Katastrofy pogodowe - zjawisko El Ni ñ o

1. Katastrofy pogodowe - zjawisko El Niño Kosek Wiesław http://www.cbk.waw.pl/~kosek Centrum Badań Kosmicznych Polska Akademia Nauk Książ, 2.10. 2004

2. Definicja: El Niño (hiszp.– Chłopiec lub dzieciątko „Jezus”) jest zaburzeniem w systemie atmosferyczno oceanicznym lub czasową zmianą w klimacie okołorównikowego Pacyfiku.

3. Zjawisku El Niño zawsze towarzyszą klęski żywiołowe: • Powodzie w Peru i Ekwadorze spowodowane obfitymi opadami deszczu we wschodnich rejonach Pacyfiku, • Susze w Indonezji i Australii połączone z rozległymi pożarami lasów.

4. Globalne zmiany pogodowe powodowane El Niño

5. Susze w Australii od 1965 roku

6. Straty ekonomiczne El Niño 1982/83 Podczas El Niño 1877 ok. 40 mln ludzi w Indiach i Chinach straciło życie w wyniku monsunów i powodzi. Całkowity koszty El Niño 1997/98 oszacowany został na ok. 20-25 mld $

7. Degradacja rafy koralowej na skutek obniżenia się poziomu oceanu w zachodniej części Pacyfiku

8. Wskaźniki El Niño oraz Oscylacji Południowej • El Niño wyrażone jest poprzez różnicę temperatur (wskaźniki Nino1+2, Nino 3, Nino 4 oraz Nino 3.4). • Oscylacja Południowa wyrażana jest poprzez różnicę ciśnień na stacjach Tahiti i Darwin (wskaźnik SOI). • Nino1+2:0°-10°S, 80°W-90°W • Nino3:5°S-5°N, 90°W-150°W • Nino3.4:5°S-5°N, 120°W-170°W • Nino4:5°S-5°N, 160°E-150°W

9. Nino 3.4, SOI • Pomiędzy indeksami Nino I SOI występuje ujemna korelacja.

10. 1567-6815781624165216611687-8817011720172817911803-0418281844-4518711877-78188418911925-261567-6815781624165216611687-8817011720172817911803-0418281844-4518711877-78188418911925-26 1951-52 1953-54 1957-59 1963 1965-66 1969-701972-73 1976-77 19791982-83 1987-88 1991-92 1993 19941997-98 2002-03 2004 ? Nino 1+2

12. Widma amplitudowe

13. Czasowo-częstotliwościowe widma amplitudowe

14. Historia obserwacji El Niño • pomiar temperatury powierzchniowej oceanu ze statków pasażerskich i handlowych (ponad 100 lat), • regularne pomiary temperatury powierzchniowej oceanu u wybrzeży Peru, • pomiary ciśnienia i opadów na stacjach meteorologicznych Pacyfiku (stacja Darwin ponad 150 lat), • notatki osadników hiszpańskich sięgające XV wieku, • dane dotyczące połowów od 1726 roku, • badania raf koralowych, • badania grubości słojów drzew.

15. High and low index • Wzrostowi ciśnienia zachodniego Pacyfiku towarzyszy spadek ciśnienia u wybrzeży wschodnich. • High index –ciśnienie wyższe na zachodnim wybrzeżu Pacyfiku, • Low Index –wyrównanie ciśnień po obu stronach Pacyfiku. (słabnięcie a nawet ustanie wiatrów wschodnich). Prof. Gilbert Walker

16. Opady w centralnej części Pacyfiku • Warunkom “low index” zawsze towarzyszyły obfite opady deszczu na wyspach centralnej części Pacyfiku.

17. Prof. Jacob Bjerkens Ciepłe prądy oceaniczne El Niño, a także huśtawka ciśnień zwana Oscylacją Południową są częścią jednego zjawiska, które nazwał ENSO (El Niño – Southern Oscillation).

18. Siała Coriolisa • Siła Coriolisa powoduje, że na północnej i południowej półkuli przeważają wiatry zachodnie, • Dla zachowania momentu pędu układu Ziemia+atmosfera Ziemia zwalnia swoją prędkość obrotową co powoduje powstawanie pozornego ruchu atmosfery w obszarach okołorównikowych.

