Закономерности
формирования
явления Эль-Ниньо - Ла-Нинья
А.Л.Бондаренко,
доктор географических
наук
Показано, каким образом волны Россби формируют явление Эль-Ниньо - Ла-Нинья. Автором впервые в мировой практике дано новое и, при этом, экспериментально строго обоснованное объяснение этого явления [3, 4]. Можно допустить, что люди, обитающие на берегах Южной Америки экваториальной зоны Тихого океана были знакомы с этими явлениями со времён глубокой древности. Пожалуй, со времён появления здесь человека. При не понятных тогда обстоятельствах начинала нагреваться обычно холодная вода прибрежной зоны. В это же самое время гибла рыба и морские животные, птица, а на суше, начинали обильно идти грозовые дожди, часто происходили наводнения и штормы, что наносило в целом большой материальный ущерб людям. Явление, которое сопровождалось всем этим местным испано-язычным населением Южной Америки было названо Эль-Ниньо, в переводе с испанского мальчик младенческого возраста. Это явление могло продолжаться более года. После чего природа входила в прежнее своё состояние, обычное. Температура морской воды уменьшалась и становилась относительно холодной. Экологические условия становились вновь благоприятными и продуктивность океана и материков, пострадавших от Эль-Ниньо восстанавливалась. Явление, с которым связано это состояние природы было названо Ла-Нинья, девочка младенческого возраста. Таким образом, неприятные события у местного населения ассоциировались с лицами мужского пола, а приятные – женского. За последние половину века представления о явлениях Эль-Ниньо и Ла-Ниня несколько расширились. Так было установлено, что с этими явлениями связано изменение температуры не только в прибрежной зоне моря, но и на значительной экваториальной части Тихого океана. В настоящее время изучены некоторые статистические характеристики пространственно – временного изменения температуры поверхности океана. Это позволяет нам несколько иначе сформулировать названия этих явлений. Эль-Ниньо (Э-Н) - это глобальное явление, при котором происходит потепление на 4 - 50С относительно среднего значения ~ 260С поверхностного слоя воды восточной половины экваториального Тихого океана и вод, прилегающих к Южной Америке в районе государств Эквадор, Перу и частично Чили (рис. 1). Ла-Нинья (Л-Н)- явление при котором происходит похолодание поверхностного слоя воды этого района приблизительно на такую же величину. Фактически существует единое явление - Эль-Ниньо - Ла-Нинья (Э-Н - Л-Н), а отдельно Э-Н и Л-Н - крайние стадии его развития.
Рис. 1.
Аномалии температуры поверхности воды экваториальной зоны Тихого океана в
октябре относительно среднего его значения за период 1980-1995 гг [16.].
В последние десятилетия было установлено, что явления Эль-Ниньо - Ла-Нинья сказываются на гидрометеорологических условиях не только места протекания этих явлений, но всего земного шара. Так, например, во время Эль-Ниньо Австралия, Африка, Индонезия и страны бассейна Индийского океана страдают от засухи. Дефицит осадков в большей части восточного полушария приводит к заметному снижению мирового урожая зерновых культур, поскольку большая часть посевных площадей находится именно в этом полушарии. По неполным данным, ущерб от одного из самых сильных Э-Н 1982 – 1983 гг оценен более чем в 13 млрд. долл. [11]. В последнее время выполнено большое количество исследований, в том числе и учёными нашей страны, указывающими на возможность влияния Э-Н - Л-Н на гидрометеорологические условия океанов, морей и материков не только экваториальной зоны, но и всего земного шара [7, 8, 9, 11]. Так авторы [11] отмечают, что исследования последних десятилетий показали, что самый большой и наиболее важный сигнал в межгодовой климатической изменчивости связан с явлением Э-Н - Л-Н. Изложенное, явилось основанием особого интереса науки данного явления, на что указывают многочисленные публикации в зарубежных и отечественных журналах. Так в работе [7] отмечается, что исследования столь многочисленны, что даже простое перечисление их весьма затруднительно. Однако абсолютное большинство этих исследований посвящено вопросам прогнозирования стадии развития Э-Н - Л-Н и влияния этого явления на состояние гидрометеорологических и экологических условий океанов и суши земного шара и очень мало выполнено исследований по изучению его природы, особенно в последнее время. Существует много, в том числе и принципиально разных, объяснений возникновения явления Э-Н - Л-Н, довольно полные сведения, о которых приведены в работах [8, 9, 10]. Эти объяснения принципиально можно разделить на два класса. В объяснениях первого класса Э-Н - Л-Н формируется экваториальными крупномасштабными течениями и противотечениями, а второго – волнами Кельвина и Россби, образование