Katastrofy pogodowe - zjawisko El Niño

Prezentacja na temat: "Katastrofy pogodowe - zjawisko El Niño"— Zapis prezentacji:

1 Katastrofy pogodowe - zjawisko El Niño
Kosek Wiesław Centrum Badań Kosmicznych Polska Akademia Nauk Książ,

2 Definicja: El Niño (hiszp. – Chłopiec lub dzieciątko „Jezus”) jest zaburzeniem w systemie atmosferyczno oceanicznym lub czasową zmianą w klimacie okołorównikowego Pacyfiku.

3 Zjawisku El Niño zawsze towarzyszą klęski żywiołowe:
Powodzie w Peru i Ekwadorze spowodowane obfitymi opadami deszczu we wschodnich rejonach Pacyfiku, Susze w Indonezji i Australii połączone z rozległymi pożarami lasów.

4 Globalne zmiany pogodowe powodowane El Niño

5 Susze w Australii od 1965 roku

6 Straty ekonomiczne El Niño 1982/83
Podczas El Niño 1877 ok. 40 mln ludzi w Indiach i Chinach straciło życie w wyniku monsunów i powodzi. Całkowity koszty El Niño 1997/98 oszacowany został na ok mld $

7 Degradacja rafy koralowej na skutek obniżenia się poziomu oceanu w zachodniej części Pacyfiku

8 Wskaźniki El Niño oraz Oscylacji Południowej
El Niño wyrażone jest poprzez różnicę temperatur (wskaźniki Nino1+2, Nino 3, Nino 4 oraz Nino 3.4). Oscylacja Południowa wyrażana jest poprzez różnicę ciśnień na stacjach Tahiti i Darwin (wskaźnik SOI). Nino1+2: 0°-10°S, 80°W-90°W Nino3: °S-5°N, 90°W-150°W Nino3.4: 5°S-5°N, 120°W-170°W Nino4: °S-5°N, 160°E-150°W

9 Nino 3.4, SOI Pomiędzy indeksami Nino I SOI występuje ujemna korelacja.

10 ? Nino 1+2

11

12 Widma amplitudowe

13 Czasowo-częstotliwościowe widma amplitudowe

14 Historia obserwacji El Niño
pomiar temperatury powierzchniowej oceanu ze statków pasażerskich i handlowych (ponad 100 lat), regularne pomiary temperatury powierzchniowej oceanu u wybrzeży Peru, pomiary ciśnienia i opadów na stacjach meteorologicznych Pacyfiku (stacja Darwin ponad 150 lat), notatki osadników hiszpańskich sięgające XV wieku, dane dotyczące połowów od 1726 roku, badania raf koralowych, badania grubości słojów drzew.

15 High and low index Prof. Gilbert Walker Wzrostowi ciśnienia zachodniego Pacyfiku towarzyszy spadek ciśnienia u wybrzeży wschodnich. High index – ciśnienie wyższe na zachodnim wybrzeżu Pacyfiku, Low Index – wyrównanie ciśnień po obu stronach Pacyfiku. (słabnięcie a nawet ustanie wiatrów wschodnich).

16 Opady w centralnej części Pacyfiku
Warunkom “low index” zawsze towarzyszyły obfite opady deszczu na wyspach centralnej części Pacyfiku.

17 Ciepłe prądy oceaniczne El Niño, a także huśtawka ciśnień zwana Oscylacją Południową są częścią jednego zjawiska, które nazwał ENSO (El Niño – Southern Oscillation). Prof. Jacob Bjerkens

18 Siała Coriolisa Siła Coriolisa powoduje, że na północnej i południowej półkuli przeważają wiatry zachodnie, Dla zachowania momentu pędu układu Ziemia+atmosfera Ziemia zwalnia swoją prędkość obrotową co powoduje powstawanie pozornego ruchu atmosfery w obszarach okołorównikowych.

19 Cyrkulacja Walkera W czasie warunków normalnych wiatry wschodnie ogrzewane są nad zachodnim Pacyfikiem i unoszą do góry, Górne warstwy atmosfery przenoszą się na wschód obniżając swoją wysokość.

