Циклонический Ниньо - Википедия - Cyclonic Niño

Тайфун Чан-Хом в 2003 году

Циклонический Ниньо это климатологическое явление, которое наблюдалось в климатические модели куда тропический циклон активность повышена. Повышенная активность тропических циклонов перемешивает воды океана, внося охлаждение в верхнем слое океана который быстро рассеивается и нагревается в более глубоких слоях, что сохраняется значительно дольше, что приводит к чистому потеплению океана.

В климатическом моделировании Плиоцен, это чистое потепление переносится Океанские течения и часть его попадает в Восточная часть Тихого океана, прогревая его относительно Западная часть Тихого океана и таким образом создавая Эль-Ниньо[а]-подобные условия. Реконструированные температуры в плиоцене показали характерную для Эль-Ниньо структуру температура океана это можно объяснить усилением активности тропических циклонов и, как следствие, повышением температуры в восточной части Тихого океана. Некоторая часть тепла переносится из тропиков и может быть причиной прошлых периодов более теплого, чем обычно, климата, например, в эоцен и Меловой, хотя нет единого мнения о преобладающем воздействии тропических циклонов на перенос тепла от тропиков. Есть свидетельства того, что в современном климате при подходящих условиях тайфуны может начать события Эль-Ниньо.

Фон

Тропические циклоны и перемешивание океана

Депрессия температура поверхности моря вызванный ураган Катрина и Ураган Рита в 2005

Тропические циклоны опасные и разрушительные погодные явления, которые несут ответственность за ущерб почти в 10 000 000 000 долларов ежегодно только в Соединенных Штатах.[3] Они также оказывают разнообразное воздействие на атмосферу и океан,[b][5] их ветры смешивают воды верхнего океана[6] и набрать холодную глубокую воду; кроме того, тепло извлекается из океана, хотя этот эффект невелик.[7] Эффекты обычно описывались как временные. охлаждение водной поверхности[8] до 6 ° C (11 ° F)[9] что имеет тенденцию ослаблять шторм[7] но рассеивается морем и атмосферой за один-два месяца.[10] Это сопровождается гораздо более продолжительным потеплением подземных вод, хотя характер реакции имеет определенную сложность;[11][3][12] часть[c] из[14] подповерхностное потепление имеет тенденцию рассеиваться в атмосфере за счет сезонных колебаний термоклин если он недостаточно глубокий.[15] Кроме того, другие воздействия тропических циклонов на океан, такие как осадки может изменять или противодействовать ветровым эффектам.[16] Это потенциально может повлиять на глобальный перенос тепла; воздействие на глобальный климат невелико при нынешнем климате, но может быть сильнее в более теплом климате.[17]

Таким образом, чистым результатом перемешивания будет потепление океана.[8] и тепловой поток от 0,26 до 0,4 петаватт (3,5×1011–5.4×1011 л.с.),[15] а также - для реалистичного распределения тропических циклонов - уменьшение переноса тепла из тропиков[18] примерно 1/3 тепла накапливается в экваториальных областях.[d][22] Оценки теплосодержание океана через спутниковая съемка подтверждают, что активность тропических циклонов увеличивает теплосодержание океанов, хотя есть некоторые предостережения[23] и влияние на глобальные потоки тепла не особенно велико при современной активности тропических циклонов;[2] однако, согласно одному исследованию, эффект может быть достаточно большим, чтобы объяснить расхождения между устойчивым перемешиванием океана, наблюдаемым в тропиках, и количеством, требуемым для планетарная энергетика, так как в противном случае первого недостаточно.[18]

Плиоцен

Аномалии температуры поверхности моря в плиоцене

Эта концепция была сформулирована в ходе обсуждения Плиоцен климат; во время плиоцена температуры были на 2–4 К (3,6–7,2 ° F) выше, чем сегодня, и температурные градиенты в Тихий океан существенно меньше,[24][25] это означает, что Восточная часть Тихого океана были температуры, аналогичные Западная часть Тихого океана,[26] эквивалентно сильному Эль-Ниньо условия.[25] Среди реконструированных эффектов значимо более влажные условия в Юго-запад США чем сегодня.[27] В качестве парниковый газ концентрации были не выше сегодняшних, искали другие объяснения этим температурным аномалиям.[28]