и развитие которых, как считают авторы гипотезы, тесно связано с изменениями ветровой активности над океаном. Все эти объяснения основаны больше на расчетно-гипотетических представлениях и меньше на натурной, реальной информации о процессах как-то связанных с формированием Э-Н - Л-Н, особенно о динамики вод океана. Анализ реальной информации приводит к противоречиям с вышеупомянутыми объяснениями. Таких противоречий довольно много, но здесь укажем только на некоторые из них. Так, в объяснениях первого класса Э-Н наступает в результате поступлений теплых вод из восточной части океана в западную, вызванных образовавшимся поверхностным противотечением в результате прекращения действия ветра - пассатов. В работах [13] приводятся уникальные по надёжности, продолжительности (15 лет) и информативности данные об экваториальных течениях и волнах Россби, из которой следует, что поверхностных противотечений способных доставить воду из западной части океана в восточную просто не существует. Время действия течений в восточном направлении не превышает половины года при средней их скорости не более 0,3 м/с. А для того, чтобы доставить воду из западной части океана в восточную скорость течения должна быть в три раза больше, 1 м/с. В объяснениях формирования Э-Н - Л-Н второго класса, в частности, образование Э-Н связано с появлением вызванных пассатами волн Россби вне экватора, севернее и южнее от него. Волны распространяются на запад и, достигнув западных границ океана, отражаются от них уже в виде волн Кельвина и распространяются на восток вдоль экватора. Достигнув восточной части океана, они создают Э-Н. Из информации приведенной в [13, 15] и высказываний авторов [15] следует что, в экваториальной зоне океана волн Кельвина нет, нет также и волн Россби. А есть “смешанные” волны, обладающие признаками волн Россби и гравитационных. Эти “смешанные” и волны Россби имеют, как схожие свойства, так и различия. Так, те и другие волны распространяются в западном направлении, но основная доля энергии волн Россби сосредоточена севернее и южнее от экватора, а у “смешанных” волн на экваторе. В дальнейшем эти “смешанные” волны всё же будем называть волнами Россби, поскольку так принято. Из изложенного можно сделать вывод, что эти объяснения явления Э-Н - Л-Н трудно считать правильными. И это естественно, когда они разрабатывались, учёные не располагали достаточной информацией о реальной динамике вод экваториальной зоны, в частности о крупномасштабных течениях и волнах Россби, а руководствовались лишь некими гипотетическими представлениями о них, как выяснилось не совсем верными. Такая реальная информация появилась только в последние два десятилетия [13, 15], как результат анализа репрезентативных измерений течений экваториальной зоны океана, выполняемых по программе TOGA TAO, которой, кстати, мы и воспользовались для объяснения и обоснования механизма формирования явления Э-Н - Л-Н. Ниже мы приведём своё отличное от ранее известных объяснение природы явления Э-Н - Л-Н, основанное на анализе его развития и натурной информации о крупномасштабных течениях и волнах Россби активно участвующих в формировании этого явления в режиме одновременной их связи. Это открытие не было для нас случайным. Оно было подсказано нашими прежними исследованиями явления схожего с Э-Н - Л-Н, прибрежного апвеллинга – даунвеллинга, с которым связан подъём глубинных вод на поверхность океана, моря и опускание поверхностных на глубину. Было установлено экспериментально, что эти явления формируются преимущественно не ветром, как предполагалось, а крупномасштабными течениями и континентальными шельфовыми волнами в режиме вынужденной, одновременной их связи [2]. Согласно [6] континентальные шельфовые волны и Россби близкие явления, имеющие схожую динамику и дисперсионные соотношения. Фактически это одни и те же явления, но развивающиеся в различных условиях: одни у берегов океанов и в морях, другие в открытых частях океанов. Нам виделось, что и явление Э-Н - Л-Н имеет схожую природу с явлением апвеллинг – даунвеллинг. В обоих случаях активную роль в формировании этого явления играют крупномасштабные течения и волны, а пассивную – восточный берег моря или океана в образовании апвеллинга – даунвеллинга и экватор – в образовании Э-Н - Л-Н. Однако конкретно объяснить механизм формирования явления Э-Н - Л-Н мы смогли только после знакомства с информацией о параметрах и свойствах реальных экваториальных крупномасштабных течений и волн Россби, которую удалось обнаружить сравнительно недавно. Чтобы объяснить читателю механизм формирования явление Э-Н - Л-Н необходимо дать некоторые представления о параметрах и свойствах волн Россби и крупномасштабных течениях экваториальной зоны Тихого океана. Сформулируем их ниже.
