ENSO (El Niño / Southern Oscillation), czyli oscylacja południowa – to naprzemienne występowanie ciepłych, dodatnich faz El Niño, i chłodnych, ujemnych faz La Niña.
—
El Niño 1997
La Niña 1988
Rys.1. Anomalia temperatury powierzchni morza (SST – Sea Surface Temperature) i anomalia opadów deszczu (Rainfall) dla El Niño w 1997 r. i dla La Niña w 1988 r.
—
Pierwszym naukowcem, który zdefiniował oscylację ENSO był brytyjski matematyk i meteorolog sir Gilbert Walker. Było to w 1926 roku. Również pierwszy odkrył oscylację północnoatlantycką oraz komórkę atmosferyczną na Pacyfiku i Oceanie Indyjskim nazwaną od jego nazwiska komórką cyrkulacyjną Walkera, odpowiedzialną za powstawanie monsunów w Indiach 1.
Walker zauważył również, że, gdy ciśnienie na Oceanie Spokojnym staje się wysokie, to zazwyczaj robi się niskie na Oceanie Indyjskim, od Afryki po Australię. Warunki te są związane z niskimi temperaturami na obu tych obszarach.
W 1969 roku norweski meteorolog Jacob Bjerknes, jako pierwszy, zauważył, że atmosfera równikowa jest mocno z ENSO sprzężona, i to, że maksymalne temperatury morza we wschodnim i środkowym równikowym Pacyfiku powstają w wyniku anomalnego osłabienia pasatów na półkuli południowej z jednoczesnym osłabieniem upwellingu równikowego u wybrzeży zachodnich Ameryki Południowej 2.
Bjerknes jako pierwszy też odkrył przeciwieństwo ciepłego El Niño, którym jest chłodna La Niña.
2011 rok z najsilniejszą La Niña był chłodniejszy od rekordowo ciepłego w XX wieku 1998 roku z drugim największym w historii pomiarów El Niño. To wtedy głębiny oceanów intensywnie się ociepliły.
—
Podczas El Nino pasaty na środkowym tropikalnym Pacyfiku, normalnie wiejące ze wschodu na zachód, od wybrzeży Ameryki Południowej ku wschodnim wybrzeżom Australii i Indonezji, słabną i odwracają kierunek z zachodu na wschód, ku wybrzeżom Ameryki Południowej. Ten atmosferyczno-oceaniczny proces powoduje nagrzewanie powierzchniowych warstw oceanu z jednoczesnym ochładzaniem głębin, co jest przyczyną wspomnianego zatrzymywania upwellingu, czyli wypływu chłodnych i bogatych w składniki odżywcze wód u zachodnich wybrzeży Ameryki Południowej. Ogrzane wody tropikalnego środkowego i wschodniego Pacyfiku bardzo silnie parują, dzięki czemu atmosfera mocno się nagrzewa.
Podczas La Nina bardzo silnie wieją pasaty na tropikalnym Pacyfiku w kierunku od wybrzeży Ameryki Południowej ku Australii i Indonezji eksportując masy nagrzanego powietrza do oceanu i dalej w głębiny. Wzmaga się wtedy silnie upwelling, dzięki czemu tropikalny środkowy i wschodni Pacyfik słabiej paruje, a atmosfera słabiej się nagrzewa, a nawet wręcz ochładza.
Wprawdzie najsilniejsze w historii pomiarów El Niño było w latach 1982/1983, ale wtedy był jeszcze mniejszy przyrost temperatury globalnej niż we wspomnianych latach 1997/1998 czy też w latach 2015/2016. W tym ostatnim przypadku było ono jednym z najdłuższych i najsilniejszych, odkąd je się mierzy.
—
Rys.2. Warunki El Niño: ciepła woda i konwekcja atmosferyczna przesuwają się na wschód. W przypadku silnego El Niño głębsza termoklina u wybrzeży Ameryki Południowej oznacza, że woda z upwellingu jest ciepła i uboga w składniki odżywcze.
—
Rys.3. Warunki La Niña: ciepła woda i konwekcja atmosferyczna przesuwają się na zachód. W silnym La Niñas głębsza termoklina u wybrzeży Australii oznacza, że woda z upwellingu jest ciepła i uboga w składniki odżywcze.
—
El Niño
W coraz cieplejszym świecie ekstremalne zdarzenia El Niño będą coraz częstsze. Na ten temat już w ubiegłej dekadzie wypowiedzieli się naukowcy.
