stringtranslate.com

циркуляция Уокера

Схематическая диаграмма квазиравновесия и фазы Ла-Нинья южного колебания. Циркуляция Уокера видна на поверхности как восточные пассаты , которые перемещают воду и воздух, нагретые солнцем, на запад. Западная сторона экваториальной части Тихого океана характеризуется теплой, влажной погодой низкого давления, поскольку собранная влага сбрасывается в виде тайфунов и гроз. В результате этого движения океан находится примерно на 60 см выше в западной части Тихого океана. Вода и воздух возвращаются на восток. Теперь и то, и другое намного холоднее, а воздух намного суше. Эпизод Эль-Ниньо характеризуется нарушением этого цикла воды и воздуха, что приводит к относительно теплой воде и влажному воздуху в восточной части Тихого океана.

Циркуляция Уокера , также известная как ячейка Уокера , представляет собой концептуальную модель воздушного потока в тропиках в нижней атмосфере ( тропосфере ). Согласно этой модели, порции воздуха следуют замкнутой циркуляции в зональном и вертикальном направлениях. Эта циркуляция, которая примерно соответствует наблюдениям, вызвана различиями в распределении тепла между океаном и сушей. В дополнение к движениям в зональном и вертикальном направлении тропическая атмосфера также имеет значительное движение в меридиональном направлении как часть, например, циркуляции Хэдли .

Циркуляция Уокера связана с силой градиента давления , которая возникает из-за системы высокого давления над восточной частью Тихого океана и системы низкого давления над Индонезией . Циркуляции Уокера тропических бассейнов Индийского, Тихого и Атлантического океанов приводят к западным поверхностным ветрам в северное лето в первом бассейне и восточным ветрам во втором и третьем бассейнах. В результате температурная структура трех океанов демонстрирует драматическую асимметрию. Экваториальные части Тихого океана и Атлантики имеют прохладные поверхностные температуры в северное лето на востоке, в то время как более прохладные поверхностные температуры преобладают только в западной части Индийского океана. [1] Эти изменения поверхностной температуры отражают изменения глубины термоклина. [2]

Изменения в циркуляции Уокера со временем происходят в сочетании с изменениями температуры поверхности. Некоторые из этих изменений вызваны внешними причинами, такими как сезонное смещение солнца в Северное полушарие летом. Другие изменения, по-видимому, являются результатом сопряженной обратной связи между океаном и атмосферой, в которой, например, восточные ветры вызывают падение температуры поверхности моря на востоке, усиливая зональный тепловой контраст и, следовательно, усиливая восточные ветры по всему бассейну. Эти аномальные восточные ветры вызывают больший экваториальный апвеллинг и поднимают термоклин на востоке, усиливая первоначальное охлаждение южными ветрами. С океанографической точки зрения, экваториальный холодный язык вызван восточными ветрами. Если бы климат Земли был симметричен относительно экватора, кросс-экваториальный ветер исчез бы, а холодный язык был бы намного слабее и имел бы совершенно иную зональную структуру, чем наблюдается сегодня. [3]

Циркуляция Уокера была открыта Гилбертом Уокером . Термин «циркуляция Уокера» был придуман в 1969 году норвежско-американским метеорологом Якобом Бьеркнесом . [4]

Методология Уокера

Гилберт Уокер был признанным прикладным математиком в Кембриджском университете , когда он стал генеральным директором обсерваторий в Индии в 1904 году. [5] Находясь там, он изучал характеристики муссона Индийского океана , отсутствие дождей которого привело к сильному голоду в стране в 1899 году . Анализируя огромные объемы метеорологических данных из Индии и остального мира, в течение следующих пятнадцати лет он опубликовал первые описания большого колебания атмосферного давления между Индийским и Тихим океаном и его корреляции с температурой и режимами осадков во многих тропических регионах Земли, включая Индию. Он также работал с Индийским метеорологическим департаментом, особенно над связью муссона с явлением Южного колебания. В 1911 году он был удостоен звания Кавалера Ордена Звезды Индии. [5]

Уокер определил, что временная шкала года (используемая многими исследователями атмосферы) не подходит, поскольку геопространственные отношения могут быть совершенно разными в зависимости от сезона. Таким образом, Уокер разбил свой временной анализ на декабрь–февраль, март–май, июнь–август и сентябрь–ноябрь.

Затем Уокер выбрал ряд «центров действия», включавших такие области, как Индийский полуостров. Центры находились в сердце регионов с постоянным или сезонным высоким и низким давлением. Он также добавил точки для регионов, где осадки, ветер или температура были важными элементами управления.

