Rannsókn á dreifingu sjávarhita í El Niño og La Niña fyrirbærunum
Pendahuluan
Hitastig sjávaryfirborðs er einn mikilvægasti þátturinn í loftslagskerfi jarðar. Hafið geymir og losar mikið magn af varmaorku, þannig að litlar breytingar á yfirborðshitastigi sjávar geta valdið breytingum á lofthjúpshringrásinni á svæðisbundnum til hnattrænum mælikvarða. Í samhengi við hitabeltisloftslag eru rannsóknir á yfirborðshitastigi sjávar nátengdar fyrirbærunum El Niño og La Niña, sem eru hluti af ENSO (El Niño-Southern Oscillation) kerfinu. ENSO er náttúrulegur loftslagsbreytileiki sem kemur aðallega fyrir í Kyrrahafinu við miðbaug og hefur víðtæk áhrif á úrkomu, lofthita, vind, hitabeltisstorma og jafnvel framleiðni fiskveiða.
Þessi grein fjallar um hvernig dreifing SST myndast og breytist á tímum El Niño og La Niña, vísbendingarnar sem notaðar eru til að fylgjast með þessum fyrirbærum, þá eðlisfræðilegu ferla sem tengja hafið og andrúmsloftið og áhrif þeirra á Indónesíusvæðið.
Grunnhugtök um yfirborðshita sjávar og dreifingu hans
SST er hitastig yfirborðslags hafsins, almennt mælt á dýpi frá nokkrum millimetrum upp í nokkra metra. Dreifing SST er undir áhrifum sólargeislunar, uppgufunar, varmaskipta við andrúmsloftið, hafstrauma og blöndunar af völdum vinds. Í hitabeltissvæðum er SST yfirleitt hlýrra vegna mikillar sólargeislunarinntöku allt árið. Hins vegar hafa ekki öll hitabeltissvæði sama yfirborðshita: hafstraumar, uppstreymi og passavindar geta skapað vasa af hlýju vatni sem og tiltölulega kaldari svæði.
Í Kyrrahafinu við miðbaug er dreifing SST við eðlilegar aðstæður ósamhverf: vesturhlutinn (nálægt Indónesíu og Papúa Nýju-Gíneu) er tiltölulega hlýrri, en austurhlutinn (nálægt strönd Perú-Ekvador) er kaldari. Þetta ójafnvægi á sér stað vegna þess að passavindar blása frá austri til vesturs, sem neyðir hlýtt vatn til að safnast fyrir í vesturhluta Kyrrahafsins, en kalt vatn streymir upp úr neðri lögum í austurhluta Kyrrahafsins.
ENSO: Tengsl hafs og lofthjúps
ENSO er ekki bara frávik í sjávarhita, heldur tvíhliða víxlverkun milli hafsins og andrúmsloftsins. Breytingar á SST hafa áhrif á skýjamyndun og varmaleiðni í hitabeltisloftslaginu. Aftur á móti breyta breytingar á vindmynstrum yfirborðsstraumum, dýpt jarðskorpu (mörkin milli hlýs yfirborðsvatns og kalds botnvatns) og styrk uppstreymis.
Við „hlutlausar“ aðstæður er virkasta varmamiðstöðin staðsett yfir hlýja vesturhluta Kyrrahafsins. Walker-hringrásin — austur-vestur lofthringrás í hitabeltinu — ýtir lofti upp yfir þetta hlýja svæði, færist síðan austur á bóginn í efri lögum, lækkar yfir austurhluta Kyrrahafsins og snýr aftur vestur á bóginn nálægt yfirborðinu sem passavindar.
SST dreifing á El Niño
El Niño einkennist af óeðlilegri hlýnun á sólarhitasvæðum (SST) í mið- til austurhluta Kyrrahafsins. Þessi hlýnun sést yfirleitt greinilega á svæðinu þar sem Niño-vísitalan er, sérstaklega Niño 3.4 (u.þ.b. 5°N–5°S og 170°V–120°V), sem oftast er notaður sem rekstrarvísir.
Helstu eðlisfræðilegir verkunarmátar
1. Veiklun á passavindum: Þegar passavindar veikjast minnkar vesturáttarþrýstingur hlýja sjávarins. Hluti af hlýja vatninu sem áður „safnaðist“ fyrir í vestri færist aftur til miðju og austurs.
2. Breytingar á dýpt hitalínu: Hitalínan í austanverðu Kyrrahafi er að dýpka, sem gerir uppstreymi kleift að flytja inn tiltölulega hlýrra vatn en venjulega. Fyrir vikið minnkar kólnun yfirborðsins í austri.
3. Bjerknes-viðbrögð: Hlýnun á sunnu- og suðurátt veldur því að varmaburður færist austur á bóginn, sem veikir enn frekar passavindana. Veiking passavindanna magnar síðan hlýnunina á sunnu- og suðuráttinni. Þetta skapar jákvæða afturvirkni sem gerir El Niño kleift að þróast.
Dreifingarmynstur
Þegar El Niño er á hátindi fer fram „tunga af hlýju vatni“ frá mið-Kyrrahafinu að strönd Suður-Ameríku. Hitamunurinn á milli vesturs og austurs minnkar. Jákvæð frávik í sólarorku geta verið útbreidd og varað í marga mánuði. El Niño eru ekki alltaf eins; það eru til gerðir af „El Niño í austurhluta Kyrrahafsins“ (ríkjandi hlýnun í austri) og „El Niño í miðhluta Kyrrahafsins/Modoki“ (sterkari hlýnun í miðjunni), sem hafa mismunandi áhrif á svæðisbundin veðurmynstur.