—
Rys.4. (u góry) Anomalie temperatury powierzchni morza uzyskane z satelity w grudniu 2004 r., kiedy występowało słabe zjawisko El Niño. Dodatnie anomalie temperatury powierzchni morza zostały ograniczone do środkowego Pacyfiku. (na dole) Anomalie temperatury powierzchni morza uzyskane z satelity w grudniu 1997 r., kiedy występowało silne zjawisko El Niño. Anomalie temperatury powierzchni morza są największe na wschodnim Pacyfiku, a dodatnie anomalie rozciągają się od środkowego Pacyfiku aż po wschodni Pacyfik. Zdjęcie klimatu NOAA wykorzystujące dane z NOAAView
—
Praca zespołowa z 2014 roku, której głównym autorem jest Wenju Cai z Organizacji Badań Naukowych i Przemysłowych Wspólnoty Narodów (CSIRO – Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation), Instytutu Badań Morskich i Atmosferycznych w Aspendale, w stanie Wiktoria w Australii, mówi o tym, że takie ekstremalne zdarzenia El Niño, jak w latach 1997/98 i 1982/83 ulegną wręcz podwojeniu w przyszłym coraz cieplejszym świecie z temperaturą 1,5 stopnia Celsjusza powyżej okresu bazowego 1850-1900 4.
Są to typowe zmienności klimatu, które już oddziałują na wymuszenia antropogenicznych gazów cieplarnianych. Charakteryzują się one wyraźnym rozszerzeniem na wschód ciepłego basenu zachodniego Pacyfiku i rozwojem konwekcji atmosferycznej. Dlatego też występuje ogromny wzrost opadów na zazwyczaj zimnym i suchym równikowym wschodnim Pacyfiku.
Tak ogromna przebudowa planetarnej konwekcji atmosferycznej, w postaci ekstremalnego El Niño, powoduje bardzo poważnie zakłócone globalne wzorce pogodowe, które oddziałują ujemnie zarówno na ekosystemy, jak i na naszą gospodarkę. Np. rolnictwo, rybołówstwo. Te ekstremalne oscylacje oceaniczne również powodują nasilenie się cyklonów tropikalnych, susz, pożarów buszu, powodzi i innych ekstremalnych zjawisk pogodowych na całym świecie.
Wenju Cai w serwisie Carbon Brief powiedział 5:
Te ruchy powodują masową reorganizację cyrkulacji atmosfery, prowadząc do ekstremalnych warunków klimatycznych i pogodowych na całym świecie. Na przykład powodzie w Ekwadorze, Peru i południowo-zachodniej Ameryce, ale susze w Indonezji i innych krajach zachodniego Pacyfiku.
—
Agus Santoso, z ARC Centrum Badań Zmian Klimatu na Uniwersytecie Nowej Południowej Walii w Sydney, Michael McPhaden, z Laboratorium Środowiska Morskiego Pacyfiku, oraz Wenju Cai, z Centrum Badań Oceanów Półkuli Południowej i CSIRO w dziale Oceany i Atmosfera, w pracy swojej stwierdzili, że chociaż El Niño 2015/2016 było najsilniejsze w XXI wieku, to i tak w historii badań było ono dopiero trzecie, po 1982/1983 i 1997/1998. Wystąpiło ono już w znacznie bardziej ocieplonym świecie, zaznaczonym wieloma ekstremalnymi zjawiskami pogodowymi na miarę katastrof ekologicznych. 3
—
Rys.5. Średnia anomalii SST w okresie od 11 października 2015 r. do 7 listopada 2015 r. (Wikipedia).
—
Autorzy w swojej pracy napisali:
Chociaż El Niño 2015/2016 różni się w charakterystyczny sposób od wydarzeń z lat 1982/1983 i 1997/1998, nadal można je uznać za pierwsze ekstremalne El Niño XXI wieku. Jego skrajność można przypisać po części niezwykle ciepłym warunkom w 2014 r. i długotrwałemu ociepleniu tła. W efekcie badanie to dostarcza listę fizycznie znaczących wskaźników, które można łatwo obliczyć w celu identyfikacji i śledzenia ekstremalnych zdarzeń ENSO w obserwacjach i modelach klimatycznych.
Jak czytamy w powyższym artykule, 2014 rok był rokiem bez El Niño, ale już najcieplejszym wówczas w historii pomiarów. Wzmocnienie El Niño tylko jeszcze bardziej zwiększyło ocieplenie Ziemi w dalszych latach: 2015 i 2016 (nadal rekordowym).
Niniejszy artykuł przeglądowy omawia obecny pogląd na ENSO i jego skrajności w świetle charakterystyki El Niño 2015/2016, poprzez analizę różnych obserwowanych zmiennych, które charakteryzują procesy ENSO.
Naukowcy ocenili ekstremalne wydarzenia El Niño i La Niña, a następnie sporządzili listę fizycznych indeksów, najbardziej ekstremalnych cech ENSO, w celu ich obliczenia.
Takie wskaźniki mogą być przydatne nie tylko dla społeczności naukowej i agencji prognozowania klimatu, ale także dla branż, takich jak ubezpieczenia (np. Khalil i in., 2007) i rolnictwo (np. Fraisse i in., 2008 ; Iizumi i in. , 2014), które rozważały już wdrożenie niektórych wskaźników w celu opracowania strategii zarządzania ryzykiem.