Он исследовал взаимосвязь летних и зимних значений давления и количества осадков, сначала сосредоточившись на летних и зимних значениях, а затем распространив свою работу на весну и осень.

Он приходит к выводу, что колебания температуры, как правило, обусловлены колебаниями давления и количества осадков. Ранее предполагалось, что причиной колебаний температуры могут быть солнечные пятна, но Уокер выступил против этого вывода, показав ежемесячные корреляции солнечных пятен с температурой, ветрами, облачностью и дождями, которые были непоследовательными.

Уокер поставил себе целью опубликовать все свои выводы по корреляциям, как по связям, которые были признаны важными, так и по связям, которые были признаны неважными. Он сделал это с целью отговорить исследователей от сосредоточения внимания на корреляциях, которых не существовало.

Океанические эффекты

Средние температуры в экваториальной части Тихого океана
График, показывающий термоклин тропического океана (глубина против температуры). Обратите внимание на быстрое изменение между 100 и 1000 метрами. Температура почти постоянна после глубины 1500 метров.

Циркуляции Уокера тропических бассейнов Индийского, Тихого и Атлантического океанов приводят к западным поверхностным ветрам в северное лето в первом бассейне и восточным ветрам во втором и третьем бассейнах. В результате температурная структура трех океанов демонстрирует драматическую асимметрию. Экваториальные Тихий и Атлантический океаны имеют прохладные поверхностные температуры в северное лето на востоке, в то время как более прохладные поверхностные температуры преобладают только в западной части Индийского океана. [6] Эти изменения поверхностной температуры отражают изменения глубины термоклина. [7]

Изменения в циркуляции Уокера со временем происходят в сочетании с изменениями температуры поверхности. Некоторые из этих изменений вызваны внешними причинами, такими как сезонное смещение Солнца в Северное полушарие летом. Другие изменения, по-видимому, являются результатом сопряженной обратной связи между океаном и атмосферой, в которой, например, восточные ветры вызывают падение температуры поверхности моря на востоке, усиливая зональный тепловой контраст и, следовательно, усиливая восточные ветры по всему бассейну. Эти усиленные восточные ветры вызывают больший экваториальный апвеллинг и поднимают термоклин на востоке, усиливая первоначальное охлаждение южными ветрами. Эта сопряженная обратная связь между океаном и атмосферой была первоначально предложена Бьеркнесом. С океанографической точки зрения, экваториальный холодный язык вызван восточными ветрами. Если бы климат Земли был симметричен относительно экватора, кросс-экваториальный ветер исчез бы, а холодный язык был бы намного слабее и имел бы совершенно иную зональную структуру, чем наблюдается сегодня. [8] Ячейка Уокера косвенно связана с подъемом глубинных вод у берегов Перу и Эквадора . Это выводит на поверхность холодную воду, богатую питательными веществами , увеличивая рыбные запасы. [9]

Эль-Ниньо – Южное колебание

Циркуляция Уокера вызвана силой градиента давления , которая возникает из-за системы высокого давления над восточной частью Тихого океана и системы низкого давления над Индонезией . Циркуляция Уокера вызывает подъем холодной глубоководной морской воды, тем самым охлаждая поверхность моря. Эль-Ниньо возникает, когда эта циркуляция уменьшается или прекращается, поскольку ослабленная или подавленная циркуляция заставляет поверхность океана нагреваться до температур выше средних. Значительно увеличенная циркуляция Уокера вызывает Ла-Нинья, усиливая подъем холодной глубоководной морской воды; что охлаждает поверхность моря до температур ниже средних.

В условиях, отличных от Эль-Ниньо, циркуляция Уокера наблюдается на поверхности как восточные пассаты, которые перемещают воду и воздух, нагретые солнцем, на запад. Это также создает подъем глубинных вод у берегов Перу и Эквадора и выносит на поверхность богатую питательными веществами холодную воду, увеличивая запасы рыбы. [10] Западная сторона экваториальной части Тихого океана характеризуется теплой, влажной погодой с низким давлением, поскольку собранная влага сбрасывается в виде тайфунов и гроз . В результате этого движения уровень океана в западной части Тихого океана повышается примерно на 60 см (24 дюйма). [11] [12] [13] [14]

