Реакция Индийского океана на события Эль-Ниньо | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: География

Опубликовано в Молодой учёный №3 (14) март 2010 г.

Статья просмотрена: 143 раза

Библиографическое описание:

Серых И. В. Реакция Индийского океана на события Эль-Ниньо // Молодой ученый. — 2010. — №3. — С. 82-87. — URL https://moluch.ru/archive/14/1309/ (дата обращения: 16.12.2018).

На основе анализа данных вековых рядов наблюдений за приповерхностной температурой и атмосферным давлением на уровне моря выполнена идентификация эффекта Эль-Ниньо в Индийском океане [1-2]. Наиболее четко данное явление зафиксировано в периоды межфазовых состояний основного муссонного сигнала в полях гидрофизических характеристик океана и гидрометеорологических параметров атмосферы, когда системы их циркуляции соответствуют квазистационарному фоновому типу. При этом установлено, что относительно небольшой по сравнению с Тихим океаном горизонтальный масштаб северной части Индийского океана может предопределять фазовое опережение перестройки его гидрофизического режима под влиянием событий Эль-Ниньо. В частности, крупномасштабное поле атмосферного давления в экваториально-тропическом поясе Индопацифики испытывает во время Эль-Ниньо существенную деформацию со всеми сопутствующими погодными и климатическими последствиями.

Разнонаправленные зональные градиенты возникающих аномалий давления в соответствующей широтной полосе указывают на изменение знака существующих здесь двух смежных ячеек атмосферной зональной циркуляции Уокера с наступлением Эль-Ниньо на противоположный. Наклоны уровня океана вдоль экватора в Индийском океане и Тихом океанах приобретают противоположные по сравнению с нормой знаки. Поле температуры поверхности океана (ТПО), также как уровень, претерпевает заметные структурные изменения. Между колебаниями этих характеристик повсеместно наблюдается определенное качественное соответствие. Спад уровня сопровождается понижением ТПО и наоборот, повышение температуры сопутствует росту уровня. В общем случае в экваториальной области Индийского океана реакция ТПО на Эль-Ниньо проявляется в виде заметного ее повышения (в среднем более 0.5 градуса С) в западном направлении. Квазисинхронное изменение полярности зеркально-симметричных океанских диполей ТПО в Тихом и Индийском океанах можно считать определенным свидетельством общности механизма крупномасштабного термодинамического процесса Эль-Ниньо в целом для всей экваториально-тропической зоны Индопацифики.

Основная трудность идентификации сигнала Эль-Ниньо в тропической области Индийского океана заключается в том, что возбуждаемое им возмущение атмосферной циркуляции происходит на фоне сильного регулярного муссонного сигнала, обладающего годовой цикличностью. Вследствие такой суперпозиции вынуждающих сил вклад сигнала Эль-Ниньо в суммарную энергию циркуляции атмосферы, как более слабый по сравнению с муссонным, может переходить в область "белого шума", где обнаружить его весьма трудно. Полученные ранее результаты исследования особенностей муссонной изменчивости системы поверхностной циркуляции в северо-западной части бассейна [3-4] свидетельствуют о преодолении нами указанной трудности (Рис. 1).

 

 

Рис. 1. Спектры ТПО в регионе 5ºс.ш.-5ºю.ш., 170º-120ºз.д. (Niño 3.4) за 1900-2008 гг. Спектр до удаления регулярного сезонного хода обозначен прерывистой линией, сплошной – после. Пунктирной линией выделены пики 5 лет и 3,6 года, относящиеся к Эль-Ниньо. Слева внизу приведён 80% доверительный интервал.

 

В "чистом" виде эффект Эль-Ниньо в Индийском океане можно обнаружить в полях гидрометеорологических характеристик в периоды межфазовых состояний муссонной циркуляции, когда основное муссонное возмущение в гидрофизических полях океана и атмосферы практически отсутствует, и их динамические системы соответствуют квазистационарному, фоновому типу. При этом небольшой, по сравнению с Тихим океаном, пространственный масштаб северной части Индийского океана может предопределять фазовое опережение перестройки его гидрофизического режима под влиянием событий Эль-Ниньо.