20 Cyrkulacja Walker’a w czasie warunków normalnych i El Niño

21 Prądy oceaniczne 1) Północnopacyficzny, 2) Północnorównikowy, 3) Równikowy wsteczny, 4) Południoworównikowy, 5) Kalifornijski, 6) Peruwiański, 7) Brazylijski, 8) Gwinejski, 9) Zatokowy (Golfsztrom), 10) Labradorski, 11) Północnoatlantycki, 12) Grenlandzki, 13) Kanaryjski, 14) Bengalski, 15) Dryf wiatrów zachodnich, 16) Mozambicki, 17) Somalijski, 18) Zachodnioaustralijski, 19) Wschodnioaustralijski, 20) Kuro-Siwo, 21) Oja-Siwo

22 Warunki normalne Wiatry wschodnie spychają powierzchniowe wody do zachodniej części Pacyfiku, We wschodniej części chłodniejsze wody z głębszych warstw wypływają na powierzchnię próbując zastąpić odpływającą wodę przesuwaną wiatrem na zachód.

23 Średnia temperatura Pacyfiku w okresie warunków normalnych

24 Warunki normalne - upwelling
Upwelling – podpływanie zimnych wód we wschodniej części Pacyfiku. Podpływająca woda jest chłodniejsza co widoczne jest na zdjęciach satelitarnych wykonanych w podczerwieni.

25 Warunki normalne - termoklina
Wiatry wschodnie zmieniają profil temperaturowy wód Pacyfiku. Termoklina jest na mniejszej głębokości (ok. 50 m) u wybrzeży Ameryki Południowej niż w zachodniej części Pacyfiku (ok. 200 m).

26 Warunki normalne - fitoplankton
Zimna woda jest bogata w substancje organiczne, ze względu na większą zawartość tlenu. W obecności światła słonecznego fitoplankton wykorzystuje substancje organiczne do produkcji zielonkawej substancji zwanej chlorofilem. Fitoplankton jest pokarmem dla zooplanktonu.

27 La Niña W czasie normalnych warunków atmosferycznych może wystąpić zjawisko La Niña, które charakteryzuje się niższą niż zwykle temperaturą powierzchniową okołorównikowego Pacyfiku.

28 Początek El Niño (ustawanie wiatrów wschodnich)
Wypływanie na powierzchnię zimnych wód głębinowych w obszarach wschodniego Pacyfiku powoduje, że powietrze oziębia się nad oceanem. Chłodne powietrze jest zbyt gęste by unosić parę wodną, nie wytwarzają się chmury, wschodnia część Pacyfiku pozostaje bezdeszczowa. W momencie rozpoczynania się El Niño wschodnie wiatry ustają, woda spychana tymi wiatrami powraca na wschód, we wschodniej części Pacyfiku mniejsze ilości chłodnej wody wypływają na powierzchnię.

29 Warunki El Niño Wilgotne powietrze nad oceanem ogrzewa się i tworzą się chmury przynoszące opady deszczu, Strefa opadów i ciepła z zachodniej i centralnej części Pacyfiku przemieszcza się na wschód, Wzrost temperatury wody powoduje ogrzewanie powietrza nad oceanem, ogrzane powietrze ma mniejszą gęstość co powoduje spadek jego ciśnienia, niższe ciśnienie na wschodzie powoduje dalsze osłabienie wiatrów wschodnich. To sprzężenie zwrotne sprawia, że El Niño cały czas narasta.

30 Warunki El Niño - termoklina
Napływ ciepłej wody do wschodniej części Pacyfiku powoduje podniesienie termokliny w części zachodniej i opuszczenie w części wschodniej. Termoklina znajduje się na jednakowej głębokości na całym Pacyfiku.

31 Warunki El Niño - upwelling
Podniesienie temperatury powierzchniowej oceanu w centralnej i wschodniej części Pacyfiku może być zarejestrowane na zdjęciach satelitarnych wykonanych w podczerwieni.

32 Maxima El Niño 1982/83 i 1997/98 W wyniku osłabienia wiatrów wschodnich ciepłe wody zostają zatrzymane u wybrzeży Ameryki Południowej.

33 Obserwacje ENSO

34 Tropical Atmosphere Ocean project

35 Zmiany poziomu oceanu powodowane El Niño
Zmiany temperatury oceanu powodują zmiany gęstości oceanu, Zmniejszenie gęstości oceanu powoduje zwiększenie jego objętości dlatego wzrasta poziom oceanu, Wzrost poziomu oceanu może zostać zaobserwowane za pomocą pomiarów mareograficznych oraz altimetrii satelitarnej.

36 Altimetria satelitarna
Altimetria satelitarna jest technika radarową, w której krótkie impulsy fal radarowych emitowanych wzdłuż linii pionu odbijają się od powierzchni oceanu i odbierane są przez antenę odbiorczą znajdującą się na pokładzie satelity altimetrycznego. Analiza pomiarów pozwala na wyznaczenie odległości od satelity do chwilowej powierzchni oceanu.

