у Экватора заметно модулируют, выстраиваются в группы. При неизменной фазе в модуляциях укладывается примерно 18 волн, что по времени соответствует одному году. На рис. 2а такие модуляции чётко выражены, их три: в 1995, 1996 и в 1998 гг. Фаза модуляций не меняется во времени от года к году. Обычно при нормальном развитии процессов максимальные волны в модуляциях наблюдаются в сентябре, а минимальные в марте. В экваториальной зоне Тихого океана укладывается приблизительно десять волн, т.е. почти половина модуляции. Иногда модуляции имеют стройный квазигармонический характер, и это состояние можно рассматривать, как типичное для экваториальной зоны Тихого океана. Иногда они выражены нечетко, но иногда волны «разрушаются» и превращаются в последовательность волн с малыми амплитудами.

По результатам измерений течений и температуры воды в точке I за период 1983-99 гг была получена зависимость температуры поверхности воды, показателя развития явления Э-Н – Л-Н от амплитуды колебания скорости течения Экваториальных волн Россби (рис. 3) [1, 2]. Она была объяснена так. В Экваториальных волнах Россби движения частиц воды происходят в горизонтальной и вертикальной плоскостях. При этом подъём и опускание воды чередуются во времени. Скорости горизонтальных движений частиц воды (течений) пропорциональны вертикальным скоростям. За счёт вертикальных движений происходит перемешивание холодных глубинных вод с тёплыми поверхностными водами и, таким образом, холодные воды поступают к поверхности океана. Амплитуды колебаний скорости течений волн меняются во времени, что и создаёт переменные по скорости вертикальные движения воды, влияющие на температуру воды у поверхности океана. Чем больше волны, тем активнее поступает холодная вода к поверхности океана и тем ниже будет её температура у поверхности.

Рис. 2. Меридиональная составляющая скорости течения V (а) и температура воды (б)
в пункте на Экваторе (140° з. д.) на горизонте 10 м за период 1995 – 1998 гг.

Таким образом, температура на поверхности океана, являющаяся показателем развития Э-Н — Л-Н, зависит от амплитуд колебания скорости течений волн Россби. В периоды Л-Н биологическая продуктивность океана увеличивается, но не только за счет понижения температуры воды, как считается, а в первую очередь за счет увеличения вертикальных движений воды. В периоды Э-Н вертикальные движения воды ослабевают, что приводит к повышению температуры воды и уменьшению биологической продуктивности океана. Явления, аналогичные Э-Н — Л-Н Тихого океана, наблюдаются в Атлантическом и Индийском океанах, но в менее значительных масштабах.

Зависимость температуры поверхности океана от Экваториальных волн Россби наглядно подтверждается графиком (рис. 3). Высокий