Результаты анализа глобальных полей основных гидрометеорологических характеристик за все время их инструментальных наблюдений (1900-2008 гг.) показали, что крупномасштабное поле атмосферного давления в экваториально-тропическом поясе Индопацифики во время Эль-Ниньо испытывает заметную деформацию (Рис. 2). Для Атлантического, Индийского и западной части Тихого океанов характерно увеличение давления (положительная аномалия), в последнем случае с экстремальными его значениями в области планетарной атмосферной конвекции, расположенной в Индонезийском регионе. Одновременно с этим над восточной частью Тихого океана наблюдается повсеместное понижение давления, что в первую очередь должно проявляться в спаде активности Южного субтропического антициклона - важного центра действия атмосферы в южном полушарии. Следствием данного фактора является известное затухание юго-восточного пассата в период Эль-Ниньо, способствующее возникновению восточного переноса на экваторе. Разнонаправленные зональные градиенты аномалий давления в экваториальной зоне Тихого и Индийского океанов указывают на то, что существующие здесь две смежные ячейки зональной атмосферной циркуляции с наступлением Эль-Ниньо изменяют свой знак на противоположный. В межмуссонный период рельеф уровня поверхности Тихого и Индийского океанов при отсутствии Эль-Ниньо характеризуется подъемом в области их сопредельной границы, проходящей через район архипелага Индонезийских островов. В тоже время на противоположных меридиональных границах океанов отмечается понижение уровня с экстремумами, соответственно в Чилийско-Перуанском и Сомалийском регионах. В качестве ситуации, соответствующей фоновой, принят осредненный за 1982-2004 гг. рельеф уровня поверхности океана в ноябре. При Эль-Ниньо наклоны уровня вдоль экватора в Индийском и Тихом океанах имеют противоположные, по сравнению с нормой, или фоновой ситуацией, знаки. В восточной части Индийского океана, вблизи о. Суматра, в этот период развивается интенсивный апвеллинг, приводящий к существенному понижению температуры поверхностных вод. Во время Эль-Ниньо 1997-1998 гг., когда указанные характерные возмущения уровня проявились в наибольшей степени, область его пониженных значений охватывала в Индийском океане всю восточную половину экваториальной зоны. Трансокеанский перепад уровня составил тогда около 50 см, что существенным образом должно было сказаться на структуре циркуляции вод в экваториальной зоне.

 

 

Рис. 2. Возмущение полей атмосферного давления на уровне моря и геострофического ветра в нижней тропосфере при Эль-Ниньо (разности между Эль-Ниньо и Ла-Ниньа). Использованы ансамбли событий за 1900-2008 гг.: 12 эпизодов Эль-Ниньо и 12 эпизодов Ла-Ниньа.

 

Поле температуры поверхности океана (ТПО) во время Эль-Ниньо так же, как и уровень, претерпевает заметные структурные изменения (Рис. 3). Причем, между колебаниями этих характеристик повсеместно наблюдается определенное качественное соответствие, а именно – спад уровня сопровождается понижением ТПО и наоборот, повышение температуры всегда сопутствует росту уровня. Известно, что существующая в экваториальной зоне Тихого океана ярко выраженная дипольная структура поля ТПО изменяет знак своей полярности в периоды Эль-Ниньо, в результате чего аномалии этой характеристики на противоположных участках указанной зоны также изменяют свои знаки. Это подтверждено полученными в нашей работе результатами композиционного анализа поля ТПО за период 1900-2008 гг., аналогично тому, что сделано для поля давления.

 

Рис. 3. Возмущение поля приповерхностной температуры при Эль-Ниньо (разности между Эль-Ниньо и Ла-Ниньа). Использованы ансамбли событий за 1900-2008 гг.: 12 эпизодов Эль-Ниньо и 12 эпизодов Ла-Ниньа.