19. Cyrkulacja Walkera • W czasie warunków normalnych wiatry wschodnie ogrzewane są nad zachodnim Pacyfikiem i unoszą do góry, • Górne warstwy atmosfery przenoszą się na wschód obniżając swoją wysokość.

20. Cyrkulacja Walker’a w czasie warunków normalnych i El Niño

21. Prądy oceaniczne 1) Północnopacyficzny, 2) Północnorównikowy, 3) Równikowy wsteczny, 4) Południoworównikowy, 5) Kalifornijski, 6) Peruwiański, 7) Brazylijski, 8) Gwinejski, 9) Zatokowy (Golfsztrom), 10) Labradorski, 11) Północnoatlantycki, 12) Grenlandzki, 13) Kanaryjski, 14) Bengalski, 15) Dryf wiatrów zachodnich, 16) Mozambicki, 17) Somalijski, 18) Zachodnioaustralijski, 19) Wschodnioaustralijski, 20) Kuro-Siwo, 21) Oja-Siwo

22. Warunki normalne • Wiatry wschodnie spychająpowierzchniowe wody do zachodniej części Pacyfiku, • We wschodniej części chłodniejsze wody z głębszych warstw wypływają na powierzchnię próbując zastąpić odpływającą wodę przesuwaną wiatrem na zachód.

23. Średnia temperatura Pacyfiku w okresie warunków normalnych

24. Warunki normalne - upwelling Upwelling – podpływanie zimnych wód we wschodniej części Pacyfiku. Podpływająca woda jest chłodniejsza co widoczne jest na zdjęciach satelitarnych wykonanych w podczerwieni.

25. Warunki normalne - termoklina • Wiatry wschodnie zmieniają profil temperaturowy wód Pacyfiku. • Termoklina jest na mniejszej głębokości (ok. 50 m) u wybrzeży Ameryki Południowej niż w zachodniej części Pacyfiku (ok. 200 m).

26. Warunki normalne - fitoplankton • Zimna woda jest bogata w substancje organiczne, ze względu na większą zawartość tlenu. • W obecności światła słonecznego fitoplankton wykorzystuje substancje organiczne do produkcji zielonkawej substancji zwanej chlorofilem. • Fitoplankton jest pokarmem dla zooplanktonu.

27. La Niña W czasie normalnych warunków atmosferycznych może wystąpić zjawisko La Niña, które charakteryzuje się niższą niż zwykle temperaturą powierzchniową okołorównikowego Pacyfiku.

28. Początek El Niño (ustawanie wiatrów wschodnich) • Wypływanie na powierzchnię zimnych wód głębinowych w obszarach wschodniego Pacyfiku powoduje, że powietrze oziębia się nad oceanem. • Chłodne powietrze jest zbyt gęste by unosić parę wodną, nie wytwarzają się chmury, wschodnia część Pacyfiku pozostaje bezdeszczowa. • W momencie rozpoczynania się El Niño wschodnie wiatry ustają, woda spychana tymi wiatrami powraca na wschód, • we wschodniej części Pacyfiku mniejsze ilości chłodnej wody wypływają na powierzchnię.

29. Warunki El Niño • Wilgotne powietrze nad oceanem ogrzewa się i tworzą się chmury przynoszące opady deszczu, • Strefa opadów i ciepła z zachodniej i centralnej części Pacyfiku przemieszcza się na wschód, • Wzrost temperatury wody powoduje ogrzewanie powietrza nad oceanem, ogrzane powietrze ma mniejszą gęstość co powoduje spadek jego ciśnienia, niższe ciśnienie na wschodzie powoduje dalsze osłabienie wiatrów wschodnich. To sprzężenie zwrotne sprawia, że El Niño cały czas narasta.

30. Warunki El Niño - termoklina Napływ ciepłej wody do wschodniej części Pacyfiku powoduje podniesienie termokliny w części zachodniej i opuszczenie w części wschodniej. Termoklina znajduje się na jednakowej głębokości na całym Pacyfiku.

31. Warunki El Niño - upwelling • Podniesienie temperatury powierzchniowej oceanu w centralnej i wschodniej części Pacyfiku może być zarejestrowane na zdjęciach satelitarnych wykonanych w podczerwieni.

