گردش واکر و شیب ترموکلاین: نوسان جنوبی النینو چگونه آبوهوای جهان را کنترل میکند
پیوند میان بادهای تجاری جوی و مرز دمای زیرسطحی اقیانوس آرام، یک پاندول اقلیمی جهانی را به حرکت درمی‌آورد. درک این چرخه بازخورد مکانیکی نشان میدهد که چگونه تغییرات محلی اقیانوس، الگوهای آب‌وهوایی فصلی را در سراسر قاره‌ها دیکته میکند.
به قلم مرجان موسوی
این خبر را به اشتراک بگذارید
به‌طور خلاصه
- بادهای تجاری گردش واکر، آبهای گرم سطحی را به سمت غرب اقیانوس آرام می‌رانند و باعث ایجاد شیب در ترموکلاین زیرسطحی می‌شوند.
- با ضعیف شدن این بادها، آبهای گرم به سمت شرق سرازیر شده، شیب ترموکلاین را مسطح کرده و پدیده النینو را آغاز می‌کنند.
- این پیوند اقیانوس و جو، مناطق همرفت جهانی را جابهجا کرده و جریان جتاستریم و الگوهای آب‌وهوایی فصلی را در سراسر جهان تغییر میدهد.
تغییر در شیب دمای زیرسطحی اقیانوس آرام از همین حالا الگوهای بارش جهانی را برای فصل پیش‌رو بازنویسی کرده است؛ تغییری که تعیین میکند خشکسالی در کجا به آمازون ضربه بزند و سیلاب‌ها در کجا شاخ آفریقا را به زیر آب ببرند.
این بازتوزیع آب و گرما تصادفی نیست؛ بلکه توسط یک پیوند مکانیکی دقیق میان جو و اقیانوس که به عنوان نوسان جنوبی النینو (ENSO) شناخته میشود، کنترل می‌گردد. این سیستم که در یک چرخه ۲ تا ۷ ساله عمل میکند، به عنوان یک موتور حرارتی در مقیاس سیاره‌ای عمل کرده و انرژی را در سراسر خط استوا بازتوزیع میکند.[1]
در هسته این سیستم، گردش واکر (Walker Circulation) قرار دارد؛ یک حلقه جوی شرقی-غربی که پهنه استوایی اقیانوس آرام را در بر می‌گیرد. در شرایط خنثی، بادهای تجاری سطحی به طور پیوسته از شرق به غرب در نوار عرض جغرافیایی ۵ درجه شمالی تا ۵ درجه جنوبی می‌وزند. این بادها آبهای سطحی گرم‌شده توسط خورشید را به سمت اندونزی و استرالیا می‌رانند و سطح آب دریا را در غرب اقیانوس آرام در مقایسه با سواحل آمریکای جنوبی حدود ۵۰ سانتی‌متر بالا می‌برند.
این حرکت سطحی، ساختار درونی اقیانوس و به طور خاص ترموکلاین (Thermocline) را به طور بنیادین تغییر میدهد؛ لایه مرزی که آبهای گرم سطحی را از اعماق بسیار سرد زیرین جدا میکند. در غرب اقیانوس آرام، انباشت مداوم آب گرم، ترموکلاین را به عمق تقریبی ۱۵۰ تا ۲۰۰ متر به پایین می‌راند و یک مخزن حرارتی عظیم ایجاد میکند که به عنوان استخر آب گرم اقیانوس آرام شناخته میشود.
در مقابل، در شرق اقیانوس آرام در امتداد سواحل آمریکای جنوبی، جابه‌جایی آبهای سطحی اجازه میدهد تا آبهای سرد و غنی از مواد مغذی از اعماق اقیانوس به سطح بیایند (Upwelling). در اینجا، ترموکلاین تا فاصله ۴۰ متری سطح آب بالا می‌آید. این شیب تند غربی-شرقی ترموکلاین، شالوده ساختاری وضعیت اقلیمی عادی اقیانوس آرام است که اختلاف دمایی تا ۸ درجه سانتی‌گراد را در سراسر این حوضه حفظ میکند.