Однако существование постоянного состояния, подобного Эль-Ниньо, не является бесспорным, и результаты некоторых исследований более убедительны. Ла-Нинья -подобное состояние Тихого океана. Климатические модели, температура поверхности моря реконструирована с алкеноны[e] а иногда даже реконструкции из фораминиферы В то же самое сверло дали противоречивые результаты.[1] Коралловый реконструкции на основе были использованы в исследовании 2011 года, чтобы сделать вывод, что Эль-Ниньо Южное колебание уже существовали во время плиоцена, включая отдельные явления Эль-Ниньо.[30]

Компьютерное моделирование, относящееся к плиоцену

Моделирование с помощью CAM3 модель общей циркуляции указывает на то, что количество тропических циклонов было намного больше, чем сегодня, и что они происходили более широко из-за более высоких температур поверхности моря и более слабой атмосферной циркуляции ( Ячейка Хэдли и Кровообращение ), что приводит к меньшему сдвиг ветра. Кроме того, тропические циклоны длятся дольше и происходят круглый год, а не по каким-либо причинам.[28]

Такое расширение активности тропических циклонов сделает тропические циклоны доступными для зон океана, где морские течения под поверхностью воды переносят воду в восточную часть Тихого океана.[31] Тропические циклоны вызывают перемешивание поверхностных вод моря;[28] с десятикратным увеличением перемешивания океана в двух полосах 8–40 ° к северу и югу от экватора, особенно перемешивание, происходящее в Центральная часть Тихого океана там, где активность тропических циклонов низка в условиях современного климата - в эти морские течения будет внесено тепло, что в конечном итоге приведет к потеплению центральной и восточной части Тихого океана, подобному Эль-Ниньо, и потеплению апвеллинг регионы,[31] с потеплением примерно на 2–3 ° C (3,6–5,4 ° F) в зоне восточной части Тихого океана холодный язык.[22] Этот эффект может проявиться в течение столетия, и его сила зависит от точного характера перемешивания океана. Это также подлежит положительный отзыв, поскольку потепление в восточной части Тихого океана, в свою очередь, увеличивает активность тропических циклонов; со временем может возникнуть климатическое состояние с постоянным Эль-Ниньо и более слабым Южным колебанием Эль-Ниньо.[32]

В серединеПьяченцы куда углекислый газ концентрации были близки к современным уровням, Земля была примерно на 2–4 ° C (3,6–7,2 ° F) теплее, чем сейчас[33] и моделирования показывают, что тропические циклоны были более интенсивными;[34] Однако смоделированное распределение тропических циклонов отличалось от реконструированного для других этапов плиоцена. Расчеты с использованием климатической модели CESM, проведенные в 2018 г.[35] показали пониженный температурный градиент между восточной и западной частью Тихого океана и более глубокий термоклин в ответ на перемешивание, вызванное тропическими циклонами, и аномальные морские течения в восточном направлении в Тихом океане; это сопровождается похолоданием областей, где перемешивание является наиболее сильным, и потеплением восточной части Тихого океана.[36] Также есть эффекты на Восточноазиатский муссон например, более сильный зимний сезон дождей[37] но при моделировании фоновый климат Пьяченца был более значительным, чем эффекты тропического циклона.[38]