Крупномасштабные течения и волны Россби тропической зоны Тихого океана В период с 1979 по 1995гг были выполнены измерения течений на экваторе Тихого океана в пунктах 3 (1400W), 2 (1240W), 1 (1100W) (рис. 1), а также севернее и южнее на 1,50 пункта 3 [13, 15], по которым, как отмечалось, была получена высоко достоверная информация о волнах Россби и крупномасштабных течениях. Эта информация позволила иначе представить эти явления. 
В экваториальной зоне океана, выделяется крупномасштабное поверхностное и подповерхностное течения направленные вдоль экватора (рис. 2). Направление поверхностного течения изменяется во времени приблизительно с годичным периодом на восток - запад - восток и максимальными скоростями до ~80 см/c. Но средние за год течения в поверхностном слое воды до горизонта 20 - 30м со скоростями ~20 см/c распространяются на запад. Следует оговориться, что предполагается существование постоянного поверхностного течения не на запад, а на восток и называется оно Межпассатным противотечением. Ниже до горизонта 250- скоростями до 90 см/c распространяется на восток. Это знаменитое экваториальное подповерхностное противотечение Кромвеля. Скорости противотечения Кромвеля также могут меняться с годичным периодом и амплитудой приблизительно до 60 cм/c. Так, что скорости течения Кромвеля могут увеличиваться до 1,5 м/c и уменьшаться до 30 см/c. На экваторе расход подповерхностного течения на восток в среднемноголетнем режиме приблизительно в 50 - 100 раз больше поверхностного на запад. Большие скорости течений наблюдаются в узкой до 20 к северу и югу приэкваториальной зоне океана. Далее за пределами этой зоны они малы. Волны Россби открытого океана и экваториальной зоны образуют непрерывное, взаимосвязанное поле свободных волн, охватывающее весь Мировой океан и являющееся энергоёмким образованием. Последовательность волн, как во времени, так и в пространстве представляет собой непрерывный ряд, сформированных в модуляции (группы, цуги, биения) малых - больших – малых и т.д. волн с периодом один год. Свойство волн приобретать модуляционное строение присуще многим типам волн и играет важную роль в развитии динамики вод бассейна. Однако механизм его не изучен. Предположительно построение волн в модуляции связано с неким взаимодействием между собой волн с различными периодами или простым наложением двух или нескольких систем волн с близкими периодами. В настоящее время наука не может доказательно объяснить, как и почему волны выстраиваются в модуляции, почему иногда они чёткие, а иногда не чёткие, почему эти модуляции имеют определенный период, почему они иногда разрушаются и, наконец, почему на экваторе период модуляций равен одному году и фаза не меняется со временем. Можно утверждать, что энергетический уровень поля волн во времени изменяется гораздо медленнее, чем изменяются амплитуды колебания скорости течения волн в модуляциях и смена направлений связанных с волнами крупномасштабных течений. О связи волн и течений будет сказано немного позже. Авторы [2] считают, что время жизни и установления волн Россби и связанной с ними переменной части крупномасштабных течений равно более 102 периода волн, что равно приблизительно 10 годам. Это совсем не большая величина и, судя по всему, заниженная. Так, время жизни и установления ветровых волн и зыби обоснованное экспериментально равно 103 – 104 их периода. Вместе с тем существенные изменения амплитуд колебаний скорости течений волн Россби могут происходить за время равное от одного до девяти периодов волн, а крупномасштабных течений – за половину года. Отсюда одновременная корреляционная связь кинетической энергии волн и крупномасштабных течений с активностью источника энергии, в качестве которого мы рассматриваем атмосферную активность - ветер или/и флуктуации атмосферного давления, должна отсутствовать. Более подробно об этих свойствах волн Россби экваториальной зоны океана можно прочесть в [4]. По параметрам течений с большой степенью точности определены [15] основные параметры волн Россби экваториальной зоны: направление распространения - на запад с фазовой скоростью 0,9 м/c, период ~ 20 суток,