SST dreifing á La Niña
La Niña er andstæða áfanginn, sem einkennist af óeðlilegri kólnun á sólarorkuverum í mið- til austurhluta Kyrrahafsins. Á meðan La Niña stendur eru „venjulegar“ aðstæður styrktar: vesturhluti Kyrrahafsins hlýnar og austurhluti Kyrrahafsins kólnar.
Helstu eðlisfræðilegir verkunarmátar
1. Sterkari passavindar: Sterkari passavindar ýta meira af hlýju vatni vestur á bóginn, sem eykur uppsöfnun hlýs vatns í kringum Indónesíu.
2. Meiri uppstreymi: Í austurhluta Kyrrahafsins auka sterkari vindar uppstreymi kalt vatns, sem leiðir til lægri SST.
3. Styrking Walker-hringrásarinnar: Varmaflutningur er enn ríkjandi í vestri, sem eykur úrkomu í Indónesíu og nærliggjandi svæðum, en mið-austur Kyrrahafið er yfirleitt þurrara.
Dreifingarmynstur
La Niña einkennist af útbreiddum neikvæðum SST frávikum um mið- og austurhluta Kyrrahafsins við miðbaug, sem mynda oft meira áberandi „kaldtungumynstur“ en hlutlausar aðstæður. Á sama tíma geta jákvæð SST frávik verið í vesturhluta Kyrrahafsins og Indónesíu, sem veita verulega orku fyrir myndun regnskýja.
Aðferð til að fylgjast með og greina dreifingu SST
Rannsóknir á SST dreifingu á móti ENSO fela almennt í sér blöndu af athugunargögnum og rúmfræðilegri og tímabundinni greiningu:
1. Fjarkönnunargervihnettir: Innrauðir og örbylgjuskynjarar geta kortlagt SST um allan heim í tiltölulega hárri upplausn. Gervihnattagögn eru nauðsynleg til að fylgjast með dreifingu frávika, hitahalla og mánaðarlegri þróun.
2. Baujur og Argo-flotbaujur: Baujunet eins og TAO/TRITON í Kyrrahafinu við miðbaug og Argo veita hitastigsgögn niður á hundruð metra dýpi, sem hjálpar til við að meta breytingar á hitalínu og „hitainnihaldi hafsins“.
3. ENSO vísitölur: Niño 3.4 vísitalan, Southern Oscillation vísitalan (SOI) og Oceanic Niño vísitalan (ONI) eru oft notaðar til að ákvarða fasa, styrkleika og lengd El Niño/La Niña.
4. Frávik í sólarorku (SST): Greining reiknar venjulega út mismuninn á sólarorku (SST) miðað við loftslagsfræði (langtímameðaltal) til að bera kennsl á óvenjuleg hlýnunar-/kólnunarmynstur.
Í rannsóknum eru sjónræn framsetning eins og SST frávikskort, Hovmöller myndrit (tími á móti lengdargráðu) og fylgnigreining með svæðisbundinni úrkomu og vindi oft notuð til að skilja rúmfræðileg tengsl ENSO.
Áhrif dreifingar ENSO SST á Indónesíu
Staðsetning Indónesíu í hitabeltishafsvæði er mjög viðkvæm fyrir breytingum á varmaorkumiðstöðvum. Á meðan El Niño stendur færir hlýnun í mið- og austurhluta Kyrrahafsins miðju skýjamyndunar frá Indónesíu. Algeng áhrif eru meðal annars minni úrkoma, aukin hætta á þurrki, truflanir á landbúnaði og möguleiki á skógar- og landeldum. Í sumum alvarlegum atburðum getur þurrkatímabilið lengst og regntímabilið byrjað síðar.
Aftur á móti, á La Niña-tímabilinu, er sjórinn í kringum Indónesíu yfirleitt hlýrri, sem ýtir undir uppgufun og skýjamyndun. Þetta eykur úrkomu, eykur hættu á flóðum og skriðum og veldur tíðari öfgakenndum veðurtilvikum, svo sem mikilli rigningu. Áhrifin í Indónesíu eru þó ekki eingöngu ákvörðuð af ENSO; þættir eins og tvípóllinn í Indlandshafi (IOD), monsúninn milli Asíu og Ástralíu og staðbundin hreyfiafl (landslag og svæðisbundnir straumar) hafa einnig áhrif á viðbrögðin.
Niðurstaða
Dreifing sjávarhita er lykilatriði til að skilja þróun El Niño og La Niña þar sem yfirborðshitastig sjávar gegnir beinu hlutverki í stjórnun orkuskipta milli hafs og andrúmslofts og staðsetningu hitabeltisvarma. El Niño einkennist af óeðlilegri hlýnun sjávar í mið-austurhluta Kyrrahafsins vegna veikjandi passaðavinda, dýpkunar hitalínu í austri og Bjerknes-endurgjöf. La Niña, hins vegar, eykur hitahallann milli vesturs og austurs með styrkjandi passaðavindum og uppstreymi, sem gerir austurhluta Kyrrahafsins kaldara og Indónesíuhafið tiltölulega hlýrra.
Eftirlit með ENSO með SST frávikskortum, Niño 3.4/ONI vísitölunni og athugunum á sjávarsúlu veitir nauðsynlegan grunn fyrir árstíðabundnar veðurspár. Fyrir Indónesíu er skilningur á dreifingu SST sem tengist ENSO lykilatriði til að draga úr hættu á þurrki, flóðum, matvælaóöryggi og öðrum veðurhamförum. Með bættum rannsóknum og samþættingu gervihnattagagna og athugana á staðnum geta SST rannsóknir bætt nákvæmni loftslagsspár og styrkt viðnám samfélaga gegn loftslagsbreytingum.