Последующие выводы

Позже исследователи предположили, что усиление ветра может фактически усилить Южное колебание Эль-Ниньо.[39] и это эоцен и теплый климат плиоцена все еще характеризовался циклом ЭНСО. Это не обязательно означает, что в Тихом океане все еще существовал температурный градиент с востока на запад.[40] который вместо этого мог включать расширенный на восток Тихоокеанский теплый бассейн.[24] Реконструкции температуры на основе кораллов и восстановленных данных об осадках из Китая лесс указывают на отсутствие постоянного состояния, подобного Эль-Ниньо.[41] Другое исследование 2013 года с другой климатической моделью показало, что тропические циклоны в западной части Тихого океана могут фактически вызывать похолодание температуры поверхности моря в восточной части Тихого океана.[42] Моделирование 2015 г. тропический циклогенез не продемонстрировал усиление генезиса тропических циклонов в плиоцене, хотя моделирование не показало уменьшения температурного градиента восточно-западной части Тихого океана, и оно действительно показало усиление активности тропических циклонов в частях центральной части Тихого океана, наиболее критических для возникновения эффектов циклонического Ниньо.[43] Моделирование 2018 года предполагало, что добавление климатических явлений, вызванных смешением тропических циклонов, к моделированию климата среднего Пьяченца может в некоторых аспектах улучшить, а в других - уменьшить соответствие между смоделированным климатом и климатом, реконструированным на основе палеоклиматических данных.[37] Исследование 2019 года показало, что активность тропических циклонов в Западная часть Тихого океана коррелирует с температурными аномалиями, связанными с Эль-Ниньо, месяцами позже.[44]

Моделирование климата 2010 года показало, что усиление средней скорости ветра тропических циклонов вызвало потепление в восточной части Тихого океана и похолодание в западной части Тихого океана,[45] соответствует реакции, подобной Эль-Ниньо; также происходит усиление ячейки Хэдли атмосферной циркуляции[46] а часть тепла переносится из тропиков западными граничные токи.[47] Аналогичные изменения температуры Восток-Запад были получены в других 2010 г.[48] и исследования 2011 года;[49] в последних высоких широтах температура повысилась примерно на 0,5–1 ° C (0,90–1,80 ° F), а глобальное потепление - на 0,2 ° C (0,36 ° F).[50] и первый показал, что тепло переносится на глубине около 200 метров (660 футов) в направлении Экваториальное подземное течение который затем переносит его в восточную часть Тихого океана. Подобные эффекты, но гораздо меньшей величины, наблюдаются в Североатлантический и другие океаны[48] и есть изменения в Индонезийский сквозной поток.[51] Исследование 2013 года с использованием тропических циклонов из 2003 сезон тихоокеанских тайфунов включая Тайфун Чан-хом показали, что ветры тропических циклонов могут вызывать движение на восток экваториальные волны[52] и предположил, что такие волны, вызванные тайфуном, могут вызвать явления Эль-Ниньо.[53] при благоприятных фоновых условиях.[54] Исследование 2014 года показало общее увеличение теплосодержания океана, вызванное тайфунами и ураганами, активировавшимися в период с 2004 по конец 2005 года.[55] Другое моделирование 2018 года показывает, что теплые подземные аномалии переносятся на восток в восточную часть Тихого океана.[56]

Могут существовать и неокеанические механизмы Эль-Ниньо, вызванного тропическими циклонами.[57] Тропические циклоны в Тихом океане вызывают западные ветры, так называемые порывы западного ветра которые играют важную роль в возникновении явлений Эль-Ниньо, таких как 2014–16 Эль-Ниньо, и есть свидетельства того, что усиление активности тропических циклонов предшествует наступлению Эль-Ниньо.[58] Такие процессы также влияют на интенсивность Эль-Ниньо.[59]

Сопутствующие воздействия на мировой климат

Повышенная активность тропических циклонов во время более теплого климата может увеличить перенос тепла океаном, что может объяснить, почему климатические данные о более теплых климатах прошлого часто не показывают большого потепления в тропиках по сравнению с температурами высоких широт; увеличенный перенос тепла будет более эффективно отводить тепло из тропиков[60] и, таким образом, поддерживать температуру стабильной даже при изменении скорости переноса тепла океаном.[61]

