Wskaźniki cyrkulacji - ENSO

 

 

Mechanizm funkcjonowania Oscylacji Południowej - El Ninio (ENSO)
Andrzej A. Marsz (wszelkie prawa autorskie zastrzeżone)

W polskiej literaturze, zarówno popularnej, jak i tyczącej klimatologii utrzymuje się opinia, że zjawisko ENSO jest nieprzewidywalne, gdyż do tej pory nie są znane jego mechanizmy. Nawet na, zdawałoby się, poważnych spotkaniach, w których biorą udział prominentni polscy klimatolodzy, wygłaszane są niekiedy tego rodzaju opinie. Z tego względu, warto, jak się wydaje, wyjaśnić, znany od połowy lat sześćdziesiątych, mechanizm funkcjonowania zjawiska, którego konsekwencje pogodowo-klimatyczne w tropikach mają charakter globalny, przejawiają się również dość wyraźnie również na niektórych innych obszarach - w wysokich szerokościach na Oceanie Południowym i na Antarktydzie, w szerokościach umiarkowanych na kontynencie Ameryki Północnej.

Geneza zjawiska El Ninio - La Nina, choć niezbyt prosta, jest juz od 1964 roku - wyjaśniona. Nie ma w nim niczego tajemniczego, ani nieprzewidywalnego. Genezę tego zjawiska wyjaśnił Jacob Bjerknes |1| (meteorolog i oceanograf amerykański / norweski). El Ninio - La Nina stanowią szersze przejawy zjawiska, zwanego Oscylacją Południową, wykrytego i opisanego przez sir Giberta Walkera w 1923 roku. Obecnie, w naukach atmosferycznych i oceanicznych zjawisko to określa się akronimem "ENSO" (skrót od "El Ninio - Southern Oscillation").