فاز النینو زمانی آغاز میشود که گردش واکر تضعیف گردد. بادهای تجاری دچار افت شده یا حتی تغییر جهت می‌دهند و باعث می‌شوند حجم عظیم آب گرم غربی به سمت شرق سرازیر شود. همان‌طور که این موج کلوین (Kelvin wave) زیرسطحی در طی یک دوره ۲ تا ۳ ماهه از اقیانوس آرام عبور میکند، شیب ترموکلاین را مسطح کرده، بالاآمدگی آبهای شرقی را سرکوب میکند و مرکز و شرق اقیانوس آرام را حداقل ۰.۵ درجه سانتی‌گراد بالاتر از میانگین بلندمدت گرم میکند.[1]
سرویس ملی آب‌وهوا (National Weather Service) این فاز را به عنوان «یک الگوی اقلیمی تکرارشونده شامل تغییرات در دمای آبهای مناطق مرکزی و شرقی استوایی اقیانوس آرام» تعریف میکند. هنگامی که سطح اقیانوس گرم میشود، منطقه حداکثر همرفت جوی و بارش نیز همراه با آن به سمت شرق جابهجا شده، شاخه صعودی گردش واکر را به مرکز اقیانوس آرام می‌کشاند و مسیر جتاستریم را در سطح جهانی تغییر میدهد.[1]
لانینا (La Niña) نشان‌دهنده نقطه مقابل این افراط است؛ یعنی تقویت وضعیت خنثی. بادهای تجاری شدت می‌گیرند، آب گرم بیشتری را به سمت غرب می‌رانند و شیب ترموکلاین را تندتر می‌کنند. شرق اقیانوس آرام به طور قابل‌توجهی سرد میشود و اغلب ۱.۰ درجه سانتی‌گراد یا بیشتر به زیر میانگین سقوط میکند. این امر یک سیستم پرفشار را تثبیت میکند که الگوهای آب‌وهوایی جهانی را به پیکربندی متفاوتی سوق میدهد؛ معمولاً فعالیت طوفان‌های اقیانوس اطلس را افزایش داده و در عین حال جنوب ایالات متحده را خشک‌تر میکند.
سوابق تاریخی مقیاس عظیم این انتقال انرژی را نشان می‌دهند. در طول رویدادهای بزرگ النینو در سال‌های ۱۹۸۲-۱۹۸۳، ۱۹۹۷-۱۹۹۸ و ۲۰۱۵-۲۰۱۶، مسطح شدن ترموکلاین به قدری گرمای اقیانوسی را در جو آزاد کرد که میانگین دمای سطح زمین را به طور موقت تا ۰.۲ درجه سانتی‌گراد افزایش داد؛ این امر نشان میدهد که هندسه زیرسطحی اقیانوس با چه دقتی گرمای جو را کنترل میکند.[2]
تحقیقات مدرن نشان میدهد که این پیوند اقیانوس و جو نسبت به تغییرات حرارتی گسترده‌تر حساس است. تحلیلی که در سال ۲۰۱۳ در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (PNAS) منتشر شد، نشان میدهد که گرمایش زمین واکنش ENSO را تعدیل میکند و با افزایش دمای پایه استخر آب گرم اقیانوس آرام، به طور بالقوه فرکانس نوسانات فازهای شدید را افزایش میدهد.[2]
داده‌های دیرینه‌اقلیم‌شناسی از دوران هولوسن (Holocene) این حساسیت را تایید میکند. ذخیره‌سازی حرارت زیرسطحی در استخر آب گرم اقیانوس آرام از نظر تاریخی شدت گردش واکر را تعدیل کرده است، که نشان میدهد عمق ترموکلاین و شیب‌های فشار جو در یک حلقه بازخورد پیوسته و خودتنظیم‌گر قفل شده‌اند.[3]
پیش‌بینی‌پذیری این چرخه به نظارت بر اقیانوس زیرسطحی بستگی دارد. یک تغییر ۱۰ متری در عمق ترموکلاین در مرکز اقیانوس آرام میتواند شیب فشار جو را برای ۶ ماه آینده دیکته کند و زمان حیاتی لازم برای برنامه‌ریزی منابع آب و کشاورزی در چندین قاره را فراهم آورد.[4]
تعامل پیوسته میان تنش باد و لایه‌بندی اقیانوس تضمین میکند که حوضه اقیانوس آرام همچنان ضربان‌ساز اصلی برای تغییرپذیری فصلی آبوهوای جهانی باقی بماند. با ردیابی زاویه دقیق شیب ترموکلاین، پیش‌بین‌ها میتوانند پیامدهای پایین‌دستی برای کشاورزی جهانی را ماه‌ها پیش از بارش اولین قطره باران ترسیم کنند.[4]
اصطلاحات کلیدی
- ENSO
- نوسان جنوبی النینو، یک الگوی اقلیمی تکرارشونده که شامل تغییرات در دمای آبهای مناطق مرکزی و شرقی استوایی اقیانوس آرام است.
