Глава 1. История исследования
В 1891 г. Луис Гарранза, президент Географического товарищества Перу, обратил внимание на периодическое появление теплого тихоокеанского течения между портами Пайта и Пакасмайе. Это течение получило от моряков Пайты название Эль-Ниньо, что в переводе означает ребенок Христа. Такое название было дано потому, что теплое морское течение периодически возникало после праздника Рождества Христова [7].
Первое упоминание термина «Эль-Ниньо» относится к 1892 году, когда капитан Камило Каррило на конгрессе Географического общества в Лиме сделал сообщение об этом тёплом северном течении. Название «Эль-Ниньо» течению дано потому, что оно наиболее заметно в период Рождества.
К концу девятнадцатого столетия поднялся интерес предсказаниям климатических аномалий (для производства еды) в Индии и Австралии. Чарльз Тодд в 1893г. предположил, что засухи в Индии и Австралии происходят в одно и то же время. Норман Локьер указал на то же самое в 1904г. В 1924г. Гилберт Волкер первым ввел термин "Южное Колебание", под которым понимается явление Эль-Ниньо – Ла-Нинья.
Со второй половины XX в. изучением этих природных состояний активно занялись специалисты, и представление о них несколько расширилось. Эль-Ниньо - это 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 26°С. При явлении Ла-Нинья в этом слое температура падает приблизительно на такую же величину. Выяснилось также, что оба состояния - единое явление, а Эль-Ниньо и Ла-Нинья – лишь крайние стадии его развития.
Гидрометеорологические условия изменяются не только вблизи Южной Пацифики, но и в тропической и субтропической зонах всего земного шара. Во время Эль-Ниньо Австралия, Африка, Индонезия и страны бассейна Индийского океана страдают от засухи. Дефицит осадков приводит к заметному снижению мирового урожая зерновых культур, поскольку большинство посевных площадей находится именно в этих местах. По неполным данным, ущерб от одного из самых сильных Эль-Ниньо 1982 – 1983 гг. составил 13 млрд долл.
В последнее время выполнено большое количество исследований, в том числе и российскими специалистами, доказывающими возможность влияния Эль-Ниньо – Ла- Нинья на гидрометеорологические и экологические условия океанов, морей и материков не только экваториальной зоны, но и всего земного шара [6, 8 – 10]. Полагают даже, что самый большой и наиболее важный сигнал в межгодовой климатической изменчивости Земли связан именно с этим феноменом [9]. Если этим вопросом посвящено значительное количество публикаций, то существенно меньше внимания в последнии годы уделяется изучению природы Эль-Ниньо – Ла-Нинья.
В 1924 году английский метеоролог Г. Уокер разработал и успешно применил на практике так называемый «метод мировой погоды», в основе которого заложен поиск дальних связей между изменениями гидрометеорологических элементов в различных районах земного шара (рис 1.1). Исследуя природу муссонных ветров в Южной и Южно-Восточной Азии, Уокер проанализировал аномалии атмосферного давления в субтропической зоне южного полушария и пришёл к заключению, что муссоны являются частью глобальной циркуляции атмосферы, а не её региональным элементом. Оказалось, что над Австралийско-Индонезийским районом Индийского океана (г. Дарвин, Северная Австралия) и над акваторией южной части Тихого океана (острова Общества Таити), расположяенными по меридиану на разных концах света, атмосферное давление, не без помощи индийского муссона, изменяется в противофазе. Центры действия этих гигантских «качелей» давления располагаются, таким образом, в южном полушарии – поэтому и «Южное колебание» [13].
Рис. 1.1. Нормальное состояние конвекционной петли Уолкера [19]
Только через 40 лет, в 1966 – 1969 гг., американский метеоролог Дж. Бьеркнес связал явление Южного колебания с явлением Эль-Ниньо. Ему удалось установить, что когда «качели» наклонены в сторону Австралии, Перуанский апвеллинг работает нормально, устойчивые пассаты гонят холодную воду мимо Галапагосских островов на запад (в сторону низкого давления ) вдоль экватора наблюдается «холодная» фаза Южного колебания – Ла-Нинья, в период которой экологических проблем на планете не происходит. При этом уровень Тихого океана в его западной части на 50 см выше (по причине нагона сюда тёплой воды пассатом), чем в восточной [13].
В случае же, когда «качели» наклонены в сторону Таити – происходит сбой в обычной системе циркуляции Тихого океана, пассаты ослабевают вплоть до смены направления на восточное (в сторону низкого давления) и тёплая вода от побережья Новой Гвинеи устремляется на восток. Перуанское течение по этой причине «останавливается» и далее развиваются все события, характерные для тёплой фазы Южного колебания – Эль-Ниньо. При этом разность уровней между восточной и западной частями океана меняет знак. Теперь он уже в восточной части на 50 см выше, чем в западной [13].
Такой механизм взаимодействия атмосферы и океана в периоды Эль-Ниньо дал основание предположить, что в первую очередь этот феномен отражает реакцию океана на воздействие переменных пассатных ветров. Чётко зарегистрированные приборами колебания уровня на восточной и западной перифериях Тихого океана при смене «тёплой» и «холодной» фаз Эль-Ниньо представляет, по мнению профессора К.Н. Федорова, те же самые «качели», но не в атмосфере, а в океане. Причиной их раскачивания являются пассатные ветры. После указанной схемы их традиционного направления или ослабления интенсивности накопившаяся в период Ла-Нинья у западного побережья тёплая вода в виде так называемой внутренней волны Кельвина «откатывается» к берегам Перу и Эквадора и вносят свой вклад в подавление апвеллинга и повышения ТПО [13].
После открытия Бьеркнесом связи явления Эль-Ниньо с Южным колебанием для оценки степени возмущения (аномальности состояния) глобальной атмосферной и океанической циркуляции учёные стали использовать индекс Эль-Ниньо/ Южного колебания – SOI (Southen Oscillation Index). Он является количественной характеристикой Южного колебания и отражает разность давления над островом Таити и г. Дарвин в Австралии [13].
В последнее время выполнено большое количество исследований, в том числе и российскими специалистами, доказывающими возможность влияния Эль-Ниньо - Ла-Нинья на гидрометеорологические и экологические условия океанов, морей и материков не только экваториальной зоны, но и всего земного шара. Полагают даже, что самый большой и наиболее важный сигнал в межгодовой климатической изменчивости Земли связан именно с этим феноменом. Если этим вопросам посвящено значительное количество публикаций, то существенно меньшее внимание в последние годы уделяется изучению природы Эль-Ниньо - Ла-Нинья.
Эль-Ниньо в 1982-83 г. привел к тому, что резко подскочил интерес научного сообщества к этому явлению. Появилось несколько теорий относительно течения Эль-Ниньо.
Основные теории:
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 [15].