Przed wyjaśnieniem samego zjawiska ENSO należy przypomnieć, że układ baryczny w komórce Hadleya składa się ze wzajemnie powiązanego wyżu subtropikalnego i "równikowej" bruzdy obniżonego ciśnienia. Występujący między tymi ośrodkami aktywności atmosfery gradient baryczny stanowi przyczynę funkcjonowania stałych wiatrów NE (półkula północna) i SE (półkula południowa), noszących nazwę pasatów. Powietrze niesione przez pasat, przechodząc nad coraz to cieplejszą wodą pobiera z powierzchni oceanu ciepło, stopniowo ogrzewając się i wzbogacając w parę wodną. W rezultacie zachodzi stopniowa, rozciągnięta w czasie i przestrzeni, transformacja masy z suchego powietrza aerologicznego (w centralnych częściach wyżów subtropikalnych) w Powietrze Zwrotnikowe morskie a następnie równikowe. Wraz z zachodzącymi procesami transformacji, zasób energii w tym powietrzu stopniowo rośnie, rośnie również jego chwiejność. Tam gdzie powierzchnia oceanu osiąga najwyższą temperaturę, lokuje się strefa zbieżności pasatów, w której działanie pasatów ustaje i wykształca się strefa pogód MSZ-u (Międzyzwrotnikowej Strefy Zbieżności, Intertropical Convergence Zone - ITCZ). W strefie MSZ-u powietrze równikowe (o temperaturze około 27-28°C i wilgotności względnej 93-95%) trafiając nad cieplejszą o około 1-2°C od niego wodę, rozpoczyna lawinowo unosić się ku górze, tworząc pas chmur Cumulonimbus, których wierzchołki sięgają 15-17 tysięcy metrów. Przyczyną tego jest to, że poziom kondensacji wznoszące powietrze osiąga już na wysokości około 300-400 m i na tej wysokości równowaga chwiejna we wznoszącym się powietrzu przekształca się w równowagę skrajnie chwiejną. Uwalniające się w trakcie procesu kondensacji we wznoszącym się powietrzu gigantyczne zasoby ciepła jawnego powodują, że ilość wznoszącego się powietrza staje nieco większa od poziomej dostawy powietrza przez pasaty i ciśnienie pod strefą MSZ-u obniża się, tworząc wspomnianą "równikową" bruzdę obniżonego ciśnienia. W ten sposób pobrane przez przemieszczające się powietrze ciepło z powierzchni oceanu (głównie w postaci utajonego ciepła parowania) staje się "paliwem", napędzającym "silnik" komórki Hadleya (zamiana energii cieplnej w energię kinetyczną).
    Wraz z aktywizacją procesów konwekcji w MSZ następuje spadek ciśnienia w bruździe niskiego ciśnienia lokującej się pod MSZ, i jednocześnie - wzrost ciśnienia w strefie antycyklonów subtropikalnych, jeśli zarówno bruzda niskiego ciśnienia, jak i antycyklon subtropikalny znajdują się na tej samej półkuli (Nie należy jednak wyobrażać sobie, że powietrze "wychodzące" z danego antycyklonu, trafia, po uniesieniu go w MSZ-cie do wysokości granicy tropopauzy, do tego samego antycyklonu). Prowadzi to do zaostrzenia się gradientów barycznych i aktywizacji pasatu. Wzrost prędkości pasatu przyspiesza pobór ciepła z powierzchni oceanu, a tym samym zmniejsza jego zasoby w wodach i temperaturę wód powierzchniowych. W momencie, gdy zasoby ciepła (głównie utajonego) w powietrzu pasatów maleją, konwekcja w MSZ zmniejsza swoje natężenie, rośnie nieco ciśnienie w "równikowej" bruździe obniżonego ciśnienia i jednocześnie słabą wyże / wyż subtropikalny. Tym samym i intensywność pasatów się zmniejsza. Zmniejszenie prędkości pasatu powoduje zmniejszenie natężenia poboru ciepła z wód, tym samym zarysowują się warunki do stopniowego wzrostu temperatury oceanu, o ile na przeszkodzie temu nie staną wielkoskalowe procesy hydrologiczne funkcjonujące w oceanie. W dalszej konsekwencji wzrost zasobów ciepła w wodach przyczynia się do wzrostu zasobów ciepła w powietrzu... i ponownej aktywizacji konwekcji w MSZ.
    MSZ, a zatem i "równikowa" bruzda niskiego ciśnienia zawsze lokuje się tam, gdzie temperatura powierzchni oceanu jest najwyższa (a więc niekoniecznie nad równikiem, stąd też określenie "równikowa" wzięte jest w cudzysłów). Strefa ta "wędruje" w ciągu roku "za Słońcem", opóźniając się od 4 do 6 tygodni w stosunku do zmiany deklinacji. W efekcie przemieszczania się strefy MSZ-u (i sezonowego przemieszczania się osi wyżów subtropikalnych) również intensywność pasatów wykazuje sezonową zmienność. I tyle tytułem przypomnienia.

W najprostszym ujęciu ENSO stanowi rezultat współdziałania cyrkulacji oceanicznej i atmosferycznej w strefie równikowej Pacyfiku. Weźmy za punkt wyjścia sytuację, w której strefa wód równikowych po wschodniej stronie Pacyfiku (długości geograficznych od 150 do 90°W), jest wygrzana silniej niż przeciętnie. W takiej sytuacji MSZ lokuje się nad tą strefą. Wiejący od Wyżu Południowopacyficznego w stronę równika intensywny pasat SE powoduje:

1. Na powierzchni intensyfikację przenosu wody na W (intensyfikuje się Prąd Południoworównikowy Pacyfiku; prąd wiatrowy na powierzchni). Woda przemieszczając się z tym prądem w niskich szerokościach na zachód, stopniowo się nagrzewa, stając się ciepła w środkowej części równikowego Pacyfiku i bardzo ciepła ("przegrzana") w zachodniej części Pacyfiku. Po dotarciu silnie wygrzanych wód do zachodnich części Pacyfiku, tworzy się tam wielka "plama" wód o temperaturze wyższej od temperatury średniej (wielka obszarowo dodatnia anomalia temperatury powierzchni oceanu), nad którą następuje występowanie ożywionej konwekcji prowadzące do wystąpienia intensywnych opadów w rejonie Nowej Gwinei, NE Australii, Indonezji. W tym samym czasie intensywny pasat wiejący z S-SE wzdłuż wybrzeży N Chile, Peru aktywizuje Prąd Humboldta i upwelling działający wzdłuż wybrzeża ; temperatura wód przy zachodnim wybrzeżu S Ameryki staje się niska (ujemna anomalia temperatury powierzchni oceanu), niższa od temperatury powietrza, co powoduje brak warunków do wystąpienia konwekcji (równowaga skrajnie stała). Przy wybrzeżach północnego Chile i Peru występuje okres bezopadowy (faza La Nina).

2. W tym samym czasie w głębi następuje przenos wody prostopadle w lewo od kierunku wiatru. Powoduje to "spychanie" wód w strefie równikowej na S. Ubytki tej wody "uzupełnia" chłodna woda podnosząca się z głębszych warstw oceanu, poziom termokliny zbliża się do powierzchni oceanu, co pociąga za sobą spadek temperatury powierzchni oceanu w strefie równikowej. W rezultacie po wschodniej stronie równikowego Pacyfiku temperatura powierzchni oceanu stopniowo obniża się, napływające z SE powietrze staje się cieplejsze od wody.  W takich warunkach w strefie równikowej wschodniej części Pacyfiku brak warunków do wystąpienia konwekcji (inwersja; równowaga skrajnie stała) i tym samym występowania nad tym obszarem strefy obniżonego ciśnienia. Niesione przez pasat SE Powietrze Zwrotnikowe morskie przechodzi przez równik, zmienia kierunek na SW (zmiana znaku siły Coriolisa wraz ze zmianą półkuli). MSZ (Międzyzwrotnikowa Strefa Zbieżności) przenosi się na półkulę północną, nad obszar wód o najwyższej temperaturze (8-10°N) i tam występują obfite opady. Ten sam proces powoduje aktywizację Prądu Równikowego Wstecznego Pacyfiku, transportującego bardzo ciepłe wody na E, pod brzegi Ameryki Środkowej. Zasięg strefy bezopadowej przy zachodnich wybrzeżach Ameryki Południowej przemieszcza się na N. W strefie od 0 do 25°-35°S występuje okres bezopadowy. Jest to pełnia fazy La Nina.

3. Spadek temperatury wody w strefie równikowej i przeniesienie MSZ-u na półkulę północną powodują osłabienie pasatu półkuli południowej. Przyczyną tego jest początkowo zmniejszenie gradientu barycznego między Wyżem Południowopacyficznym a MSZ (wzrost odległości między tymi ośrodkami barycznymi). Z czasem słabnie również Wyż Południowopacyficzny i maleją różnice ciśnienia między Wyżem Pacyficznym a MSZ-em, co dodatkowo zmniejsza gradient baryczny między tymi ośrodkami. W konsekwencji wydatnego osłabienia pasatu SE w środkowej i wschodniej części Pacyfiku Prąd Południowo-Równikowy zaczyna zwalniać. Dostawa przegrzanych wód do zachodniej części Pacyfiku (rejon Indonezji, Nowej Gwinei) stopniowo maleje. Temperatura wód powierzchniowych w tym rejonie (W część równikowego Pacyfiku) stopniowo spada, konwekcja słabnie, opady maleją. Stopniowo dochodzi do przekształcania się fazy umiarkowanych opadów do fazy niedostatku opadów, nad NE częścią Australii do fazy suszy. Również przenos ekmanowski wód na S ulega osłabieniu, w strefie równikowej wody z głębi wolniej unoszą się ku powierzchni, jest wystarczająca ilość czasu, aby się nagrzały. Dodatkowo procesom nagrzewania wód w strefie równikowej sprzyja przesunięcie się strefy MSZ-tu na N. W strefie równikowej wobec występowania równowagi skrajnie stałej i braku konwekcji, zdecydowanie zmniejsza się zachmurzenie, co powoduje wzrost natężenia promieniowania słonecznego (głównie bezpośredniego) docierającego do powierzchni oceanu. Temperatura powierzchni wody w strefie równikowej stopniowo rośnie. Gdy osiągnie odpowiednia wartość, wyższą od temperatury wody w strefie szerokości 8-10°N, MSZ "rozdwaja się". Strefa konwergencji pasatów półkuli południowej przenosi się nad równik. Wzrost temperatury wody i występujące ponownie w strefie równikowej procesy konwekcji powodują wystąpienie opadów w strefie przyrównikowej (wybrzeża Ekwadoru i północnego Peru). Pojawia się słabo zarysowana faza El Ninio.

