streda, 6. augusta 2014

Silnejšie pasáty v Tichom oceáne. Môže za to teplejší Atlantik?


Približne od druhej polovice 90. rokov údaje o smere a hlavne rýchlosti vetra poukazujú v tropickej oblasti Tichého oceánu (Pacifiku) na významné zosilnenie stabilného pasátového prúdenia. To so sebou prinieslo celý rad veľmi nápadných dôsledkov – rýchly rast hladiny oceánu v západnej časti Pacifiku, zintenzívnenie morskej cirkulácie v Indo-pacifickej oblasti, zrýchlenie ukladanie tepla z atmosféry do oceánov či nápadne častý výskyt fenoménu La Niña po roku 1998. Výskum nakoniec poodhalil fyzikálne príčiny týchto zmien, pričom výsledky poukazujú na to, že podstatnú časť tejto „záhady“ vysvetľuje rýchlo sa otepľujúci Atlantický oceán.

Uvedený záver prináša nielen najnovšia štúdia zverejnená v Nature, ale pokiaľ si uvedomíme ako funguje tropická cirkulácia, podporuje ho aj teória planetárnej cirkulácie. Tropická cirkulácia sa právom označuje za hlavný motor prúdenia vzduchu na Zemi (Obr. 1). Poháňaná je rýchlym ohrievaním zemského povrchu v dôsledku intenzívneho slnečného žiarenia. Či už nad oceánmi alebo kontinentmi, intenzívne ohrievanie vedie k vzniku silných výstupných pohybov vzduchu (konvekcia). Odhliadnuc od dynamických príčin vzniku konvekcie v trópoch, a hlavne v oblasti tzv. Intertropickej zóny konvergencie (zbiehanie, teda konvergencia prízemného prúdenia v dôsledku „stretu“ pasátov zo severnej a južnej pologule), vo všeobecnosti platí, že pokiaľ je povrch pevniny alebo oceánu teplejší (a voda nie je limitujúcim faktorom), intenzita konvekcie narastá. Dobrým príkladom sú celoročne veľmi silné výstupné pohyby vzduchu nad veľmi teplými vodami západného Pacifiku, v blízkosti Filipín, Indonézie a Austrálie  – hlavným prejavom je permanentne veľká oblačnosť, vysoké ročné úhrny zrážok, ale nakoniec aj vysoký počet tropických cyklón v tomto regióne. Opačným príkladom je oblasť východného Pacifiku (Galapágy, pobrežie Peru, atď.), kde predovšetkým v dôsledku relatívne chladnejšej vody je konvekcia minimálna, prípadne až ojedinelá. 
   

Obr. 1: Schéme planetárnej cirkulácie vzduchu - tropická cirkulácia je reprezentovaná v prízemných vrstvách atmosféry veľmi stabilnou pasátovou cirkuláciou ("trade winds"), ktorá je "spodnou" časťou tzv. Hadleyovej bunky (Zdroj)


Obr. 2: Poludníkový (severo-južný) profil planetárnej cirkulácie vzduchu s veľmi výraznou tropickou cirkulačnou bunkou - "Hadley cell" (Zdroj)

Ak sa na to pozrieme viac z globálnejšej perspektívy, uvedený fyzikálny mechanizmus, ktorý v konečnom dôsledku presúva obrovské objemy teplejšieho vzduchu z trópov do miernych zemepisných šírok, či prípadne až k pólom (obr. 2), má v podstate len jediný účel. Zbavovať trópy prebytočného tepla, ale aj vlhkosti, a pomáhať planéte efektívne vyrovnávať extrémne teplotné rozdiely. Avšak táto výmena vzduchu neprebiehali len pozdĺž poludníkov (teda v severo-južnom smere), ale v rámci tropického pásma sa realizuje aj v smere rovnobežiek. Takýmto spôsobom si všetky tri oceány, Tichý, Atlantický a Indický, medzi sebou navzájom vymieňajú vzduchové hmoty a sú tak prepojené vzájomnými väzbami. Nie je preto žiadnym prekvapením, že akákoľvek meteorologická udalosť v jednom regióne sa po istom čase prejaví „určitým signálom“ v oblasti vzdialenej niekoľko tisíc kilometrov. Táto zonálna cirkulácia pozdĺž rovníka má aj svoj názov: Walkerová cirkulácia. Tu sa nakoniec dostávame aj k tomu, ako je možné, že zmeny cirkulácie nad Atlantikom môžu mať tak zásadný vplyv na pasáty v oblasti Pacifiku. 



