بررسی توزیع دمای سطح دریا در پدیدههای ال نینو و لانینا
پنداهولوان
دمای سطح دریا (SST) یکی از مهمترین پارامترها در سیستم آب و هوایی زمین است. اقیانوس مقادیر زیادی انرژی گرمایی را ذخیره و آزاد میکند، بنابراین تغییرات کوچک در SST میتواند باعث ایجاد تغییراتی در گردش جوی در مقیاس منطقهای تا جهانی شود. در زمینه آب و هوای گرمسیری، مطالعه SST ارتباط نزدیکی با پدیدههای ال نینو و لا نینا دارد که بخشی از سیستم ENSO (ال نینو-نوسان جنوبی) هستند. ENSO یک تغییرپذیری طبیعی آب و هوایی است که در درجه اول در اقیانوس آرام استوایی رخ میدهد و تأثیر گستردهای بر بارندگی، دمای هوا، باد، طوفانهای گرمسیری و حتی بهرهوری شیلات دارد.
این مقاله به چگونگی شکلگیری و تغییر توزیع دمای سطح دریا (SST) در طول ال نینو و لانینا، شاخصهای مورد استفاده برای پایش این پدیدهها، مکانیسمهای فیزیکی مرتبط کننده اقیانوس و جو و پیامدهای آنها برای منطقه اندونزی میپردازد.
مفاهیم اساسی دمای سطح دریا و توزیع آن
دمای سطح دریا (SST) دمای لایه سطحی اقیانوس است که عموماً در اعماق مختلف از چند میلیمتر تا چندین متر اندازهگیری میشود. توزیع دمای سطح دریا (SST) تحت تأثیر تابش خورشیدی، تبخیر، تبادل گرما با جو، جریانهای اقیانوسی و اختلاط ناشی از باد قرار دارد. در مناطق گرمسیری، دمای سطح دریا (SST) معمولاً به دلیل دریافت بالای تابش خورشیدی در طول سال گرمتر است. با این حال، همه مناطق گرمسیری دمای سطح یکسانی ندارند: جریانهای اقیانوسی، بالا آمدن آب دریا (Upwelling) و الگوهای بادهای تجاری میتوانند علاوه بر مناطق نسبتاً خنک، تودههایی از آب گرم نیز ایجاد کنند.
در اقیانوس آرام استوایی، توزیع دمای سطح دریا (SST) در شرایط عادی نامتقارن است: بخش غربی (نزدیک اندونزی و پاپوآ گینه نو) نسبتاً گرمتر است، در حالی که بخش شرقی (نزدیک ساحل پرو-اکوادور) خنکتر است. این عدم تعادل به این دلیل رخ میدهد که بادهای تجاری از شرق به غرب میوزند و باعث تجمع آب گرم در غرب اقیانوس آرام میشوند، در حالی که آب سرد از لایههای پایینتر در شرق اقیانوس آرام به سمت بالا حرکت میکند.
ENSO: رابطه اقیانوس و جو
ENSO صرفاً یک ناهنجاری دمای اقیانوس نیست، بلکه یک تعامل دو طرفه بین اقیانوس و جو است. تغییرات در دمای سطح دریا (SST) بر تشکیل ابرها و مراکز همرفت در جو گرمسیری تأثیر میگذارد. برعکس، تغییرات در الگوهای باد، جریانهای سطحی، عمق ترموکلاین (مرز بین آب گرم سطحی و آب سرد کف) و شدت بالا آمدن آب را تغییر میدهد.
در شرایط «خنثی»، فعالترین مرکز همرفت بر فراز غرب گرم اقیانوس آرام قرار دارد. گردش واکر - یک الگوی گردش جوی شرقی-غربی در مناطق استوایی - هوا را بر فراز این منطقه گرم به بالا میراند، سپس در لایههای بالایی به سمت شرق حرکت میکند، بر فراز شرق اقیانوس آرام پایین میآید و به عنوان بادهای تجاری به سمت غرب در نزدیکی سطح زمین بازمیگردد.
توزیع SST در طول ال نینو
ال نینو با گرمایش غیرعادی دمای سطح دریا (SST) در مرکز تا شرق اقیانوس آرام مشخص میشود. این گرمایش معمولاً در منطقه شاخص نینو، به ویژه نینو ۳.۴ (تقریباً ۵ درجه شمالی-۵ درجه جنوبی و ۱۷۰ درجه غربی-۱۲۰ درجه غربی) که اغلب به عنوان یک شاخص عملیاتی استفاده میشود، به وضوح قابل مشاهده است.