4. W trakcie przenoszenia się MSZ nad równik, znajdujące się po wschodniej stronie Pacyfiku przegrzane wody z rejonu wybrzeży Ameryki Środkowej, przestają być utrzymywane w swoim położeniu ("spychane") przez wiejący uprzednio na NE pasat półkuli południowej przechodzący przez równik. Po "rozdwojeniu" się MSZ, między strefą zbieżności pasatów półkuli północnej (N MSZ; około 8°N) a strefą zbieżności pasatów półkuli południowej (S MSZ; 2°S - 0°) wieją stosunkowo silne wiatry zachodnie, które aktywizują Prąd Równikowy Wsteczny Pacyfiku. Prąd ten powoduje wzmożenie zasilania obszaru przegrzanych wód przy wybrzeżu Ameryki Środkowej. Oba te czynniki stanowią przyczynę wystąpienia silnej ekspansji bardzo ciepłych wód na południe - wzdłuż wybrzeża Kolumbii, następnie Ekwadoru, Peru i południowego Chile. Ekspansji tej sprzyja wcześniejsze osłabienie Prądu Humboldta (stanowiące efekt poprzedniego osłabienia Wyżu Południowopacyficznego). U wybrzeży Ekwadoru, Peru i N Chile rozprzestrzeniają się bardzo ciepłe wody, "spychające" chłodniejsze wody dalej od wybrzeża na W. Wystąpienie strefy przegrzanych wód w strefie przybrzeżnej w szerokościach 0° - 25-35°S pociąga za sobą wzrost zawartości pary wodnej w powietrzu i stwarza dogodne warunki do wystąpienia silnej chwiejności atmosfery. Rozwijają się na dużą skalę procesy konwekcji, powodujące wystąpienie w tym, normalnie pustynnym obszarze (Peru, N Chile) obfitych opadów (kulminacja fazy El Ninio).

5. Wzrost temperatury wody w strefie równikowej i przeniesienie nad ten obszar MSZ oraz "równikowej" bruzdy obniżonego ciśnienia powoduje zaostrzenie się gradientu barycznego, skutkiem początkowo zmniejszenia odległości między centrum Wyżu Południowopacyficznego. Aktywizuje się pasat półkuli południowej, wzmacnia się Wyż Południowopacyficzny. Wraz z aktywizacją pasatu SE wzmaga sie transport wód w Prądzie Południoworównikowym Pacyfiku na W, słabnie przenos ciepłych wod w Prądzie Równikowym Wstecznym na E, zaczyna narastać intensywność przenosu ekmanowskiego wód podpowierzchniowych w warstwie tarcia na S, powoli aktywizuje się Prąd Humboldta i upwelling u wybrzeży powodując spadek temperatury wód u wybrzeży N Chile, Peru a następnie Ekwadoru. Opady wzdłuż wybrzeży tych krajów stopniowo się zmniejszają aż do wystąpienia okresu bezopadowego. Stopniowo faza El Ninio słabnie i przechodzi w fazę La Nina  - i patrz pkt. 1 - zjawisko się powtarza.