длина волны ~ скорости течений - до 80 см/c. У этих волн в приэкваториальных районах океанов меридиональная составляющая значительно больше зональной. Такие большие амплитуды колебаний скорости течений волн Россби наблюдаются в узкой приэкваториальной зоне океана. По мере удаления от экватора к северу и югу амплитуды колебания скорости течения волн заметно уменьшаются и уже в пассатной зоне они не превышают 30 см/c. Таким образом, основная доля кинетической энергии волн, впрочем, как и течений, сосредоточена у экватора. Часто эти волны, и течения, у экватора рассматривают, как захваченные экватором, а небольшие по площади экваториальные и западные зоны океанов, как особые области концентрации энергии волн и течений океанов. Большие скорости течений наблюдаются только у экватора и у западных окраин океанов. Во всех остальных областях океанов они редко превышают 10 – 15 см/c.
Рис. 3. Скорость течений (фактически волн Россби) вдоль меридиана (вверху) и крупномасштабных течений вдоль экватора (внизу) в пункте I (140о з.д.). Выделяются чёткие модуляции между промежутками времени, отмеченными цифрами 1-2, нечёткие между 3-1 и промежутки времени, где модуляции разрушены, 4-3. Волны у экватора, как отмечалось, заметно модулируют, и в модуляциях укладывается ~18 волн, что соответствует по времени одному году и их фаза не меняется (рис. 3). В экваториальной зоне Тихого океана укладывается 9 волн, половина модуляции. Иногда модуляции имеют стройный квазигармонический характер, иногда они выражены не четко и иногда "разрушаются” и превращаются в волновые образования с частым чередованием больших и малых волн или в целом волны становятся малыми. Возможно, в механизме создания модуляций участвуют колебания системы Земля – океан - атмосфера, которые проявляются в свободных нутационных движениях полюсов с таким же приблизительно периодом, как и период модуляций, около года [12]. Во всяком случае, между этими явлениями наблюдается хорошая корреляционная связь. Следует отметить, что такие чёткие модуляции наблюдаются в волнах только у экватора, в остальных областях океана они выражены не чётко и период их различный. При пересечении волнами Тихого океана (за 0,5 года) их энергия и параметры меняются очень слабо. Так, при прохождении волн меду пунктами 3 и 1 ( модуляций практически не изменялись, что и позволило с большой степенью точности определить основные параметры волн: фазовую скорость, длину, период. Согласно исследованиям [2] крупномасштабные экваториальные течения U включают постоянную часть U’ и переменную U” изменяющуюся приблизительно и в основном с годичным периодом. U = U’ + U”. У поверхности океана скорости постоянной части течений, как отмечалось, равны приблизительно 20 см/с, у переменной, направленной на запад и восток они достигает 80 см/с. Согласно тем же исследованиям [2] волны Россби и переменная часть течений физически, энергетически связаны зависимостью: U” = KV0, (1) где U” – скорость переменной части крупномасштабного течения, V0 – амплитуда колебаний скорости течений волн Россби, К - постоянная величина, для условий в пункте 3, К~1,5, коэффициент корреляции 0,9. Формирование Эль-Ниньо - Ла-Нинья
течения и подповерхностные противотечения и связанные с ними физически и энергетически волны Россби. Поверхностные течения и подповерхностные противотечения создают вертикальную циркуляцию вдоль экватора, которая перемещает поверхностные теплые воды на запад океана, а подповерхностные на восток, в результате чего термоклин на западе океана опущен на глубину, а на востоке он приподнят близко к поверхности океана (Рис. 4). Термоклин это сравнительно небольшая прослойка воды между холодными глубинными и приповерхностными более теплыми водами. У восточных окраин океана циркуляция создаёт подъём холодных вод на поверхность - апвеллинг, а у западных опускание теплых - даунвеллинг. Такая ситуация преобладает в среднегодовом и многолетнем изменении. Но крупномасштабные течения (и циркуляция) обычно с периодичностью один год изменяются в направлении восток - запад - восток и т.д. и в такт с этими изменениями на какое-то время апвеллинг меняется на даунвеллинг и наоборот. Термоклин будет подниматься и опускаться с такой же периодичностью.