مکانیسمهای فیزیکی اصلی
۱. تضعیف بادهای تجاری: وقتی بادهای تجاری ضعیف میشوند، فشار آب گرم به سمت غرب کاهش مییابد. مقداری از آب گرمی که قبلاً در غرب "انباشته" شده بود، به سمت مرکز و شرق برمیگردد.
۲. تغییرات در عمق ترموکلاین: ترموکلاین در شرق اقیانوس آرام عمیقتر میشود و به جریانهای رو به بالا اجازه میدهد آب نسبتاً گرمتر از حد معمول را به همراه خود بیاورند. در نتیجه، خنک شدن سطح در شرق کاهش مییابد.
۳. بازخورد بیرکنس: گرم شدن دمای سطح دریا (SST) در شرق باعث تغییر جهت همرفت به سمت شرق میشود و بادهای تجاری را بیشتر تضعیف میکند. سپس تضعیف بادهای تجاری، گرم شدن دمای سطح دریا (SST) را تقویت میکند. این یک حلقه بازخورد مثبت ایجاد میکند که به ال نینو اجازه توسعه میدهد.
الگوی توزیع
در اوج ال نینو، "زبانهای از آب گرم" از مرکز اقیانوس آرام به سمت سواحل آمریکای جنوبی امتداد مییابد. اختلاف دمای غرب به شرق کاهش مییابد. از نظر مکانی، ناهنجاریهای مثبت دمای سطح دریا (SST) میتواند گسترده باشد و ماهها ادامه یابد. ال نینوها همیشه یکسان نیستند؛ انواع "ال نینو شرق اقیانوس آرام" (گرمایش غالب در شرق) و انواع "ال نینو مرکز اقیانوس آرام/مودوکی" (گرمایش قویتر در مرکز) وجود دارد که تأثیرات متفاوتی بر الگوهای آب و هوایی منطقهای دارند.
توزیع SST در طول La Niña
لانینا فاز مخالف است که با سرد شدن غیرعادی دمای سطح دریا (SST) در مرکز تا شرق اقیانوس آرام مشخص میشود. در طول لانینا، شرایط «عادی» تقویت میشود: غرب اقیانوس آرام گرم و شرق اقیانوس آرام سرد میشود.
مکانیسمهای فیزیکی اصلی
۱. تقویت بادهای تجاری: بادهای تجاری قویتر، آب گرم بیشتری را به سمت غرب هل میدهند و باعث افزایش تجمع آب گرم در اطراف اندونزی میشوند.
۲. بالا آمدن شدیدتر: در شرق اقیانوس آرام، بادهای قویتر، بالا آمدن آب سرد را افزایش میدهند و در نتیجه دمای سطح دریا (SST) پایینتری ایجاد میشود.
۳. تقویت گردش واکر: همرفت در غرب غالب است و بارندگی را در اندونزی و مناطق اطراف افزایش میدهد، در حالی که مرکز و شرق اقیانوس آرام تمایل به خشکتر شدن دارد.
الگوی توزیع
لانینا با ناهنجاریهای منفی گسترده دمای سطح دریا (SST) در سراسر مرکز-شرق استوایی اقیانوس آرام مشخص میشود و اغلب الگوی "زبانه سرد" را نسبت به شرایط خنثی برجستهتر میکند. در همین حال، آبهای غرب اقیانوس آرام و اندونزی میتوانند ناهنجاریهای مثبت دمای سطح دریا (SST) را تجربه کنند که منبع قابل توجهی از انرژی را برای تشکیل ابرهای بارانزا فراهم میکند.
روش پایش و تحلیل توزیع SST
مطالعات توزیع دمای سطح دریا (SST) در برابر ENSO عموماً شامل ترکیبی از دادههای مشاهداتی و تحلیلهای مکانی-زمانی است:
۱. ماهوارههای سنجش از دور: حسگرهای مادون قرمز و مایکروویو میتوانند دمای سطح زمین (SST) را با وضوح نسبتاً بالا در سطح جهان نقشهبرداری کنند. دادههای ماهوارهای برای مشاهده توزیع ناهنجاریها، گرادیانهای دمایی و تکامل ماهانه ضروری هستند.