Zmiana deklinacji Słońca powoduje, że wraz z przechodzeniem kulminacji Słońca na półkulę południową, strefa cieplejszych wód, a tym samym i MSZ, przemieszczają się corocznie na południe od równika. Najdalszy zasięg na południe strefa nagrzanych wód osiąga w końcu grudnia i w tym samym okresie ciepłe wody z rejonu położonego na N od równika ekspandują najdalej na południe. Z powodu zbieżności terminu (czasu) ekspansji ciepłych wód na południe ze świętami Bożego Narodzenia, zjawisko to nazwano El Ninio (Dzieciątko). Tak więc w sytuacji, gdy proces osiąga przeciętne natężenie, wykazuje on cykliczność quasi-roczną.
     Przejście od fazy kulminacji fazy El Ninio od kulminacji fazy La Ninia cechuje sie quasiokresowością około 3,5 - 4,5 letnią, a natężenie kolejnych faz nie jest jednakowe. W detale przyczyn tej zmienności nie będzie się w tym miejscu wnikać, są one skomplikowane. Zmienność ta jest związana głównie ze zmienną ilością i zmienną temperaturą wód dostarczanych ze strefy subantarktycznej (Prąd Cirkumantarktyczny, inaczej Dryf Wiatrów Zachodnich) do Prądu Humboldta. W przypadku dostawy większej ilości chłodnych wód do Prądu Humboldta, ich wpływ (po przeniesieniu ich z prądem na N) może kompensować procesy nagrzewania powierzchni oceanu w strefie wybrzeża Peru i opóźnić nadejście fazy El Ninio. W przypadku osłabienia dostawy wód subantarktycznych do Prądu Humboldta lub ich nieco wyższej temperatury, faza El Ninio ulec może przyspieszeniu lub "rozciągnięciu w czasie" (wydłużeniu).

Znajomość tropikalnej części mechanizmu ENSO pozwala z dość dobrym przybliżeniem prognozować rozwój (stan) zjawiska na około 6 - 8, z nieco gorszym - do 12 miesięcy w przyszłość, na podstawie anomalii temperatury powierzchni oceanu. Prognozy stanu El Ninio - La Nina są regularnie publikowane i bez kłopotu można uzyskać je przez sieć komputerową na przykład pod adresami:
     http://meteora.ucsd.edu/~pierce/elnino/elnino.html
     http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_monitoring/lanina/
     www.pmel.noaa.gov/toga-tao/el-nino-report.html

 

Problem oscylacji samowzbudnych w układzie atmosfera - ocean - atmosfera
Andrzej A. Marsz (wszelkie prawa autorskie zastrzeżone)

Z przedstawionego wyżej, bardzo skrótowego i uproszczonego opisu zjawiska ENSO wynika, że mamy tutaj do czynienia z dwoma jednocześnie występującymi i powiązanymi ze sobą procesami - jeden z nich rozgrywa się w kierunku południkowym - między Wyżem Południowopacyficznym i MSZ, drugi w kierunku równoleżnikowym - między zachodnimi wybrzeżami Ameryki Południowej a zachodnimi krańcami Pacyfiku w strefie równikowej.
Mechanizmem sterującym całością obu procesów tworzących jeden system, jest naturalna zmienność południkowej cyrkulacji atmosferycznej o charakterze oscylacyjnym, będąca skutkiem współdziałania z oceanem. Układ ten, w najprostszej postaci można zapisać jako:

intensywność SE pasatu -> intensywność cyrkulacji oceanicznej -> zmiana temperatury powierzchni oceanu w strefie równikowej -> zmiana intensywności SE pasatu -> zmiana intensywność cyrkulacji oceanicznej -> zmiana temperatury powierzchni oceanu w strefie równikowej -> .....