В этих условиях температура поверхностных вод прибрежной зоны океана будет зависеть от этих параметров течений и положения термоклина. Учитывая, что само положение термоклина зависит от скорости и направления течения, то и температура поверхностных вод, T в прибрежной зоне океана будет зависеть от скорости и направления течения U” (вектора), т. е. T = φ (U”). (1) 
Рис. 5. Линии токов волн Россби по вертикальному сечению крупномасштабного течения. Линии токов обозначены тонкими линиями в виде эллипсов со стрелками. Волны Россби создают циркуляцию воды, аналогичную изображённой на рис. 5 [5]. В одной части волны вода поднимается, в другой -опускается. В результате холодные глубинные и теплые поверхностные воды перемешиваются и в целом на поверхности океана в приэкваториальной зоне оказываются более холодные воды, чем за её пределами, к северу и к югу от экватора. Температура воды у поверхности океана, Т будет зависеть от разности количеств тепла поступившего из атмосферы и глубин океана. Количество тепла, поступившее из глубин океана будет зависеть от осредненной за некоторое время амплитуды колебаний скорости течений волн Россби, с.к.о.V0 (среднее квадратическое отклонение) т.е. продолжительности действия этих волн, их частоты 1/t (t - период волны) и обратной величины расстояния от поверхности океана до термоклина - 1/H. Если допустить, что в среднем поток тепла из атмосферы не меняется во времени, то изложенные связи для фиксированного места области развития Э-Н - Л-Н можно записать в условной форме: T = f (с.к.о.Vo,1/t,1/H) (2). Учитывая, что с.к.о.V0 и U” взаимосвязаны (см. (1)) и глубина термоклина зависит от U”, то для постоянной частоты волн, 1/t (2) и фиксированного места океана можно записать: T=g(U”) = Y (c.к.о.Vo). (3)
Явления, аналогичные с Э-Н - Л-Н Тихого океана, Для проверки изложенного объяснения Э-Н - Л-Н нами использовались измерения температуры поверхности воды, Т в пункте 1 (рис. 1) и меридиональной составляющей скорости течений фактически волн Россби (см. образец записи, рис. 6а, б). Зависимость (3) легко прослеживается чисто умозрительно в измерениях температуры воды и скорости течения волн Россби. На рис. 6а представлены записи волн Россби, их амплитуда меняется во времени. 
Рис. 6а, б. Приведены измерения меридиональной составляющей скорости течения, V и температуры воды в пункте I на горизонте На участке 101 – 801 час. Зафиксированы волны построенные в модуляции. Выделяется две модуляции. Большим волнам амплитудами ~ 80 см/с, наблюдаемых приблизительно в моменты времени 301, 701 час соответствует низкая температура воды, T ~240C, а малым волнам, в промежутке между этими модуляциями соответствует более высокая температура воды, ~ 260С. При обычном развитии событий зимой вода более тёплая, летом холодная. Этим состояниям воды соответствует слабое Эль-Ниньо и Ла-Нинья, соответственно. Иногда волны разрушаются и превращаются в хаотическую последовательность относительно небольших волн, на рис. 6а такое состояние начинается со времени ~ 801 час. Начиная с этого момента температура воды начинает увеличиваться и достигает 300С. Это состояние океана называется Эль-Ниньо. Обычно оно начинается зимой и продолжается больше года, иногда два года. Поскольку температура поверхности океана зависит не от текущей величины волны Россби, а от средней за некоторый промежуток времени, то в дальнейшем для анализа связи температуры воды и волн Россби мы используем среднеквадратические величины амплитуды колебания скорости течения за интервал осреднения ½ года, с.к.о.Vo и текущее значение температуры поверхности воды океана [4]. Результаты приведены на рис. 7а, б, в. 
Рис. 7а, б, в. Характеристики скорости течений и температуры поверхности воды океана в пункте (140о з.д.).