 

В экваториальной области Индийского океана реакция ТПО на Эль-Ниньо проявляется в виде заметного ее повышения (более 0,5 град С) в западном направлении. В качестве ситуации, соответствующей фоновой, принята ТПО для ноября, осредненная за 1982-2004 гг. Во время Эль-Ниньо 1997-1998 гг. обнаружено, что сомалийская отрицательная аномалия ТПО исчезла, уступив место более теплым водам, а в районе западного побережья Суматры, где обычно в это время года поверхностная вода имеет повышенную температуру, развился крупномасштабный апвеллинг, в котором холодная глубинная вода поднялась к поверхности. Еще раз подчеркнем, что ярко выраженная аномальная дипольная структура ТПО в Индийском океане наблюдается именно в осеннюю переходную фазу муссонного цикла, когда эффекты, обусловленные муссонами, как в атмосфере, так и в океане существенно ослаблены и не вуалируют эффект Эль-Ниньо. Таким образом, квазисинхронное изменение полярности обоих зеркальных диполей ТПО в экваториально-тропической зоне двух океанов можно считать определенным свидетельством общности механизма крупномасштабного термодинамического процесса Эль-Ниньо для всей Индопацифики в целом.

В годы без Эль-Ниньо среднее поле ветра в октябре-ноябре на экваторе в нижней тропосфере характеризуется преобладающей восточной составляющей вектора скорости в Тихом и западной в Индийском океанах. В верхней тропосфере соответствующие зональные компоненты скорости ветра имеют противоположные направления. Такую структуру движения воздушных масс в экваториальной области Тихого океана принято называть естественной циркуляцией Уокера. В Индийском океане такая циркуляционная ячейка также существует с тем лишь отличием, что движение в ее вертикальной плоскости совершается в противоположном направлении. Анализ рассчитанных в нашей работе ветровых полей на нижней границе тропосферы показал, что во время Эль-Ниньо региональные циркуляции Уокера изменяют свое направление на обратное. Так, в октябре-ноябре 1997 г. над Индийским океаном в отличие от нормы господствовали ветры восточных румбов с аномалиями до - 12 м/сек, а над Тихим – западные ветры с аномалиями до + 9 м/сек. В верхней тропосфере также прослежено изменение направления ветра на обратное.

Для проверки гипотезы о связи Индийского муссона с Эль-Ниньо выполнен соответствующий взаимный спектральный анализ крупномасштабных дипольных структур (Рис. 4). Анализ включал в себя оценку взаимосвязи возмущений атмосферного давления и приповерхностной температуры в экваториальной зоне Индийского и Тихого океанов; исследование взаимозависимости зональных градиентов атмосферного давления в этих областях; оценку характера изменений зональных разностей приповерхностной температуры вдоль экватора в регионе Индопацифики. Результаты этих расчетов показали, что на межгодовых временных масштабах (1-10 лет) между полями приповерхностной температуры и давления на уровне моря имеется тесная связь. Кроме того, такая же связь прослеживается между другими гидрометеорологическими характеристиками двух океанов. Характер этой связи указывает на зеркальную симметрию развивающихся в них климатических процессов. Связующим звеном для этих процессов является область планетарной атмосферной конвекции на общей границе океанов. Значительным возмущающим для климатической системы фактором на межгодовом масштабе выступают квазициклические явления Эль-Ниньо, которые сопровождаются квазисинхронным реверсом циркуляционных ячеек Уокера и изменением полярности дипольных структур в полях гидрофизических характеристик Тихого и Индийского океанов.

 

 

 

 

 

 

 

 

а                      давление                                           б                      температура

 

 

в                      давление                                           д                      температура

  

 

Рис. 4. Спектральные (а, б) и взаимные спектральные (в, г) функции зональных разностей атмосферного давления на уровне моря и приповерхностной температуры в Индийском и Тихом океанах на экваторе (10ºс.ш.-10ºю.ш.) за период 1900-2008 гг. Индийский океан (сплошная линия): разность между 50º-60ºв.д. и 90º-100ºв.д. Тихий океан (пунктирная): разность между 120º-130ºв.д. и 90º-80ºз.д. Когерентность – сплошная линия, фазовые соотношения – пунктирная.

