Почему Эль-Ниньо бывает разным

Оригинал: "A Multiscale Model for El Niño Complexity"

arXiv:2104.07174 · 2021-04-15 · CC BY 4.0 · 2 мин

Три ритма океана и ветра объясняют, почему тёплые и холодные фазы Тихого океана не похожи друг на друга.

Тихий океан работает как оркестр с тремя дирижёрами. Один дирижёр машет палочкой быстро: это порывы ветра, которые дуют то с запада, то с востока. Второй дирижёр двигается медленнее: это волны тепла, которые годами путешествуют по океану. Третий дирижёр почти не заметен: это фоновая циркуляция воздуха, которая меняется десятилетиями. Все трое вместе управляют Эль-Ниньо — тёплым пятном в океане, от которого зависит погода на всей планете.

Раньше думали, что Эль-Ниньо — это простые качели: тёплая вода у берегов Южной Америки сменяется холодной, и так каждые несколько лет. Но качели часто ломаются. Тёплое пятно может появиться не у берега, а в центре океана, или холодная фаза затягивается на три зимы подряд. Учёные долго не могли понять, почему так происходит, и прогнозы часто ошибались.

Новая модель собрала все три ритма вместе. Быстрые порывы ветра действуют как случайные толчки, причём сила толчка зависит от того, насколько уже прогрелась вода. Медленные волны тепла перетекают между западной, центральной и восточной частями океана. А фоновый ритм меняет общую циркуляцию воздуха, делая одни типы событий более вероятными. Модель прогнали на 2000 лет вперёд, и она выдала 660 тёплых событий и 852 холодных, причём 60% тёплых событий оказались у берега, а 40% в центре океана — как в реальных наблюдениях.

Модель объяснила, почему холодные фазы чаще затягиваются на несколько лет, чем тёплые. За 2000 лет получилось 209 многолетних холодных событий и только 100 многолетних тёплых. Причина в том, что тёплые события у берега запускаются случайными порывами ветра, а тёплые события в центре океана рождаются из медленной динамики тепла, которая сама себя ограничивает.

Теперь у учёных есть инструмент, который показывает не только что произойдёт, но и почему. Модель можно использовать для прогнозов, для обучения компьютерных программ и для проверки того, как глобальное потепление изменит характер Эль-Ниньо. Оркестр из трёх дирижёров наконец сыгрался, и его партитура помогает расслышать, какой будет следующая музыка Тихого океана.

Весь граф →

В симуляции модели за 2000 лет экстремальные Эль-Ниньо случаются в среднем каждые 16 лет, а в наблюдениях с 1950 года — каждые 10–20 лет. Модель воспроизвела даже отложенный экстремальный Эль-Ниньо 2015–2016 годов, когда первый порыв западного ветра запустил событие, но восточный порыв его убил, и лишь следующая серия порывов довела до экстремума.

\frac{d\tau}{dt} = -d_{\tau}\tau + \sigma_{\tau}(T_C)\dot{W}_{\tau}

Амплитуда порывов ветра затухает со временем, но случайные толчки зависят от температуры центральной части океана.

\frac{dI}{dt} = -\lambda(I - m) + \sigma_I(I)\dot{W}_I

Фоновая циркуляция Уокера медленно возвращается к среднему значению под действием случайных возмущений.

c_1(T_C) = 25\left(\frac{T_C + 0.75}{7.5}\right)^2 + 0.9

Чем сильнее аномалия температуры в центре океана, тем сильнее затухание, что ограничивает рост событий.

Понятия

энсо южная осцилляция эль-ниньо многомерный индекс ЭНСО индекс Эль-Ниньо модель Джина–Тиммермана весенний барьер предсказуемости модель осциллятора с подзарядкой южная осцилляция межгодовая изменчивость ERSST ла-нинья буйковые станции TAO/TRITON естественная изменчивость распространение экваториальных волн сезонный цикл смешанные моды колебаний объём тёплой воды NOAA PMEL TAO NOAA CPC сезонный форсинг

Я автор

Почему Эль-Ниньо бывает разным