۲. شناورها و شناورهای آرگو: شبکههای شناور مانند TAO/TRITON در اقیانوس آرام استوایی و آرگو دادههای دما را تا اعماق صدها متر ارائه میدهند و به ارزیابی تغییرات ترموکلاین و «محتوای گرمای اقیانوس» کمک میکنند.
۳. شاخصهای ENSO: شاخص نینو ۳.۴، شاخص نوسان جنوبی (SOI) و شاخص نینو اقیانوسی (ONI) اغلب برای تعیین فاز، شدت و مدت ال نینو/لانینا استفاده میشوند.
۴. ناهنجاریهای دمای سطح دریا (SST): تجزیه و تحلیل معمولاً تفاوت دمای سطح دریا (SST) را با اقلیمشناسی (میانگین بلندمدت) محاسبه میکند تا الگوهای گرمایش/سرمایش غیرمعمول را شناسایی کند.
در تحقیقات، اغلب از مصورسازیهایی مانند نقشههای ناهنجاری دمای سطح دریا (SST)، نمودارهای هوومولر (زمان در مقابل طول جغرافیایی) و تحلیل همبستگی با بارش و باد منطقهای برای درک روابط متقابل مکانی ENSO استفاده میشود.
تأثیر توزیع دمای سطح دریا (SST) در دمای منفی ENSO بر اندونزی
موقعیت اندونزی در یک منطقه دریایی گرمسیری، به تغییرات در مراکز همرفت بسیار حساس است. در طول ال نینو، گرم شدن هوا در مرکز و شرق اقیانوس آرام، مرکز تشکیل ابرها را از اندونزی دور میکند. تأثیرات رایج شامل کاهش بارندگی، افزایش احتمال خشکسالی، اختلالات کشاورزی و احتمال آتشسوزی جنگلها و زمین است. در برخی از رویدادهای شدید، فصل خشک میتواند طولانی شود و فصل بارانی میتواند دیرتر شروع شود.
برعکس، در طول لانینا، آبهای اطراف اندونزی گرمتر میشوند و تبخیر و تشکیل ابر را تسهیل میکنند. این امر باعث افزایش بارندگی، افزایش خطر سیل و رانش زمین و افزایش رویدادهای شدید آب و هوایی مانند بارانهای شدید میشود. با این حال، تأثیر آن در اندونزی صرفاً توسط ENSO تعیین نمیشود؛ عواملی مانند دوقطبی اقیانوس هند (IOD)، بادهای موسمی آسیا-استرالیا و دینامیک محلی (توپوگرافی و جریانهای منطقهای) نیز بر این واکنش تأثیر میگذارند.
نتیجه گیری
توزیع دمای سطح دریا کلید درک توسعه ال نینو و لانینا است زیرا دمای سطح دریا (SST) نقش مستقیمی در تنظیم تبادل انرژی اقیانوس-جو و محل همرفت گرمسیری ایفا میکند. ال نینو با گرمایش غیرعادی دمای سطح دریا (SST) در مرکز-شرق اقیانوس آرام به دلیل تضعیف بادهای تجاری، عمیقتر شدن ترموکلاین در شرق و بازخورد بیرکنس مشخص میشود. از سوی دیگر، لانینا از طریق تقویت بادهای تجاری و بالا آمدن آب، گرادیان دمای غرب-شرق را تقویت میکند و باعث خنکتر شدن شرق اقیانوس آرام و گرمتر شدن نسبی آبهای اندونزی میشود.
پایش ENSO از طریق نقشههای ناهنجاری SST، شاخص Niño 3.4/ONI و مشاهدات ستون آب دریا، مبنای اساسی برای پیشبینی فصلی آب و هوا فراهم میکند. برای اندونزی، درک توزیع SST مرتبط با ENSO برای کاهش خطرات خشکسالی، سیل، ناامنی غذایی و سایر بلایای آب و هواشناسی بسیار مهم است. با تحقیقات بهبود یافته و ادغام دادههای ماهوارهای و مشاهدات درجا، مطالعات SST میتواند دقت پیشبینیهای اقلیمی را بهبود بخشد و تابآوری جامعه را در برابر تغییرات اقلیمی تقویت کند.