Такое изменение переноса тепла океана тропическими циклонами использовалось для объяснения других климатических состояний в прошлом, когда Земля была теплее, чем сегодня, а температурный градиент между полюсами и тропиками меньше. Так было, например, во время позднего Меловой, вовремя Палеоцен-эоценовый термальный максимум во время которого температуры в Арктический временами превышала 20 ° C (68 ° F),[62] в эоцене[5] и в плиоцене от 3 до 5 миллионов лет назад.[19][63]

Последствия

Эль-Ниньо вызвало изменения в атмосферной циркуляции

Эффект «Циклонического Ниньо» может частично объяснить распределение температуры в плиоцене.[32] и уплощение океанического термоклина в плиоцене.[40] Постоянные условия Эль-Ниньо, возможно, имели эффекты, аналогичные таковым современного Эль-Ниньо, хотя это не является бесспорным.[26] Постоянное Эль-Ниньо подавит ураган активность в Северной Атлантике менее эффективна, чем нынешнее Эль-Ниньо, из-за различных термодинамических эффектов временного потепления.[64]

Ожидается, что более сильные тропические циклоны вызовут большее перемешивание океана и, следовательно, более сильное воздействие на перенос тепла. Антропогенное глобальное потепление Ожидается, что частота интенсивных тропических циклонов увеличится, что может вызвать эффект циклонического Ниньо.[65] Следствием этого может стать усиление ураганов в центральной части Тихого океана.[66]

Примечания

  1. ^ Сегодняшний день Эль-Ниньо это климатическое явление, которое происходит каждые три-семь лет, в течение которого в восточной части Тихого океана появляются теплые водные массы, подавляющие апвеллинг там. в Западная часть Тихого океана наоборот, осадки и температура уменьшаются.[1] Тропический Волны Кельвина связанный с Колебания Мэддена-Джулиана и Янаи волны может способствовать возникновению явлений Эль-Ниньо.[2]
  2. ^ Например, во время небольшой ледниковый период когда активность тропических циклонов в этом районе была снижена, океан был сильнее стратифицирован ближе к Great Bahama Bank, вероятно, отражает пониженное перемешивание, опосредованное тропическими циклонами.[4]
  3. ^ Согласно одному исследованию, 3/4 потепления[13]
  4. ^ Распространение тропических циклонов подразумевает, что перенос тепла к полюсам сдерживается перемешиванием, вызванным циклонами.[19] Тропические циклоны обычно возникают в районе субтропической зоны. опрокидывание обращения который сохраняет смешанное тепло.[20] В результате компьютерного моделирования 2015 года наблюдалось сильное накопление тепла в тропиках.[21]
  5. ^ Алкеноны являются органические соединения которые можно использовать для восстановления прошлых температур.[29]

