گردش واکر و شیب ترموکلاین: نوسان جنوبی ال‌نینو چگونه آب‌وهوای جهان را کنترل می‌کند

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]