Oba procesy, oceaniczny i atmosferyczny, wzajemnie na siebie wpływają i oba wzajemnie się kontrolują. Kontrola następuje poprzez występujące między nimi sprzężenia zwrotne, których układ jest tego rodzaju, że gdy człon atmosferyczny zaczyna się intensyfikować (dodatnie sprzężenie zwrotne), człon oceaniczny systemu jako odpowiedź "uruchamia" ujemne sprzężenie zwrotne, prowadzące do ograniczenia intensywności procesu atmosferycznego. Odpowiedzią oceanu, w przypadku osłabienia intensywności działania członu atmosferycznego jest "uruchomienie" dodatniego sprzężenia zwrotnego, powodującego intensyfikację działania członu atmosferycznego. Poprzesuwane w czasie układy sprzężeń między składowymi systemu powodują, że system taki nie może osiągnąć stanu równowagi, przerzucając się bez przerwy między jednym a drugim stanem krańcowym. To przerzucanie się między stanami krańcowymi powoduje występowanie zmiennych, quasi-okresowych przebiegów elementów klimatycznych i hydrologicznych (prędkości pasatów, ciśnienia atmosferycznego, zachmurzenia, dopływu energii promienistej do powierzchni oceanu, temperatury powierzchni oceanu, ...). Takiego rodzaju przebiegi nazywa się przebiegami oscylacyjnymi; ich zapis w funkcji czasu daje zapis drgań czy fal, niekoniecznie o takiej samej amplitudzie i okresie.

O systemie takim można powiedzieć, iż jest systemem samowzbudnym. Określenie "samowzbudny" oznacza, że generacja drgań (zmiany stanów systemu) zachodzi na skutek istnienia związków wewnątrzsystemowych (np. związki o charakterze odwracania fazy sygnału przesuniętego w czasie), pod wpływem właściwości systemu jako takiego, bez wymuszającego działania czynników zewnętrznych, działających spoza systemu. System taki jest zdolny do generowania oscylacji przy stałym dopływie energii z zewnątrz, a generowane oscylacje nie są odpowiedzią na zmienny dopływ energii.
Uproszczony schemat funkcjonalny mechanizmu cyrkulacji południkowej, sterującej zmiennością ENSO jest przedstawiony poniżej. Obejmuje on tylko trzy człony funkcjonalne systemu: zamiany energii cieplnej w energię kinetyczną (MSZ - "silnik" systemu), dynamicznego współoddziaływania oceanu i atmosfery oraz modulacji dopływu energii promienistej do powierzchni oceanu. Schemat ten nie uwzględnia zmian zachodzących w przestrzeni - te zmiany można obserwować studiując odpowiednie mapy rozkładu SST (temperatury powierzchni oceanu) i odpowiadających im faz położenia komórek Walkera. Jeśli pole występujące w schemacie jest trójczęściowe, zapis w środkowej części pola informuje, czego dotyczy wzrost lub spadek. Strzałki wskazują kierunek sygnału. Analizę schematu najwygodniej rozpocząć od jego lewego dolnego rogu.

 

Schemat układu sprzężeń zwrotnych w ENSO

Jak wynika z analizy tego schematu, system musi przechodzić z jednego stanu do drugiego, a tym samym generować oscylacje. Oscylacje będą generowane nawet wtedy, gdy na wysokość górnej granicy chmur będzie dochodziła idealnie stała ilość energii słonecznej. Przyczyną takiego stanu rzeczy jest to, że opisany system jest taki, jaki jest. Jeśli jest taki, jaki jest, ma on określoną charakterystykę. Jeśli jego charakterystyka jest taka, że w wyniku współdziałania jego składowych musi on generować oscylacje, będzie je generował.
Może wydawać się dziwacznym stwierdzenie, że przyczyną tego jest to, "że system jest taki, jaki jest". Nauki przyrodnicze właśnie odpowiadają na pytania "jak jest?", nie zaś na pytania "dlaczego nie jest inaczej?"