Меридиональная составляющая скорости течений (фактически течений волн Россби), измеренных на горизонте (в середине), температура поверхности океана (внизу). Римскими и арабскими цифрами отмечены моменты времени, пояснение в тексте. 
Рис. 8. Связь среднеквадратической (за половину года) величины скорости течений волн Россби с температурой воды поверхности океана. Коэффициент корреляции 0,88. По Т и с.к.о.Vo была построена связь(3) (рис. 8). Сопоставлялись максимумы (I, II, III и т. д.) и минимумы (1, 2, 3 и т. д.) значений кривой в) с соответствующими максимумами и минимумами кривой б) (рис. 7а, б, в). Эта связь имеет коэффициент корреляции 0,88, что свидетельствует о том, что температура на поверхности океана, которая и является показателем развития Э-Н - Л-Н, зависит от амплитуды колебания скорости течения волн Россби и, естественно, от параметров связанных с ними крупномасштабных течений. Связь температуры воды на поверхности океана с волнами хорошо заметна при визуальном рассмотрении поведения параметров волн Россби. Так, моментам Л-Н (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) соответствует низкая температура поверхности воды (~240C) и четкие волновые колебания течений в модуляциях с большой амплитудой (рис.7а, б, в). В это время крупномасштабные течения направлены на запад и их скорости достигают максимальных значений. Моментам слабого Э-Н (I, II, III, IV, V, рис. 7в) соответствует средняя температура поверхности воды (~270C) и волновые колебания в модуляциях с малыми амплитудами, но не продолжительное время. В это временя крупномасштабные течения направлены на восток и их скорости максимальны. Моментам сильного Э-Н (VI, VII, VIII, рис.61в) соответствует высокая температура (~290С) и волновые колебания течений с малыми амплитудами продолжительное время и малыми скоростями крупномасштабных течений. Такая ситуация наблюдается, например, между моментами времени 4 – 5 (рис. 7а). В периоды Л-Н биопродуктивность океана увеличивается, и соответственно количество рыбы в нем, не только за счёт понижения температуры воды, но в первую очередь за счет интенсификации вертикальных её движений. В период Э-Н вертикальные движения воды ослабевают, что и приводит в первую очередь к уменьшению биопродуктивности океана и гибели рыбы в нем. Таким образом, наше объяснение механизма явления Э-Н - Л-Н хорошо согласуется с данными анализа этого эксперимента. наблюдаются и в Атлантическом и Индийском океанах, но в менее заметных масштабах. Эль-Ниньо - Ла-Нинья и пассаты
развития происходит в такой последовательности. В принятых объяснениях. Изменения атмосферной активности, а точнее ветра – пассатов приводит к изменению динамики вод океана (крупномасштабных течений или долгопериодных волн). В свою очередь эти изменения динами вод определяют стадию развития явления Эль-Ниньо – Ла-Нинья, что проявляется в изменениях температуры поверхностных вод океана. Таким образом, первопричиной изменения стадии развития Эль-Ниньо – Ла-Нинья является атмосферная активность, активность ветра. В нашем объяснении первопричиной развития явления Эль-Ниньо – Ла-Нинья является модуляционный механизм взаимодействия волн, в результате активности которого изменяется динамика океана, а точнее волн Россби и крупномасштабных течений. Это в свою очередь приводит к изменению стадии развития явления Эль-Ниньо – Ла-Нинья, соответственно, и температуры поверхностных вод океана и, как следствия этого, температуры воздуха над океаном и режима ветра - пассатов. Таким образом, если в принятых объяснениях пассаты являются причиной изменения стадии развития Эль-Ниньо – Ла-Нинья, то в нашем – следствием. Считается, что существует довольно тесная корреляционная одновременная связь скорости крупномасштабных течений и скорости ветра - пассатов. Если рассматривать эту связь формально, то трудно ответить, что в этой связи является причиной, а что следствием. Обычно считается, что ветер, в данном случае пассаты, создают крупномасштабные течения. Эта точка зрения хотя и популярная, но довольно странная. Если допустить, что ветер создает крупномасштабные течения у экватора, тогда учитывая инерционность течений (время их жизни более десяти лет), одновременная корреляционная связь крупномасштабных течений с ветром должна отсутствовать, а она вроде бы есть и, судя по всему, хорошая. Из этого можно сделать вывод, что ветер - пассаты не создаёт изменения динамики вод океана и принятые объяснения формирования явления Эль-Ниньо – Ла-Нинья не верны. Вместе с тем наличие высокой корреляционной связи ветра с динамикой океана хорошо согласуется