 

Выполненное исследование изменчивости глобальных полей атмосферного давления на уровне моря и приповерхностной температуры при Эль-Ниньо позволило сформулировать основы физико-эмпирической модели этого явления. Есть основания полагать, что, рассматривая природу этого явления, мы имеем дело с планетарными атмосферными приливами, обусловленными внутренними термодинамическими процессами в климатической системе. При этом перестройка атмосферной циркуляции, связанная с перераспределением давления, сопровождается возмущением всех основных гидрофизических параметров системы, включая приповерхностную температуру. Важные события при эпизодах Эль-Ниньо происходят в экваториальном поясе Земли. Полученное в работе распределение вдоль экватора дисперсии возмущений атмосферного давления позволило связать положение ее максимумов с фоновыми и нестационарными очагами атмосферной конвекции, а также с нисходящими и восходящими ветвями циркуляции Уокера, изменяющей знак своего обращения при Эль-Ниньо. В это время атмосферное давление на уровне моря повышается в экваториально-тропическом поясе над Индийским океаном, Африкой, Атлантикой, областью планетарной конвекции в Индонезийском регионе, но одновременно оно понижается над восточной частью Тихого океана. В соответствии с оцененными в работе возникающими горизонтальными градиентами давления на экваторе в нижней тропосфере (уровень 850 гПа) формируются ветры западных румбов в Тихом океане и восточных в Индийском, а вместе с ними соответствующие течения и переносы поверхностных океанских вод. В верхней тропосфере (уровень 200 гПа) в этот период характерный для нормы западный перенос в Тихом и восточный в Индийском изменяют свои знаки, свидетельствуя, что соответствующие ячейки циркуляций Уокера реверсируют. Таким образом, процессы восходящей вертикальной конвекции в этих циркуляциях при Эль-Ниньо затухают, сменяясь областями нисходящих движений, что приводит к изменению всех гидрометеорологических характеристик нижних слоях атмосферы и гидрофизических показателей верхнего слоя океана.

Формулируя принципиально новый результат исследования можно заключить, что основной эффект Эль-Ниньо проявляется в экваториально-тропической зоне Тихого и Индийского океана согласованно в виде квазисинхронной смены полярности крупномасштабных зеркальных океанских диполей в полях всех известных гидрометеорологических и гидрофизических характеристик. Установлено, что в отношении Эль-Ниньо вся экваториально-тропическая область Индопацифики выступает как единый природный объект, являющий элементом общей региональной климатической подсистемы. Это заключение основано на выявленной в работе принципиальной идентичности и квазисинхронности проявления феномена Эль-Ниньо в Тихом и Индийском океанах: перемене полярности в их зональных гидрофизических диполях и в смене знака атмосферных циркуляций в соответствующих ячейках Уокера.

Уникальность результатов исследования заключается в выделении эффекта Эль-Ниньо в Индоокеанском регионе на фоне муссонного сигнала путем целенаправленного выбора временного интервала в рядах исходных данных, соответствующего фоновой, "межмуссонной" фазе циркуляции атмосферы и океана. На основе этого подхода впервые удалось оценить "чистый" эффект Эль-Ниньо и определить влияние, которое он оказывает на гидрофизический режим северной части Индийского океана в каждую фазу муссонного цикла его внутригодовой изменчивости. Так, при анализе, к примеру, летней фазы циркуляции атмосферы и океана в тропической зоне Индоокеанского региона видно, что для нее характерны восточный перенос на экваторе, мощный подъем вод в районе Сомалийского побережья Африки, положительная аномалия ТПО в районе Суматры и др. Наши исследования показали, что все эти факторы находятся в противофазе по отношению к соответствующим проявлениям эффекта Эль-Ниньо в Индийском океане. Следовательно, в период летнего Индийского муссона этот эффект приводит к ослаблению восточного экваториального переноса в океане и атмосфере, повышению температуры воды в районе сомалийского апвеллинга и понижению ТПО на востоке акватории со всеми вытекающими отсюда гидрометеорологическими последствиями. Исследование особенностей взаимосвязи Индийского муссона и Эль-Ниньо за периоды 1950-1974 гг. и 1975-2008 гг. показало, что известная внезапная перестройка в глобальном поле атмосферного давления в середине 1970-х годов привела к качественным изменениям региональной циркуляции атмосферы во время событий Эль-Ниньо (Рис. 5). В первый период устойчивая аномалия в виде антициклонического образования на севере Аравийского моря и устойчивого циклона на севере Бенгальского залива при Эль-Ниньо блокировали юго-западный перенос на Индостан влажных воздушных масс из океана. Во втором из названных выше отрезков времени, после отмеченной глобальной перестройки поля атмосферного давления локальные барические аномалии в северной части Индийского океана ослабли и изменили свое местоположение, что способствовало определенному восстановлению нормального муссонного цикла атмосферной циркуляции в регионе.