Problem generacji oscylacji samowzbudnych przez pod-systemy planetarnego systemu klimatycznego stanowi jedną z kluczowych kwestii współczesnej klimatologii. Mimo istniejącej literatury wykazującej możliwość generacji zmiennych przebiegów klimatycznych pod wpływem dynamiki wewnątrzsystemowej (najczęściej w wyniku współoddziaływania oceanu i atmosfery, niekiedy oceanu, atmosfery i ogólnie - kriosfery), czy też, jak w przypadku pracy J. Bjerknesa, udowodnienia wewnątrzsystemowego charakteru genezy ENSO, wielu klimatologów nie przyjmuje do wiadomości, lub też zdecydowanie odrzuca możliwości generowania przez system klimatyczny (dokładniej - jego podsystemy) drgań samowzbudnych, czy też oscylacji samowzbudnych. Przyczyn obserwowanej zmienności doszukują się w działaniu czynników spoza systemu klimatycznego; mają to być głównie zmiany aktywności Słońca |2| powodowane przez różne czynniki, zmiany ilości dopływającej energii słonecznej do powierzchni Ziemi, powodowane np. przez przechodzenie Ziemi przez obłoki pyłu kosmicznego lub zmiany przezroczystości atmosfery przez pyły wulkaniczne, oddziaływania grawitacyjne planet, zmiany prędkości obrotowej naszej planety |3|, etc, etc. Tego rodzaju podejście, być może zwiększa atrakcyjność klimatologii, czyniąc z niej wiedzę "tajemną", niekoniecznie jednak przyczynia się do postępu w dziedzinie nauk atmosferycznych.
    W przypadku ENSO, istnieje szereg innych poglądów na genezę tego zjawiska. Ma być ono generowane przez interferencję długookresowych fal pływowych, stanowić przejaw grawitacyjnych oddziaływań Księżyca, stanowić efekt oddziaływań zmiennej aktywności Słońca zinterferowanej z oddziaływaniem którejś z dużych planet, stanowić echo intensywności monsunu azjatyckiego (wiadomo, że ENSO warunkuje pewne istotne cechy monsunów, nie zaś odwrotnie!), etc, etc. Wszystkie te poglądy charakteryzują się daleko posuniętym ignorowaniem roli oceanu - stanowi on w tych rozważaniach jedynie podłoże atmosfery i wcale nie uwzględnia się jego zmieniającego się w czasie oddziaływania na atmosferę. Większość tych poglądów nie wyjaśnia, w jaki sposób opisane oddziaływanie, np. grawitacyjne Księżyca, ma oddziaływać na atmosferę i ocean i prowadzić do wystąpienia zjawiska ENSO, czy też jakie np. siły powodują wystąpienie procesu, który ma generować ENSO, i czy proces taki realnie istnieje (dotyczy postulowanego występowania długookresowych, około 8- i 12-letnich, fal pływowych).

Drugi, równoleżnikowy system cyrkulacji oceanicznej i atmosferycznej, powiązany z omówionym tu południkowym systemem cyrkulacji, to system "komórki Walkera". Komórka Walkera, w takt zmian stanu południkowego systemu cyrkulacji ulega przesunięciu na zachód lub wschód, dając, jako najbardziej "widoczny" objaw swojego położenia, zmienność okresów suszy i opadów. Funkcjonowanie komórki Walkera (od nazwiska sir G. Walkera) jest opisywane i objaśniane w każdym przyzwoitym podręczniku klimatologii czy meteorologii tropikalnej, stąd nie będzie tutaj omawiane.