с нашим объяснением формирования Эль-Ниньо – Ла-Нинья, если считать, что инерционность атмосферы невелика и задержка в реакции ветра на изменения температуры вод небольшая. Следует отметить, что мы не одиноки в представлениях о характере связи ветра – пассатов и температуры поверхности вод экваториальной зоны океана. Так, всемирно известный учёный, метеоролог Дж. Бьеркнес [14] отмечал, что повышение температуры поверхности океана в восточной части экваториальной зоны Тихого океана происходит одновременно, а зачастую и опережает ослабление пассатов над центральной частью Тихого океана. Это дало основание метеорологам считать, что причиной ослабления пассатов является аномально высокая температура поверхности центральной части
Тихого океана [6,14]. Авторы работы [16] отмечают, что некоторые исследователи считают, что ветер не является причиной изменения температуры поверхностных вод, а эти изменения температуры сами создают ветер. Обосновывая это, они утверждают, что ветер затихает спустя два месяца после наступления Эль-Ниньо, т.е. спустя два месяца после того, как температура океана становится однородно теплой и практически отсутствуют температурные градиенты, приводящие к возникновению ветра. Тогда можно сделать вывод, что пассаты не создают крупномасштабных течений (в режиме одновременной связи) и, что они сами создаются различиями температуры поверхностных вод у экватора и за его пределами. Отсюда вывод: изменение ветровой активности не причина развития Эль-Ниньо – Ла-Нинья, как рассматривается в принятых объяснениях этого явления, а его следствие. И это не противоречит нашему объяснению природы явления Эль-Ниньо – Ла-Нинья, согласно которому сначала меняется динамика вод, обусловленная взаимодействием волн, а затем изменяется температура поверхностных вод океана и ещё позже (в данном случае через два месяца) - режим ветра, возникающего в результате разности температуры поверхностных вод океана. Обсуждение. Показано, что в развитии явления Э-Н - Л-Н активно участвуют волны Россби и крупномасштабные течения в режиме вынужденной их связи. Крупномасштабные течения обуславливают положение термоклина, удаляя от поверхности океана или приближая к ней холодные глубинные воды. Волны Россби создают переменно направленную циркуляцию в вертикальной плоскости перпендикулярной экватору. В результате активности волн происходит перемешивание по вертикали холодных глубинных вод с более тёплыми поверхностными водами и как следствие этого на поверхности экваториальной зоны океана оказывается более холодная вода, чем за её пределами к северу и к югу. Фактически Э-Н - Л-Н это апвеллинг – даунвеллинг обусловленный активностью волн Россби и связанных с ними крупномасштабных течений, развивающийся в обширной приэкваториальной зоне восточной части Тихого океана. В этом едином явлении (волны – течения) изменчивость во времени (и пространстве) указанных параметров волн и течений обусловлена действием некоего механизма, предположительно связанного с нелинейным взаимодействием волн, в результате чего волны Россби выстраиваются в последовательность волн с малыми – большими – малыми и т.д. амплитудами т.е. приобретают модуляционную структуру. Иногда эти модуляционные структуры “разрушаются” и превращаются в последовательность волн с хаотически изменяющимися амплитудами и в целом малыми по величине. Пропорционально и в такт с величиной амплитуд колебаний скорости течений волн Россби изменяется скорость и направление крупномасштабных течений и, соответственно, стадия развития Э-Н - Л-Н. В периоды, когда волны выстраиваются в стройные модуляции развивается Л-Н, при уменьшении волн в модуляциях развивается слабое Э-Н, а при разрушении модуляций – сильное Э-Н. Таким образом, непосредственной причиной развития явления Э-Н - Л-Н является модуляционный механизм перестройки волн Россби и связанных с ними крупномасштабных течений. В отличие от этого объяснения в принятых объяснениях непосредственной первой причиной является атмосферная активность, а точнее ветер над океаном. Изложенные положения нашего объяснения формирования Э-Н - Л-Н подтверждаются устойчивой эмпирической линейной связью температуры поверхности океана с полугодовой среднеквадратической амплитудой колебания скорости течения волн Россби. Дальнейшее изучение явления Э-Н - Л-Н встаёт перед необходимостью более глубокого изучения механизмов формирования волн Россби и крупномасштабных течений, их взаимных связей, а также изучением закономерностей построения волн Россби в модуляции. Необходимо понять почему модуляции имеют сезонную изменчивость.