Рекомендации

  1. ^ а б Watanabe et al. 2011 г., п. 209.
  2. ^ а б Шривер, Хубер и Чафик, 2013 г., п. 2.
  3. ^ а б Шривер 2013, п. 15173.
  4. ^ Вудрафф, Шривер и Лунд 2011, п. 341.
  5. ^ а б Шривер, Хубер и Чафик, 2013 г., п. 1.
  6. ^ Zhang et al. 2015 г., п. 5966.
  7. ^ а б Scoccimarro et al. 2011 г., п. 4368.
  8. ^ а б Корти, Эмануэль и Скотт, 2008 г., п. 639.
  9. ^ Манучарян, Бриерли и Федоров 2011, п. 1.
  10. ^ Ли и Шривер 2018, п. 3.
  11. ^ Bueti et al. 2014 г., п. 6978.
  12. ^ Чжан, Хан; Ву, Ренхао; Чен, Дэйк; Лю, Сяохуэй; Он, Хайлун; Тан, Юмин; Кэ, Даосюнь; Шен, Чжэци; Ли, Джунде; Се, Цзюньчэн; Тиан, Ди; Мин, Джи; Лю, Фу; Чжан, Донгна; Чжан, Вэньянь (октябрь 2018 г.). «Чистая модуляция термальной структуры верхнего слоя океана тайфуном Калмаэги (2014 г.)». Журнал геофизических исследований: океаны. 123 (10): 7158–7159. Дои:10.1029 / 2018jc014119. ISSN  2169-9275.
  13. ^ Bueti et al. 2014 г., п. 6979.
  14. ^ Манучарян, Бриерли и Федоров 2011, п. 12.
  15. ^ а б Scoccimarro et al. 2011 г., п. 4369.
  16. ^ Ван, Джих-Ван; Хан, Вэйцин; Шривер, Райан Л. (сентябрь 2012 г.). «Влияние тропических циклонов на баланс тепла океана в Бенгальском заливе в 1999 г .: 2. Процессы и интерпретации». Журнал геофизических исследований: океаны. 117 (С9): 1. Дои:10.1029 / 2012jc008373. ISSN  0148-0227.
  17. ^ Вудрафф, Шривер и Лунд 2011, п. 337.
  18. ^ а б Шривер и Хубер 2010, п. 1.
  19. ^ а б Sriver et al. 2010 г., п. 2.
  20. ^ Sriver et al. 2010 г., п. 4.
  21. ^ Zhang et al. 2015 г., п. 5970.
  22. ^ а б Манучарян, Бриерли и Федоров 2011, п. 2.
  23. ^ Шривер 2013, п. 15174.
  24. ^ а б Коидзуми и Сакамото 2012, п. 29.
  25. ^ а б Федоров, Бриерли и Эмануэль 2010, п. 1066.
  26. ^ а б Чжан, Сяо; Прейндж, Матиас; Стеф, Силке; Буцин, Мартин; Кребс, Ута; Лант, Дэниел Дж .; Nisancioglu, Kerim H .; Парк, Вонсан; Шмиттнер, Андреас; Шнайдер, Биргит; Шульц, Майкл (февраль 2012 г.). «Изменения глубины экваториального тихоокеанского термоклина в ответ на закрытие панамского морского пути: выводы из многомодельного исследования». Письма по науке о Земле и планетах. 317–318: 76. Дои:10.1016 / j.epsl.2011.11.028. ISSN  0012-821X.
  27. ^ Винник, М. Дж .; Welker, J.M .; Чемберлен, К. П. (8 апреля 2013 г.). «Стабильные изотопные свидетельства Эль-Ниньо атмосферной циркуляции в плиоцене на западе США». Климат прошлого. 9 (2): 909. Дои:10.5194 / cp-9-903-2013. ISSN  1814-9324.
  28. ^ а б c Федоров, Бриерли и Эмануэль 2010, п. 1067.
  29. ^ Brassell, S.C .; Eglinton, G .; Marlowe, I.T .; Pflaumann, U .; Сарнтейн, М. (март 1986 г.). «Молекулярная стратиграфия: новый инструмент климатической оценки». Природа. 320 (6058): 129–133. Дои:10.1038 / 320129a0. ISSN  0028-0836. S2CID  4366905.
  30. ^ Watanabe et al. 2011 г., п. 210.
  31. ^ а б Федоров, Бриерли и Эмануэль 2010, п. 1068.
  32. ^ а б Федоров, Бриерли и Эмануэль 2010, п. 1069.
  33. ^ Ян, Чжан и Чжан 2018, п. 3.
  34. ^ Ян, Чжан и Чжан 2018, п. 4.