Научное исследование, опубликованное в мае 2006 года в журнале Nature, указывает на то, что циркуляция Уокера замедляется с середины 19 века. Авторы утверждают, что глобальное потепление является вероятным причинным фактором ослабления ветрового режима. [15] Однако исследование 2011 года из The Twentieth Century Reanalysis Project показывает, что, за исключением циклов Эль-Ниньо–Южное колебание, общая скорость и направление циркуляции Уокера оставались стабильными в период с 1871 по 2008 год. [16]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Бюро метеорологии. "The Walker Circulation". Содружество Австралии . Получено 1 июля 2014 г.
  2. ^ Целле, Хайн; Герриан Эпплдорн; Герритт Бюргерс; Герт Ян Ван Олденборг (2004). «Связь между температурой поверхности моря и глубиной термоклина в восточной экваториальной части Тихого океана». Журнал физической океанографии . 34 (3): 643–655. Bibcode : 2004JPO....34..643Z. CiteSeerX 10.1.1.12.3536 . doi : 10.1175/2523.1. S2CID  16785385. 
  3. ^ Xie, Shang-Ping (1 февраля 1998 г.). «Взаимодействие океана и атмосферы в формировании циркуляции Уокера и экваториального холодного языка». Journal of Climate . 11 (2): 189–201. Bibcode : 1998JCli...11..189X. doi : 10.1175/1520-0442(1998)011<0189:OAIITM>2.0.CO;2 . JSTOR  26242917. INIST 2154325. 
  4. ^ Bjerknes, J. (март 1969) "Атмосферные телесвязи из экваториальной части Тихого океана", Monthly Weather Review , 97 (3): 163–172. Со стр. 167–168: "Кажется разумным предположить, что именно градиент температуры моря вдоль экватора является причиной тепловой циркуляции, представленной на рисунке 8. Далее в настоящей статье эта циркуляция будет называться "циркуляцией Уокера", поскольку можно показать, что она является важной частью механизма "Южного колебания" Уокера". Доступно на: NOAA
  5. ^ ab Rao, C. Hayavadana, ed. (1915). "Walker, Gilbert Thomas"  . Индийский биографический словарь  . Том 24.1. Мадрас: Pillar & Co. стр. 456.
  6. ^ Бюро метеорологии. "The Walker Circulation". Содружество Австралии . Получено 1 июля 2014 г.
  7. ^ Zelle, Hein, Gerrian Appledoorn, Gerritt Burgers и Gert Jan Van Oldenborgh (март 2004 г.). "Связь между температурой поверхности моря и глубиной термоклина в восточной части экваториальной части Тихого океана". Journal of Physical Oceanography . 34 (3): 643. Bibcode :2004JPO....34..643Z. CiteSeerX 10.1.1.12.3536 . doi :10.1175/2523.1. S2CID  16785385. {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  8. ^ Взаимодействие океана и атмосферы в формировании циркуляции Уокера и экваториального холодного языка
  9. ^ Дженнингс, С., Кайзер, М.Дж., Рейнольдс, Дж.Д. (2001) «Экология морского рыболовства». Оксфорд: Blackwell Science Ltd. ISBN 0-632-05098-5 
  10. ^ Дженнингс, С., Кайзер, М.Дж., Рейнольдс, Дж.Д. (2001) «Экология морского рыболовства». Оксфорд: Blackwell Science Ltd. ISBN 0-632-05098-5 [ нужна страница ] 
  11. ^ Pidwirny, Michael (2 февраля 2006 г.). "Глава 7: Введение в атмосферу". Основы физической географии . physicalgeography.net . Получено 30 декабря 2006 г. .
  12. ^ "Envisat следит за Ла-Нинья". BNSC через Internet Wayback Machine. 9 января 2011 г. Архивировано из оригинала 24 апреля 2008 г. Получено 26 июля 2007 г.
  13. ^ "The Tropical Atmosphere Ocean Array: Gathering Data to Predict El Niño". Празднование 200-летия . NOAA. 8 января 2007 г. Получено 26 июля 2007 г.
  14. ^ "Топография поверхности океана". Океанография 101. JPL. 5 июля 2006 г. Архивировано из оригинала 14 апреля 2009 г. Получено 26 июля 2007 г."Ежегодный сводный отчет по уровню моря за период с июля 2005 г. по июнь 2006 г." (PDF) . Австралийский проект мониторинга базового уровня моря . Бюро метеорологии. Архивировано из оригинала (PDF) 7 августа 2007 г. . Получено 26 июля 2007 г. .
  15. ^ Ослабление атмосферной циркуляции в тропической части Тихого океана из-за антропогенного воздействия
  16. ^ Проект повторного анализа двадцатого века. Ежеквартальный журнал Королевского метеорологического общества, 137: 1–28. doi :10.1002/qj.776, http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/qj.776/abstract

Общие ссылки