 

 

Рис. 5. Поля разности аномалий атмосферного давления на уровне моря (гПа) и геострофического ветра в нижней тропосфере (м/сек) для летнего муссона (июнь-сентябрь) при Эль-Ниньо между периодами 1975-2008 и 1950-1974 гг.

 

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 09-05-00867-а, а также Федеральной Целевой Программой «Мировой океан» (Государственный контракт 01.420.1.20001).

 

Литература

  1. Бышев В.И., Нейман В.Г., Романов Ю.А., Серых И.В. О пространственной неоднородности некоторых параметров глобальной изменчивости современного климата. Доклады РАН. 2009. Т. 426. № 4. С. 543-548.
  2. Бышев В.И., Иванов Ю.А., Нейман В.Г., Романов Ю.А., Серых И.В., Скляров В.Е., Щербинин А.Д. О проявлении эффекта Эль-Ниньо в Индийском океане. Доклады РАН. 2008. Т. 419. №3. С. 391-396.
  3. Бышев В.И., Нейман В.Г., Серых И.В., Щербинин А.Д. О роли муссонного фактора в изменчивости течений Индийского океана. Метеорология и гидрология. 2007. № 3. С. 54-68.
  4. Бышев В.И., Нейман В.Г., Серых И.В., Щербинин А.Д. Новые данные о системе течений в Сомалийском районе Индийского океана. Доклады РАН. 2006. Т.409. № 2. С. 250-255.
Основные термины (генерируются автоматически): Индийский океан, Тихий океан, атмосферное давление, приповерхностная температура, уровень моря, экваториальная зона, нижняя тропосфера, северная часть, атмосферная циркуляция, верхняя тропосфера.


Похожие статьи

Использование тестовых заданий для эффективной подготовки...

1) Атмосферное давление над сушей 742 мм рт.ст., над морем — 757 мм рт.мт.

А12. Экваториальные и тропические воздушные массы действуют в природной зоне.

А43.Почему температура воздуха в тропосфере с высотой понижается.

Содержание ртути в поверхностном слое донных осадков...

В северной части Берингова моря в двух пробах LV63–20 и LV63–23 содержание ртути составило 33 и 53 нг/г соответственно.

Содержание ртути в донных осадках западной части Берингова моря и прикамчатского сектора Тихого океана сопоставимо с содержанием ртути в...

Аккумулирование энергии солнца Мировым океаном

Рис. 1. Изменение температуры океана в зависимости от глубины.

И это происходит в относительно прозрачных водах центральной части Черного моря.

Солнечной энергии, поступающей в верхние слои океана, более чем достаточно для обеспечения человечества...

Коралловые рифы и изменение климата на планете Земля

‒ значительное повышение температуры мирового океана, особенно во время Эль-Ниньо (колебание температуры поверхностного слоя воды в экваториальной части Тихого океана, имеющее заметное влияние на климат [1]). Если температура будет подниматься...

Влияние приливных течений на гидрологические условия...

Сложная схема течений северной части Японского моря, их временная изменчивость, заток холодных вод через пролив Лаперуза приводят к сложному гидрологическому режиму акватории полуострова Крильон юго-западного побережья острова Сахалин...

Метеорологические условия формирования пыльных бурь...