Miarą stanu obu podsystemów (cyrkulacji południkowej i równoleżnikowej) tworzących zjawisko ENSO jest wskaźnik Oscylacji Południowej (Southern Oscillation Index; SOI). Jest to różnica standaryzowanych odchyleń od średnich miesięcznych wartości ciśnienia atmosferycznego między Tahiti (Papeete; ~17°S, 149°W) a Darwin (S Australia; ~ 12°S, 131°E). Jeśli w zachodniej części Pacyfiku temperatura powierzchni oceanu jest wyższa od przeciętnej, występują tam obniżki ciśnienia. Na Tahiti temperatura wody jest wtedy niższa od normy i ciśnienie jest wyższe od normy. Znak i wartość wskaźnika informuje więc o stanie systemu i natężeniu zjawiska. Więcej informacji na temat indeksu SOI, łącznie z literaturą przedmiotu i kompletem wartości wskaźnika znaleźć można pod adresem:
     https://www.ncdc.noaa.gov/teleconnections/enso/indicators/soi/

Odnośniki:

1. Faktem jest, że J. Bjerknes nadmiernie zaufał wiedzy czytelników swoich prac, zakładając. że meteorolodzy znają oceanografię, oceanografowie - meteorologię, a klimatolodzy - jedno i drugie. Skwitował on objaśnienie zjawiska krótko, jako "... współdziałanie zmian południkowego natężenia cyrkulacji atmosferycznej w komórce Hadleya ze zmianami natężenia przenosu ekmanowskiego, prowadzącymi do pojawienia się przesuniętych o 180° w fazie zmian temperatury powierzchni oceanu. Te ostatnie powodują wystąpienie silnych ujemnych sprzężeń zwrotnych, wymuszających oscylacyjny charakter przebiegu procesu..."

2. Trzeba zauważyć, że w obserwowanych w całym okresie wykonywania pomiarów instrumentalnych dopływu energii słonecznej, wahania dopływu tej energii do górnej granicy atmosfery były mniejsze od błędu jego pomiaru. Brak więc dowodów na to, że dopływ energii słonecznej do systemu klimatycznego charakteryzuje się krótkookresową zmiennością (pomija się tutaj zagadnienia zmienności długookresowej, związanej ze zmianami nutacji, precesji,... - patrz np. teoria Milankoviča).

3. Rozpatrując tą tezę z punktu widzenia pierwotności przyczyny i skutku, zmiany przestrzennego rozkładu masy (np. atmosfery) mogą doprowadzić do odpowiednich zmian prędkości obrotu naszej planety, odwrotna sytuacja, z fizycznego punktu widzenia jest trudna, jeśli w ogóle możliwa, do objaśnienia.

 

El Niño: fact and fiction - Bruno Voituriez i Guy Jacques

IOC Ocean Forum series UNESCO Publishing, 2000, 128 stron.
Adres: https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000120453

W 2000 roku Międzyrządowa Komisja Oceanograficzna UNESCO (IOC Forum) wydała pracę Bruno Voitureza i Guya Jacques'a El Niño: fact and fiction. Praca ta pod podanym adresem jest dostępna bezpłatnie on-line. Stanowi ona monografię zjawiska ENSO (El Nino + Southern Oscllation). Wyjątkowa wartość tej pracy dla klimatologów - geografów polega na tym, że po części wstępnej (rozdziały 1 i 2), która wprowadza „w temat” i podstawy meteorologii tropikalnej, w pracy wyjaśnia się krok po kroku funkcjonowanie ENSO jako samowzbudnego oscylatora funkcjonującego w tropikalnym sprzężonym systemie ocean-atmosfera, wyjaśniając również przyczyny przechodzenia od fazy La Nina do fazy El Nino i ponownie do fazy La Nina (rozdziały 3 i 4). Rozdział 5 poświęcony jest globalnym i regionalnym konsekwencjom klimatycznym funkcjonowania ENSO, w rozdziale 6 krótko przedstawiono problematykę prognozowania ENSO. Ostatni, równie krótki rozdział 7 omawia charakter anomalii pogodowych związanych z fazami ENSO oraz ich konsekwencje gospodarcze i społeczne. Praca zawiera również obszerny słownik terminów i pojęć używanych w tekście, wyjaśniający ich znaczenie.

 

.