—
La Niña
La Niña z kolei jest wzmocnieniem neutralnej fazy i często przynosi z sobą znacznie silniejsze pasaty wiejące ze wschodniego Pacyfiku na zachodni oraz nadmierne opady deszczu i powodzie w Australii i w archipelagu indonezyjskim, przynosząc z sobą również straty ekonomiczne, zarówno w ekosystemach, jak i w infrastrukturze miast i wsi.
Wenju Cai za pomocą symulacji modelu CMIP5 oszacował, że nastąpił przyrost ekstremalnych zdarzeń La Niña z jednego na 23 lata do jednego na 13 lat. A dzieje się tak dlatego, ponieważ przewidywane jest szybsze średnie ocieplenie kontynentu morskiego niż środkowego Pacyfiku. Następnie przewidywane są zwiększone pionowe gradienty temperatury w górnej części oceanu i zwiększona częstotliwość ekstremalnych zjawisk El Niño sprzyjają rozwojowi ekstremalnych zdarzeń La Niña 9.
—
Rys.6. Ilustracja ekstremalnych warunków La Niña. a, Warunki średniej temperatury powierzchni morza podczas zimy borealnej (grudzień-luty) z 50 lat obserwacji. Zabarwienie wskazuje temperaturę powierzchni morza w krokach co 1 °C. Wiatry powierzchniowe (strzałka) wieją ze wschodu na zachód, powodując przemieszczanie wód powierzchniowych na zachód, podczas gdy zimniejsze wody z głębokich oceanów zbliżają się do powierzchni we wschodnim równikowym Pacyfiku. Temperatury wzdłuż równika rosną od około 24°C na wschodzie do około 29°C w zachodniej części basenu. Czarny kontur obejmuje wody cieplejsze niż 28 ° C, obszar, w którym głównie występuje głęboka konwekcja i opady tropikalne. b, Borealne zimowe ekstremalne warunki La Niña. Nasilają się powierzchniowe wiatry wschodnie, wody cieplejsze niż 28°C cofają się na zachód wzdłuż równika, powodując przesunięcie głębokiej konwekcji i opadów w kierunku kontynentu morskiego (jak wskazano w ramce po lewej). Centralny Pacyfik równikowy (ramka po prawej) staje się chłodniejszy, a gradient temperatury między Kontynentem Morskim a środkowym Pacyfikiem Równikowym jest zwiększony. Przewiduje się, że ten gradient temperatury wzmocni się średnio wraz ze zmianami klimatycznymi, ze względu na stosunkowo większe ocieplenie kontynentu morskiego w stosunku do środkowego Pacyfiku, tworząc sprzyjające warunki do rozwoju ekstremalnych zjawisk La Niña (Źródło: Antonietta Capotondi).
—
Naukowcy piszą, że w latach 1998–1999 ekstremalne wydarzenie La Niña, które nastąpiło po ekstremalnym El Niño w latach 1997–1998, wpłynęło na zamianę ekstremalnych susz wywołanych przez El Niño w niszczycielskie powodzie w krajach zachodniego Pacyfiku i w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych. Co też miało taki wpływ, że podczas ekstremalnych wydarzeń La Niña na środkowym Pacyfiku zaczęły rozwijać się zimne warunki powierzchniowe, dzięki którym zaczął powstawać zwiększony gradient temperatury od strony kontynentu morskiego w kierunku środkowego Pacyfiku.
Na podstawie modeli CMIP5, naukowcy przedstawili dowody podczas modelowania klimatu i ekstrapolacji w przyszłość, że zwiększona częstotliwość takich ekstremalnych wydarzeń La Niña będzie miała miejsce w coraz cieplejszym świecie.
W sumie jednak przyszłość oscylacji La Niña jest jednak trudna do dokładniejszej analizy. Nie można też tego wykluczyć, że będą nasilone. Tego do końca tak dokładnie jeszcze nie wiemy.
—
Referencje:
- Walker G. et al., 1925 ; Correlation in seasonal variations of weather, IX. A further study of world weather ; Monthly Weather Review, Volume 53: Issue 6 ; https://journals.ametsoc.org/view/journals/mwre/53/6/1520-0493_1925_53_252_cisvow_2_0_co_2.xml
- Bjerknes J., 1969 ; Atmospheric teleconnections from the equatorial Pacific ; Monthly Weather Review, Volume 97: Issue 3 ; https://journals.ametsoc.org/view/journals/mwre/97/3/1520-0493_1969_097_0163_atftep_2_3_co_2.xml
- Cai W. et al., 2014 ; Increasing frequency of extreme El Niño events due to greenhouse Warming ; Nature Climate Change ; https://www.nature.com/articles/nclimate2100
- Santoso A. et al., 2017 ; The Defining Characteristics of ENSO Extremes and the Strong 2015/2016 El Niño ; Reviews of Geophysics ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017RG000560
- Cai W. et al., 2015 ; Increased frequency of extreme La Niña events under greenhouse Warming ; Nature Climate Change ; https://www.researchgate.net/publication/273287307_Increased_frequency_of_extreme_La_Nina_events_under_greenhouse_warming