32. Maxima El Niño 1982/83 i 1997/98 • W wyniku osłabienia wiatrów wschodnich ciepłe wody zostają zatrzymane u wybrzeży Ameryki Południowej.

33. Obserwacje ENSO

34. Tropical Atmosphere Ocean project

35. Zmiany poziomu oceanu powodowane El Niño • Zmiany temperatury oceanu powodują zmiany gęstości oceanu, • Zmniejszenie gęstości oceanu powoduje zwiększenie jego objętości dlatego wzrasta poziom oceanu, • Wzrost poziomu oceanu może zostać zaobserwowane za pomocą pomiarów mareograficznych oraz altimetrii satelitarnej.

36. Altimetria satelitarna • Altimetria satelitarna jest technika radarową, w której krótkie impulsy fal radarowych emitowanych wzdłuż linii pionu odbijają się od powierzchni oceanu i odbierane są przez antenę odbiorczą znajdującą się na pokładzie satelity altimetrycznego. Analiza pomiarów pozwala na wyznaczenie odległości od satelity do chwilowej powierzchni oceanu.

37. Satelity altimetryczne • Skylab (maj 1973 – luty 1974) • GEOS 3 (kwiecień 1975 – grudzień 1978) • Seasat A (czerwiec 1978 – październik 1978) • Geosat (marzec 1985 – wrzesień 1989) • ERS-1 (lipiec 1991- ? ) • TOPEX/Poseidon (sierpień 1992 - ? ) • ERS-2 (kwiecień 1995 - ? ) • GFO-1 (wrzesień 1996 – ? ) • Jason 1 (grudzień 2001 - ?) • Envisat (marzec 2002 - ?) • Jason 2 - OSTM (planowany start 2005-2006

38. Skylab(maj 1973 – luty 1974)h=435 km, i=50o, T= 93.1 min., σ=50-100m

39. GEOS 3- Geodynamic Experimental Ocean Satellite (kwiecień 1975 – grudzień 1978)h=845 km, i=115o, T=100.6 min., Masa=341kgσ=25cm

40. Seasat A- Sea Satellite (czerwiec 1978 – październik 1978)h=800km, i=108o, T=100.8 min., masa=2300kg,σ=50cm

41. GEOSAT- Geodetic Satellite (marzec 1985 – wrzesień 1989)h=785 km, i=108.1o, T=101.7 min, σ=10-25 cm,

42. TOPEX/Poseidon – TOpografic EXperiment/Poseidon (sierpień 1992) h=1336 km, i=66o, T=112.47min., masa=2500kg, σ=2cm

43. ERS-2 - European Remote-Sensing(kwiecień 1995)h=781km, i=98.5o, T=100.48 min., Masa=2561kg, σ=4cm

44. GFO-1(GEOSAT Follow On) (wrzesień 1996)h=800km, i=108o, T=100.9 min., σ=3.5 cm.

45. Jason 1(grudzień 2001)h=1337km, i=66o, T=112.47min, Masa=500kg, σ = 2cm.

46. Envisat - Environmental Satellite,(marzec 2002)h=800km, i=98.5o, T=100.6 min., Masa=8211kg,σ=2cm

47. OSTM – Ocean Surface Topography Mission Jason 2 - planowany start 2005-2006 rok. h=1337km, i=66, T=112.47min, Masa=600kg, σ = 2cm.

48. ERS1

49. Wpływ El Niño na zmiany prędkości obrotowej Ziemi W okresie El Niño następuje zahamowanie prędkości wiatrów wschodnich. W układzie zamkniętym jakim jest Ziemia z atmosfera całkowity moment pędu jest stały. Ustawanie wiatrów wschodnichpowoduje spowolnienie prędkości obrotowej Ziemi gdyż Ziemia kręci się w kierunku wschodnim. Spowolnienie prędkości obrotowej Ziemi powoduje wzrost długości doby.

50. Dickey et al. 1994, Angular momentum exchange among the solid Earth, atmosphere, and oceans: A case study of the 1982-1983 El Nino event, JGR Vol. 99, No B12, 23921-23937.