Katastrofy pogodowe - zjawisko El Niño Kosek Wiesław http://www.cbk.waw.pl/~kosek Centrum Badań Kosmicznych Polska Akademia Nauk Książ, 2.10. 2004

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

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.

Globalne zmiany pogodowe powodowane El Niño

Susze w Australii od 1965 roku

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. 20-25 mld $

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

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: 5°S-5°N, 90°W-150°W Nino3.4: 5°S-5°N, 120°W-170°W Nino4: 5°S-5°N, 160°E-150°W

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

1567-68 1578 1624 1652 1661 1687-88 1701 1720 1728 1791 1803-04 1828 1844-45 1871 1877-78 1884 1891 1925-26 1951-52 1953-54 1957-59 1963 1965-66 1969-70 1972-73 1976-77 1979 1982-83 1987-88 1991-92 1993 1994 1997-98 2002-03 2004 ? Nino 1+2

Widma amplitudowe

Czasowo-częstotliwościowe widma amplitudowe

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.

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).

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

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

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.

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.

Cyrkulacja Walker’a w czasie warunków normalnych i El Niño

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

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.

Średnia temperatura Pacyfiku w okresie warunków normalnych

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

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).

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.

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

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.

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.

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.

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

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

Obserwacje ENSO

Tropical Atmosphere Ocean project

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.

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.

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 1991 - ? ) TOPEX/Poseidon (sierpień 1992 - ? ) ERS-2 (kwiecień 1995 - ? ) GFO-1 (wrzesień 1996 – ? ) Jason 1 (grudzień 2001 - ? ) Envisat (marzec 2002 - ? ) Jason 2 - OSTM (planowany start 2005-2006

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

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

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

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

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

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=100.48 min., Masa=2561kg, σ=4cm

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.

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.

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

OSTM – Ocean Surface Topography Mission Jason 2 - planowany start 2005-2006 rok. h=1337km, i=66, T=112.47min, Masa=600kg, σ = 2cm.

ERS1

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.

Dickey et al. 1994, Angular momentum exchange among the solid Earth, atmosphere, and oceans: A case study of the 1982-1983 El Nino event, JGR Vol. 99, No B12, 23921-23937.

Dickey et al. 1994, Angular momentum exchange among the solid Earth, atmosphere, and oceans: A case study of the 1982-1983 El Nino event, JGR Vol. 99, No B12, 23921-23937.

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. 

Prognoza anomalii zmian temperatury powierzchniowej okołorównikowego Pacyfiku

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

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

Widma amplitudowe zmian wysokości oceanu

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