Л и т е р а т у р а 1. Атлас ПОЛИМОДЕ. Под редакцией А.Д. Вуриса, В.М. Каменковича, А.С. Монина. 1986. Published by the Woods Hole Oceanographic Institution, Woods 2. Бондаренко А.Л., Жмур В.В., Филиппов Ю.Г., Щевьев В.А. О переносе масс воды морскими и океанскими долгопериодными волнами // Морской гидрофизический журнал. Севастополь. 2004. № 5 (сентябрь - октябрь). C. 24-34. 3. Бондаренко А.Л., Жмур В.В. О природе и возмиожности прогнозировкания явления Ель-Ниньо - Ла-Нинья // Метеорология и гидрология. 2004. № 11. С.39-49. 4. Бондаренко А.Л. Эль-Ниньо – Ла-Нинья: механизм формирования// Природа. №5. 2006. С. 39 – 47. Бондаренко А.Л., Жмур В.В.
Настоящее и будущее Гольфстрима// Природа. 2007. № 7. С. 29 – 37. 6. Гилл А. Динамика атмосферы и
океана. М.:Мир. Т. 2. 1986. 415 С. 7. Груза Г.В., Ранькова Э.Я.Э Клещенко Л.К., Аристова Л.Н. О связи климатических аномалий на территории России с явлением Эль-Ниньо – Южное колебание. – Метеорология и гидрология. 2000. № 5, с.32 – 51. 8. Гущина Д.Ю., Девитт Б., Петросянц М.А. Объединённая модель атмосферы и тропического Тихого океана. Прогноз явления Эль-Ниньо - Южное Колебание 1997-1998гг//Известия АН. Физика атмосферы и океана. 2000. Т.36. N0 5. c.581-604. 9. Мохов И.И., Елисеев А.В., Хворостьянов Д.В. Эволюция характеристик межгодовой климатической изменчивости, связанной с явлением Эль-Ниньо/Ла-Нинья //Известия АН. Физика атмосферы и океана. 2000. Т.36. № 6. c.741-751. 10. Нелепо А.Б., Калашников З.Р., Хунджуа Г.Г. Энергетика взаимодействия между океаном и атмосферой в зоне действия феномена Эль-Ниньо// III конференция "Физические проблемы экологии" Москва. Московский Государственный университет. 2002.№ 10.c.118-123. 11. Нечволодов Л.В., Лобов А.Л., Овинова Н.В., Разорёнова О.А., Чумакова Л.В. О связи аномалий меридионального переноса тепла в Северной Атлантике с явлением Эль-Ниньо – южное колебание// Метеорология и гидрология. 1999. № 6, с.53 – 65. 12. Сидоренков Н.С. Межгодовые колебания системы Атмосфера – Океан – Земля. С. 355 – 365. 1999. 13. Baturin N.G., Niiler P.P. Effects of instability waves in the mixed layer of the eguatorial Pacific// J. of Geophysical Research. V.102. NO.
C13. December 15. 1997.
pp.27,771-27,793. 14.
Bjerknes J // J. Phys. Oceanogr. 1972. V.106. P.447-462. 15. Наlpern D., Knox R.A. and Luther D.S.
Observation of 20-Day Period Meridional Current Oscillations in the 16.
Webster P.J., Palmer T.N. The past and the future of El-Niño// Nature. Vol. 390/11 december
1997. p. 562-564. Сведения об авторе. Альберт Леонидович Бондаренко, океанолог, доктор географических наук, ведущий научный сотрудник Института водных проблем РАН. Область научных интересов: динамика вод Мирового океана, взаимодействие океана и атмосферы. Достижения: доказательство существенного влияния океанических волн Россби на формирование термодинамики океана и атмосферы, погоды и климата Земли. |