- گردش واکر
- یک سلول گردش جوی شرقی-غربی بر فراز اقیانوس آرام استوایی که توسط شیب‌های دما و فشار هدایت میشود.
- ترموکلاین
- لایه انتقالی در اقیانوس که آبهای گرم و مخلوط سطحی را از آبهای سرد و عمیق اقیانوس در پایین جدا میکند.
- فراچاهش
- فرآیندی که طی آن آبهای عمیق، سرد و غنی از مواد مغذی به سمت سطح بالا می‌آیند و معمولاً توسط بادهای سطحی که آبهای گرم‌تر را دور می‌کنند، هدایت میشود.
- موج کلوین
- یک موج عظیم و زیرسطحی اقیانوسی که در امتداد خط استوا به سمت شرق حرکت میکند و اغلب آغازگر گذار به فاز النینو است.
پرسش‌های متداول
چه چیزی باعث وقوع رویداد النینو میشود؟
النینو زمانی آغاز میشود که بادهای تجاری شرق به غرب در گردش واکر ضعیف شوند و به آبهای گرم سطحی انباشتهشده در غرب اقیانوس آرام اجازه دهند تا به سمت شرق بازگردند و ترموکلاین را مسطح کنند.
فازهای ENSO معمولاً چقدر طول میکشند؟
دورههای النینو و لانینا معمولاً ۹ تا ۱۲ ماه طول میکشند، اگرچه برخی رویدادهای طولانیمدت میتوانند سالها ادامه یابند. کل این چرخه به طور نامنظم هر ۲ تا ۷ سال تکرار میشود.
چرا عمق ترموکلاین مهم است؟
ترموکلاین تعیین میکند که چه مقدار آب سرد میتواند به سطح بیاید. یک ترموکلاین عمیق در شرق از سرد شدن جلوگیری میکند، در حالی که یک ترموکلاین کمعمق اجازه میدهد آب سرد سیستمهای جوی پرفشار را تثبیت کند.
ENSO چگونه بر آبوهوای جهانی تأثیر میگذارد؟
ENSO با جابهجا کردن گرمترین استخر آب اقیانوس، منطقه اصلی همرفت جوی را منتقل میکند که این امر مسیر جتاستریم را تغییر داده و الگوهای بارش را در سطح جهانی بازتوزیع میکند.
بررسی عمیق دیدگاه‌ها
تمرکز بر دینامیک اقیانوس
محتوای حرارتی زیرسطحی و عمق ترموکلاین را به عنوان محرک اصلی چرخه ENSO در نظر می‌گیرد.
اقیانوس‌شناسان تأکید می‌کنند که جو در نهایت به اینرسی حرارتی اقیانوس واکنش نشان میدهد. از آنجا که آب به طور قابل‌توجهی گرمای بیشتری نسبت به هوا در خود نگه می‌دارد، انباشت استخر آب گرم غرب اقیانوس آرام و عمق متعاقب ترموکلاین، شرایط پایه را دیکته می‌کنند. از این منظر، گردش جوی واکر یک واکنش ثانویه به ظرفیت ساختاری اقیانوس برای ذخیره و آزادسازی گرما در طی یک چرخه چندساله است.
تمرکز بر پیوند جوی
تنش بادهای گردش واکر و شیب‌های فشار را به عنوان مکانیسم آغازگر تغییرات فاز در نظر می‌گیرد.