  35. ^ Ян, Чжан и Чжан 2018, п. 5.
  36. ^ Ян, Чжан и Чжан 2018, стр. 8–9.
  37. ^ а б Ян, Чжан и Чжан 2018, п. 12.
  38. ^ Ян, Чжан и Чжан 2018, п. 11.
  39. ^ Watanabe et al. 2011 г., п. 211.
  40. ^ а б Ивани, Линда С .; Брей, Томас; Хубер, Мэтью; Buick, Devin P .; Шене, Бернд Р. (август 2011 г.). «Эль-Ниньо в эоценовой теплице, зарегистрированное ископаемыми двустворчатыми моллюсками и древесиной из Антарктиды» (PDF). Письма о геофизических исследованиях. 38 (16): н / д. Дои:10.1029 / 2011GL048635.
  41. ^ Он, Тонг; Чен, Ян; Бальзам, Уильям; Цян, Сяоке; Лю, Ляньвэнь; Чен, Джун; Цзи, Цзюньфэн (16 января 2013 г.). «Процессы карбонатного выщелачивания в формации красной глины, Китайское лёссовое плато: отпечатки пальцев изменчивости летнего муссона в Восточной Азии в течение позднего миоцена и плиоцена». Письма о геофизических исследованиях. 40 (1): 197–198. Дои:10.1029 / 2012gl053786. ISSN  0094-8276.
  42. ^ Чжан, Жун-Хуа; Пей, Юхуа; Чен, Даке (20 октября 2013 г.). «Отдаленные эффекты воздействия ветра тропических циклонов над западной частью Тихого океана на восточную часть экваториального океана». Достижения в области атмосферных наук. 30 (6): 1523. Дои:10.1007 / s00376-013-2283-0. ISSN  0256-1530. S2CID  130725905.
  43. ^ Koh, J. H .; Бриерли, К. М. (21 октября 2015 г.). «Потенциал возникновения тропических циклонов в палеоклиматах». Климат прошлого. 11 (10): 1447. Дои:10.5194 / cp-11-1433-2015. ISSN  1814-9324.
  44. ^ Wang et al. 2019 г., п. 1.
  45. ^ Шривер и Хубер 2010, п. 2.
  46. ^ Шривер и Хубер 2010, п. 4.
  47. ^ Шривер и Хубер 2010, п. 3.
  48. ^ а б Sriver et al. 2010 г., п. 3.
  49. ^ Манучарян, Бриерли и Федоров 2011, п. 6.
  50. ^ Манучарян, Бриерли и Федоров 2011, п. 11.
  51. ^ Sriver et al. 2010 г., п. 7.
  52. ^ Шривер, Хубер и Чафик, 2013 г., п. 3.
  53. ^ Шривер, Хубер и Чафик, 2013 г., п. 6.
  54. ^ Шривер, Хубер и Чафик, 2013 г., п. 8.
  55. ^ Bueti et al. 2014 г., п. 6996.
  56. ^ Ли и Шривер 2018, п. 29.
  57. ^ Lian et al. 2019 г., п. 6441.
  58. ^ Lian et al. 2019 г., п. 6425.
  59. ^ Wang et al. 2019 г. С. 7-8.
  60. ^ Koll & Abbot 2013, п. 6742.
  61. ^ Koll & Abbot 2013, п. 6746.
  62. ^ Корти, Эмануэль и Скотт, 2008 г., п. 638.
  63. ^ Коидзуми и Сакамото 2012, п. 36.
  64. ^ Корти, Роберт Л .; Камарго, Сюзана Дж .; Галевский, Иосиф (декабрь 2012 г.). «Вариации факторов генезиса тропических циклонов при моделировании эпохи голоцена». Журнал климата. 25 (23): 8210. Дои:10.1175 / jcli-d-12-00033.1. ISSN  0894-8755.
  65. ^ Шривер, Райан Л. (февраль 2010 г.). «Тропические циклоны в смеси». Природа. 463 (7284): 1032–3. Дои:10.1038 / 4631032a. ISSN  0028-0836. PMID  20182503. S2CID  205052347.
  66. ^ Адамс, Питер Н .; Inman, Douglas L .; Ловеринг, Джессика Л. (24 ноября 2011 г.). «Влияние изменения климата и направления волн на морские схемы переноса наносов в Южной Калифорнии». Изменение климата. 109 (S1): 226. Дои:10.1007 / s10584-011-0317-0. ISSN  0165-0009. S2CID  55961704.

Источники