Повторяемость и длительность их по территории неравномерна, в зависимости от характера, состояния почв и особенностей атмосферной циркуляции.

Волеваха В. А. исследовала состояние нижней тропосферы при пыльных бурях продолжительностью 6 ч и более при...

Проблемы современной экологии | Моря, океаны

Сильно загрязнён Тихий океан. В северной его части образовалось так называемое Большое тихоокеанское мусорное пятно.

Средняя концентрация углекислого газа в тропосфере за счет деятельности человека ежегодно возрастает примерно на 0,4 %. На основании компьютерного...

Определение Cd и Ni в атмосферном воздухе города Баку...

Скачать Часть 1 (pdf). Библиографическое описание

Провести микроволновое вскрытие в режиме: нагрев до 200 оС и выдержать при данной температуре в течение 40 мин. После нагрева

Изучение динамики загрязнения атмосферного воздуха г. Баку показывает рост...

Рекомендации по конструкции и режиму работы колонны...

Кроме того, в колонне предусмотрены штуцера для приборов контроля температуры, давления и уровня.

В верхней части колонны смонтирован сетчатый отбойник. Объем кубовой части составляет 6,2 м3, обеспечивающий ~2–4 мин. работы насоса циркуляции кубовой жидкости в...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Использование тестовых заданий для эффективной подготовки...

1) Атмосферное давление над сушей 742 мм рт.ст., над морем — 757 мм рт.мт.

А12. Экваториальные и тропические воздушные массы действуют в природной зоне.

А43.Почему температура воздуха в тропосфере с высотой понижается.

Содержание ртути в поверхностном слое донных осадков...

В северной части Берингова моря в двух пробах LV63–20 и LV63–23 содержание ртути составило 33 и 53 нг/г соответственно.

Содержание ртути в донных осадках западной части Берингова моря и прикамчатского сектора Тихого океана сопоставимо с содержанием ртути в...

Аккумулирование энергии солнца Мировым океаном

Рис. 1. Изменение температуры океана в зависимости от глубины.

И это происходит в относительно прозрачных водах центральной части Черного моря.

Солнечной энергии, поступающей в верхние слои океана, более чем достаточно для обеспечения человечества...

Коралловые рифы и изменение климата на планете Земля

‒ значительное повышение температуры мирового океана, особенно во время Эль-Ниньо (колебание температуры поверхностного слоя воды в экваториальной части Тихого океана, имеющее заметное влияние на климат [1]). Если температура будет подниматься...

Влияние приливных течений на гидрологические условия...

Сложная схема течений северной части Японского моря, их временная изменчивость, заток холодных вод через пролив Лаперуза приводят к сложному гидрологическому режиму акватории полуострова Крильон юго-западного побережья острова Сахалин...

Метеорологические условия формирования пыльных бурь...

Повторяемость и длительность их по территории неравномерна, в зависимости от характера, состояния почв и особенностей атмосферной циркуляции.

Волеваха В. А. исследовала состояние нижней тропосферы при пыльных бурях продолжительностью 6 ч и более при...

Проблемы современной экологии | Моря, океаны

Сильно загрязнён Тихий океан. В северной его части образовалось так называемое Большое тихоокеанское мусорное пятно.

Средняя концентрация углекислого газа в тропосфере за счет деятельности человека ежегодно возрастает примерно на 0,4 %. На основании компьютерного...

Определение Cd и Ni в атмосферном воздухе города Баку...

Скачать Часть 1 (pdf). Библиографическое описание

Провести микроволновое вскрытие в режиме: нагрев до 200 оС и выдержать при данной температуре в течение 40 мин. После нагрева

Изучение динамики загрязнения атмосферного воздуха г. Баку показывает рост...

Рекомендации по конструкции и режиму работы колонны...

Кроме того, в колонне предусмотрены штуцера для приборов контроля температуры, давления и уровня.

В верхней части колонны смонтирован сетчатый отбойник. Объем кубовой части составляет 6,2 м3, обеспечивающий ~2–4 мин. работы насоса циркуляции кубовой жидкости в...

Задать вопрос