37 Satelity altimetryczne
Skylab (maj 1973 – luty 1974) GEOS 3 (kwiecień 1975 – grudzień 1978) Seasat A (czerwiec 1978 – październik 1978) Geosat (marzec 1985 – wrzesień 1989) ERS-1 (lipiec ? ) TOPEX/Poseidon (sierpień ? ) ERS-2 (kwiecień ? ) GFO-1 (wrzesień 1996 – ? ) Jason 1 (grudzień ? ) Envisat (marzec ? ) Jason 2 - OSTM (planowany start

38 Skylab (maj 1973 – luty 1974) h=435 km, i=50o, T= 93.1 min., σ=50-100m

39 GEOS 3 - Geodynamic Experimental Ocean Satellite (kwiecień 1975 – grudzień 1978) h=845 km, i=115o, T=100.6 min., Masa=341kg σ=25cm

40 Seasat A - Sea Satellite (czerwiec 1978 – październik 1978) h=800km, i=108o, T=100.8 min., masa=2300kg, σ=50cm

41 GEOSAT - Geodetic Satellite (marzec 1985 – wrzesień 1989) h=785 km, i=108.1o, T=101.7 min, σ=10-25 cm,

42 TOPEX/Poseidon – TOpografic EXperiment/Poseidon
(sierpień 1992) h=1336 km, i=66o, T=112.47min., masa=2500kg, σ=2cm

43 ERS-2 - European Remote-Sensing (kwiecień 1995) h=781 km, i=98
ERS-2 - European Remote-Sensing (kwiecień 1995) h=781 km, i=98.5o, T= min., Masa=2561kg, σ=4cm

44 GFO-1 (GEOSAT Follow On) (wrzesień 1996) h=800km, i=108o, T=100. 9 min
GFO-1 (GEOSAT Follow On) (wrzesień 1996) h=800km, i=108o, T=100.9 min., σ=3.5 cm.

45 Jason 1 (grudzień 2001) h=1337km, i=66o, T=112
Jason 1 (grudzień 2001) h=1337km, i=66o, T=112.47min, Masa=500kg, σ = 2cm.

46 Envisat - Environmental Satellite, (marzec 2002) h=800km, i=98
Envisat - Environmental Satellite, (marzec 2002) h=800km, i=98.5o, T=100.6 min., Masa=8211kg, σ=2cm

47 OSTM – Ocean Surface Topography Mission
Jason 2 - planowany start rok. h=1337km, i=66, T=112.47min, Masa=600kg, σ = 2cm.

48 ERS1

49 Wpływ El Niño na zmiany prędkości obrotowej Ziemi
W okresie El Niño następuje zahamowanie prędkości wiatrów wschodnich. W układzie zamkniętym jakim jest Ziemia z atmosfera całkowity moment pędu jest stały. Ustawanie wiatrów wschodnich powoduje spowolnienie prędkości obrotowej Ziemi gdyż Ziemia kręci się w kierunku wschodnim. Spowolnienie prędkości obrotowej Ziemi powoduje wzrost długości doby.

50 Dickey et al. 1994, Angular momentum exchange among the solid Earth, atmosphere, and oceans: A case study of the El Nino event, JGR Vol. 99, No B12,

51 Dickey et al. 1994, Angular momentum exchange among the solid Earth, atmosphere, and oceans: A case study of the El Nino event, JGR Vol. 99, No B12,

52 Aktualna temperatura powierzchniowych wód oceanu
„A mild El Niño conditions have developed in the central tropical Pacific and are expected to last through early 2005," - Jim Laver, director of the Climate Prediction Center. Forecasts for the evolution of El Niño/La Niña are updated monthly in the Forecast Forum section of Climate Prediction Center's Climate Diagnostics Bulletin. The next ENSO Diagnostics Discussion is scheduled for 7 October 2004. 

53 Prognoza anomalii zmian temperatury powierzchniowej okołorównikowego Pacyfiku

54 Średni wzrost poziomu globalnego oceanu obliczony z anomalii zmian poziomu oceanu satelity TOPEX/Poseidon

55 Zmiany wiekowe poziomu oceanu wyznaczone z obserwacji satelity TOPEX/Poseidon
.

56 Widma amplitudowe zmian wysokości oceanu

57 Tropical Instability Waves (Legecki’s waves)
Widmo amplitudowe zmian wysokości oceanu (Okres=30 dni) Tropical Instability Waves (Legecki’s waves)