Obr. 3a: Zjednodušená schéma Walkerovej cirkulácie v blízkosti rovníka v podmienkach bez výskytu výskytu El Niña alebo La Niña  (Zdroj)

Aby ste si to vedeli lepšie predstaviť, pomôžeme si nasledujúcim obrázkom (Obr. 3 - a, b, c). Na ňom sú schematicky popísané zmeny Walkerovej cirkulačnej bunky (alebo skôr jej jednotlivých buniek) nad všetkými tromi oceánmi, a to v situácii, ktorá by sa dala popísať ako normálna (Neutral conditions; a), a ďalej v situáciách El Niño (b) a La Niña (c). V neutrálnych podmienkach to funguje tak, že oblasť veľmi silnej konvekcie je typická pre západný Pacifik (Obr. 3a), Indonéziu a východnú polovicu Indického oceánu, naopak významné zostupné pohyby sa stabilizujú nad chladnejšími vodami východného Pacifiku. V oblasti Atlantiku, najmä jeho západnej časti a ďalej aj nad Amazóniou, prevládajú opäť výstupné konvektívne pohyby. Podobná situácia platí aj v prípade štádia La Niña, len s tým rozdielom, že toky sú intenzívnejšie. V štádiu El Niño si ale môžeme všimnúť, že v dôsledku abnormálnej teplej vody v centrálnom a východom Pacifiku sa obvyklé centrá konvekcie presúvajú do jeho centrálnej až východnej oblasti, presne v súlade s tým, čo sme popísali vyššie (teplejšie more, intenzívnejšie výstupne pohyby vzduchu a väčšia oblačnosť). 

Ďalej si možno všimnúť aj to, že centrá výstupných (cyklóna) a zostupných (anticyklóna) pohybov vzduchu sú pozdĺž rovníka rozložené podobne ako polia na šachovnici, striedajú sa. To znamená, že ak sa nám nad centrálnym Pacifikom stabilizuje oblasť výstupných pohybov, v západnom Pacifiku a v oblasti Atlantického oceánu a Amazónie sa ako kompenzácia vytvárajú oblasti subsidencie (zostupné pohyby), a naopak (pozri porovnanie s neutrálnymi podmienkami). A z princípov dynamiky prúdenia platí aj to, že čím silnejšie sú výstupné pohyby, tým zákonite vznikajú aj predpoklady pre silnejšie zostupné pohyby. (Pri subsidencii vzduchu dochádza navyše k rastu teploty vzduchu adiabatickým ohrievaním a tým aj zmenšovaniu oblačnosti.)


Obr. 3b: Zjednodušená schéma Walkerovej cirkulácie v blízkosti rovníka v podmienkach výskytu El Niña (Zdroj)


Obr. 3c: Zjednodušená schéma Walkerovej cirkulácie v blízkosti rovníka v podmienkach La Niñe (Zdroj)

A teraz k samotnému výskumu o zosilnených pasátoch nad Tichým oceánom. Zrejme už začínate tušiť, ako môže zmena cirkulácie kdesi nad Atlantikom ovplyvniť tak stabilný systém vetrov, akými sú pasáty v oblasti Pacifiku. Ako uvádzajú aj autori štúdie, Atlantický oceán sa od polovice 90. rokov významne oteplil, dokonca rýchlejšie ako východný Pacifik či iné oceánske oblasti. (Tomuto pravdepodobne dopomohla aj erupcia sopky Mt. Pinatubo v roku 1991, ktorej ochladzujúci efekt z prvej polovice 90. rokov sa prejavil najviac v oblasti Atlantického oceánu – po odoznení dôsledkov erupcie bolo následné otepľovanie Atlantiku rýchlejšie ako v iných oceánoch.)

Táto skutočnosť viedla nakoniec k zosilneniu výstupných pohybov vzduchu v priestore Atlantického oceánu, čo celú Walkerovú cirkulačnú bunku uviedlo do dynamickejšieho režimu a prispelo tak k zosilneniu všetkých jej vetiev, vrátane prízemného pasátového prúdenia. Teda režimu, ktorý je typický skôr pre La Niña situáciu – ako je ukázané aj na Obr. 3c, pretože práve La Niña štádium sa vyznačuje abnormálne silnými pasátmi v oblasti Pacifiku. Autori však vo svojich úvahách idú ďalej a poukazujú na to, že práve väčší teplotný rozdiel medzi Atlantikom a Pacifikom spôsobil takmer permanentné štádium La Niña po roku 1998, čo sa prejavilo aj v rýchlejšej akumulácii tepla vo väčších hĺbkach Tichého oceánu. Žiaľ, skutočnosť rýchlo sa otepľujúceho tropického Atlantického oceánu veľmi pravdepodobne viedla k ešte jednému takpovediac „side efektu“, a to pozoruhodne častému výskytu extrémneho sucha v Brazílii a v oblasti Amazónie (v rokoch 2005 a 2010). 


Zdroje 
Recent Walker circulation strengthening and Pacific cooling amplified by Atlantic warming
http://www.nature.com/nclimate/journal/vaop/ncurrent/full/nclimate2330.html
The Walker Circulation: ENSO's atmospheric buddy
http://www.climate.gov/news-features/blogs/enso/walker-circulation-ensos-atmospheric-buddy
Strong La Niñas recently? Blame the Atlantic—and a volcano
http://arstechnica.com/science/2014/08/strong-la-ninas-recently-blame-the-atlantic-and-a-volcano/

Žiadne komentáre:

Zverejnenie komentára

Vysušovanie krajiny vs. silnejúci skleníkový efekt

Je príčinou klimatickej zmeny a globálneho otepľovania vysušovanie krajiny? V súvislosti s príčinami globálneho otepľovania a klimatick...