Почему Эль-Ниньо бывает разным: океан как гитарная струна

Оригинал: "A spatiotemporal oscillator model for ENSO"

arXiv:2306.04074 · 2023-06-07 · CC BY 4.0 · 1 мин

Тёплое течение в Тихом океане колеблется двумя способами сразу, как струна, издающая два звука одновременно.

Раз в несколько лет к берегам Перу приходит тёплая вода, и рыба уходит на глубину. Это Эль-Ниньо — тёплое течение, которое нарушает погоду на всей планете: где-то начинаются наводнения, где-то засуха. Учёные давно заметили, что Эль-Ниньо бывает разным: иногда тёплая вода стоит у берегов Южной Америки, а иногда — в самом центре Тихого океана. Почему так происходит, долго оставалось загадкой.

Океан можно сравнить с гитарной струной. Если дёрнуть струну, она зазвучит не одним тоном, а сразу несколькими: низким и высоким. Так же и океан, если его «дёрнуть» ветром, начинает колебаться двумя способами одновременно.

Новая модель объясняет это просто. У Тихого океана есть два главных «тона». Первый, низкий, колеблется медленно — за 4,3 года. При этом тёплая вода скапливается на востоке, у берегов Америки. Второй тон, высокий, колеблется быстрее — за 2,3 года, и тёплая вода появляется в центре океана. Если оба тона звучат вместе, но один громче другого, получаются разные события: от слабых до гигантских, как в 1997 году, когда океан прогрелся на три градуса. Так что Эль-Ниньо — это не одно явление, а смесь двух колебаний, как музыка из двух нот.

Весь граф →

Период второй моды ровно вдвое меньше первой, что напоминает обертоны в музыке: основной тон и его октава создают сложную мелодию климатических колебаний.

\frac{\partial^2 T'}{\partial t^2} = c^2 \frac{\partial^2 T'}{\partial x^2} + \frac{\partial Q'}{\partial t}

Аномалия температуры распространяется как волна со скоростью c, а внешний нагрев Q' действует как источник.

\omega_n = c \lambda_n = \frac{n \pi c}{L}

Частота колебаний каждой моды определяется скоростью волны и размером бассейна L; для n=1 период около 4.3 года, для n=2 — 2.3 года.

\omega^2 - 2 u k \omega - c^2 k^2 - i \alpha_k \omega = 0

Связывает частоту и волновое число; показывает, что волны затухают или растут в зависимости от знака коэффициента α_k, связанного с нагревом.

Понятия

энсо южная осцилляция эль-ниньо модель осциллятора с подзарядкой модель Джина–Тиммермана ла-нинья индекс Эль-Ниньо южная осцилляция ERSST многомерный индекс ЭНСО весенний барьер предсказуемости буйковые станции TAO/TRITON объём тёплой воды распространение экваториальных волн температура поверхности моря относительный они естественная изменчивость северное экваториальное противотечение вспышка западных ветров аномалия температуры поверхности моря волна кельвина

Я автор

Почему Эль-Ниньо бывает разным: океан как гитарная струна