دانشمندان علوم جوی بر تنش بادی که شیب ترموکلاین را حفظ میکند، تمرکز دارند. بدون فشار مداوم شرق به غرب بادهای تجاری، شیب حرارتی اقیانوس فرو می‌پاشد. این دیدگاه استدلال میکند که تغییرات ظریف در شیب‌های فشار جوی - که اغلب تحت تأثیر الگوهای گسترده‌تر گردش جهانی قرار دارند - محرک‌های واقعی هستند که امواج کلوین را آغاز می‌کنند و جو را به محرک فعال پاندول ENSO تبدیل می‌نمایند.
تمرکز بر اقلیم بلندمدت
تحلیل میکند که چگونه تغییرات حرارتی پایه و دورههای تاریخی، شدت و فرکانس این چرخه را تعدیل می‌کنند.
دیرینه‌اقلیم‌شناسان و مدل‌سازان اقلیمی فراتر از چرخه فصلی نگاه می‌کنند تا درک کنند چگونه نیروهای خارجی مرزهای سیستم را تغییر می‌دهند. با مطالعه سوابق هولوسن و روندهای گرمایشی مدرن، این گروه برجسته می‌سازد که حلقه بازخورد ENSO ایستا نیست. با افزایش دمای پایه اقیانوس‌های جهانی، انرژی در دسترس برای انتقال افزایش می‌یابد که به طور بالقوه منجر به شیب‌های تندتر ترموکلاین و واکنش‌های جوی شدیدتر در طول گذار فازها میشود.
- تمرکز بر دینامیک اقیانوس
- بر محتوای حرارتی زیرسطحی و عمق ترموکلاین به عنوان محرک اصلی چرخه ENSO تأکید میکند.
- تمرکز بر پیوند جوی
- بر تنش بادهای گردش واکر و شیب‌های فشار به عنوان مکانیسم آغازگر تغییرات فاز تمرکز دارد.
- تمرکز بر اقلیم بلندمدت
- تحلیل میکند که چگونه تغییرات حرارتی پایه و دورههای تاریخی، شدت و فرکانس این چرخه را تعدیل می‌کنند.
دیدگاه‌هایی که این گزارش پوشش نداده
- برنامه‌ریزان کشاورزی
- مدیران شیلات ساحلی
منابع
پوشش منابع
4 منبع
3 دیدگاه شناسایی‌شده
- [1]National Weather Serviceتمرکز بر پیوند جوی
El Niño/Southern Oscillation
مطالعه در National Weather Service → - [2]PNASتمرکز بر اقلیم بلندمدت
El Niño/Southern Oscillation response to global warming
مطالعه در PNAS → - [3]NSF Public Access Repositoryتمرکز بر اقلیم بلندمدت
Pacific warm pool subsurface heat sequestration modulated Walker circulation and ENSO activity during the Holocene
مطالعه در NSF Public Access Repository → - [4]تیم سردبیری کوهستانتمرکز بر اقلیم بلندمدت
تحلیل تیم سردبیری کوهستان
مطالعه در تیم سردبیری کوهستان →
بیشتر در محیط زیست
مشاهده همه →فناوری آب‌شیرین‌کن
محدودیت ۱.۰۶ کیلووات‌ساعت بر متر مکعب: قانون دوم ترمودینامیک چگونه سقف بازدهی شیرین‌سازی آب را تعیین میکند
8 منبع
بحران اقلیمی
داده‌های کوپرنیک: دبی رودخانه‌های اروپا به کمترین سطح تابستانی از سال ۱۹۹۲ رسید
8 منبع
مدیریت منابع آب
تامین ۳.۲ میلیارد مترمکعب حقابه زیست‌محیطی دریاچه ارومیه در سال آبی گذشته
2 منبع
بحران آب
ورود سامانه بارشی جدید به کشور؛ امید به جبران خشکی آغاز سال آبی در ۲۳ استان
2 منبع
نظرات
هر زاویه. هر روز.
اخبار محیط زیست با پوشش کامل منابع و تحلیل دیدگاه‌ها، هر روز و رایگان.