Полюсный прилив в Тихом океане – триггер Эль-Ниньо

Эль-Ниньо – наиболее известное квази-периодически повторяющееся явление в глобальной климатической системе. Основные ритмы Эль-Ниньо имеют квази-двухлетние и квази-трехлетние периоды. Однако знание этих периодов плохо помогает предсказать Эль-Ниньо, поскольку довольно часто имеют место ложные прогнозы. Мы показываем, что основные периоды ритмов Эль-Ниньо подобны субгармоникам так называемого чандлерского колебания в движении полюса Земли (период примерно 14 месяцев) (Серых и Сонечкин, 2017а). Чандлеровское колебание возбуждает в атмосфере и океанах так называемый полюсный прилив, который распространяется с запада на восток противофазно в обоих полушариях. Исходя из этого факта и использования спутниковых данных об аномалиях уровня моря и температуры поверхности океана, мы показываем, как океанический полюсный прилив в Тихом океане может спровоцировать Эль-Ниньо (Серых и Сонечкин, 2016), если к нему присоединяются некоторые дополнительные факторы (Серых и Сонечкин, 2017б, 2017в).
По достижении полюсным приливом западного побережья Северной Америки в умеренных широтах, этот прилив трансформируется в прибойную волну, бегущую, в основном, к югу. Если эта волна достигает широт Панамского перешейка одновременно с началом смещения Внутритропической Зоны Конвергенции от этих широт в сторону экватора, то их совокупное воздействие на океаническую поверхность приводит к смещению очень теплых вод, обычно наблюдающихся в этом районе, которое создает аномалии температуры поверхности океана, характерные для Эль-Ниньо.
В настоящей работе это предположение подтверждается тем, что в спутниковых данных аномалий уровня моря и температуры поверхности океана находится распространяющаяся к западу волна, чей период составляет 14 месяцев. Похожая, хотя и менее развитая, волна найдена в приэкваториальной Атлантике, где, как известно, существует некоторый аналог Эль-Ниньо. Только ее фаза оказалась противоположной к фазе Тихоокеанской волны. Так и должно быть, если движителями обеих волн являются океанические полюсные приливы, возбуждаемые, в свою очередь, чандлеровским колебанием полюсов Земли.
Исследована трёхмерная структура аномалий геопотенциала, возникающих в тропосфере и нижней стратосфере при Эль-Ниньо – Глобальной атмосферной осцилляции (ГАО), ранее обнаруженной в приземных полях температуры и давления (Бышев и др., 2008, 2012, 2016). Установлена высокая статистическая значимость этих аномалий, что служит формальным свидетельством их реальности. В тропосфере (800-100 гПа) и в нижней стратосфере (100-30 гПа), структура ГАО существенно изменяется по сравнению с приземными полями, постепенно приобретая зональный характер. По-видимому, это связано с тем, что атмосферный полюсный прилив, вызываемый чандлеровским колебанием полюсов Земли и лунно-солнечной нутацией, почти беспрепятственно огибает Землю, испытывая лишь небольшое топографическое воздействие от континентов.
По данным наблюдений и их ре-анализам, а также результатам экспериментов с климатическими моделями построены глобальные поля средних аномалий атмосферного давления на уровне моря и температуры воздуха у поверхности на положительных и отрицательных фазах ГАО (Серых, 2018). Предложен индекс ГАО и рассчитаны его спектры, а также спектры индексов Эль-Ниньо – Южного колебания. Показано, что некоторые из современных моделей совместной циркуляции океана и атмосферы, участвующие в международном проекте сравнения моделей CMIP5, неплохо воспроизводят пространственную структуру ГАО. Что касается временных энергетических спектров, то у моделей они отличаются от реальности как общим ходом спектральной плотности в диапазоне междугодовых – десятилетних колебаний, так и периодами конкретных пиков, имеющих место в этом диапазоне. Сравнение модельных экспериментов piControl и Historical показало, что при учете 11-летнего цикла солнечной активности климатические модели воспроизводят периодичности ГАО точнее, чем без него. Сделан вывод, что отличия модельных спектров от реальных являются причиной ошибок в предсказаниях начала Эль-Ниньо с заблаговременностью более полугодия.
Считая ГАО главной модой короткопериодных климатических вариаций, определены индексы, характеризующие динамику и взаимосвязь внетропических и тропических компонент ГАО. Среди этих индексов найден один, с помощью которого оказывается возможным предсказывать Эль-Ниньо с заблаговременностью в 12 месяцев. С помощью вейвлетов, выявлен диапазон временных масштабов, внутри которого имеет место наиболее тесная кросскорреляция этого индекса с индексом, характеризующим Эль-Ниньо (Вакуленко и др., 2018).
Эль-Ниньо является результатом взаимодействия между многими атмосферными и океаническими процессами, развивающимися по всей Земле так же, как океаническая волна-убийца является результатом взаимодействия между всеми волнами на поверхности океана. Однако среди этих процессов океанический полюсный прилив в северной части Тихого океана является главным спусковым механизмом Эль-Ниньо.