Для того чтобы детально понять причины возникновения Эль-Ниньо, в данной главе будет рассмотрено влияние южной осцилляции (ЮО) и циркуляции Волкера на Эль-Ниньо. Кроме того, в главе будет объяснена решающая роль волн Кельвина и их последствия.

Для того чтобы своевременно спрогнозировать возникновение Эль-Ниньо, берется индекс южной осцилляции (ИЮО). Он показывает разницу в атмосферном давлении между Дарвином (Северная Австралия) и Таити. Один средний показатель атмосферного давления в месяц вычитается от другого, разница и составляет ИЮО. Так как на Таити обычно атмосферное давление выше, чем у Дарвина, и, таким образом, над Таити господствует область высокого давления, а над Дарвином – низкого, то ИЮО в таком случае имеет положительное значение. В годы Эль-Ниньо или как предвозвестник Эль-Ниньо ИЮО имеет отрицательное значение. Таким образом, условия атмосферного давления над Тихим океаном поменялись. Чем больше разница в атмосферном давлении между Таити и Дарвином, т.е. чем больше ИЮО, тем сильнее проявляется Эль-Ниньо или Ла-Нинья.

Так как Ла-Нинья является противоположностью Эль-Ниньо, то она протекает при совершенно других условиях, т.е. при положительном ИЮО. Связь между колебаниями ИЮО и наступлением Эль-Ниньо получила в англоговорящих странах обозначение “ENSO” (El Niño Südliche Oszillation). ИЮО является важным индикатором предстоящей климатической аномалии.

Южная осцилляция (ЮО), на чьей основе базируется ИЮО, обозначает колебания атмосферного давления в Тихом океане. Это вид колебательных движений между условиями атмосферного давления в восточной и западной частях Тихого океана, которые вызываются к жизни передвижением воздушных масс. Это передвижение вызвано различным по силе проявлением циркуляции Волкера. Циркуляция Волкера была названа по имени ее открывателя сэра Гильберта Волкера. Из-за недостающих данных он мог описать только воздействие ЮО, но не мог объяснить причин. Только норвежский метеоролог Я.Бьеркнес в 1969 году смог в полном объеме объяснить циркуляцию Волкера. На основании его исследований циркуляцию Волкера, зависящую от океана и атмосферы, объясняют следующим образом (при этом нужно проводить различие между циркуляцией, обусловленной Эль-Ниньо, и нормальной циркуляцией Волкера).

В циркуляции Волкера решающим фактором является различная температура воды. Над холодной водой находится холодный и сухой воздух, который переносится с помощью воздушных потоков (юго-восточных пассатов) на запад. При этом воздух согревается и впитывает влагу, так что он поднимается над западной частью Тихого океана. Часть этого воздуха оттекает в направлении полюса, образуя таким образом ячейку Хадли. Другая часть движется на высоте вдоль экватора на восток, опускается вниз и таким образом заканчивает циркуляцию. Особенностью циркуляции Волкера является то, что она не отклоняется из-за силы Кориолиса, а проходит точно через экватор, где сила Кориолиса не действует. Для того чтобы лучше понять причины возникновения Эль-Нинью в связи с ЮО и циркуляцией Волкера, возьмем в помощь южную систему осцилляции Эль-Ниньо. На ее основании можно составить законченную картину циркуляции. Этот механизм регуляции сильно зависит от субтропической зоны высокого давления. Если она сильно выражена, то это является причиной сильного юго-восточного пассата. Он, в свою очередь, вызывает усиление деятельности области подъемной силы у южно-американского побережья и, таким образом, понижение температуры поверхности воды вблизи экватора.

Это состояние называют фазой Ла-Нинья, которая является противоположностью Эль-Ниньо. Циркуляция Волкера приводится дополнительно в движение с помощью холодной температуры поверхности воды. Это ведет к низкому атмосферному давлению в Джакарте (Индонезия) и связано с небольшим количеством осадком на Кантон-Айленде (Полинезия). Из-за ослабления ячейки Хадли происходит понижение атмосферного давления в субтропической зоне высокого давления, следствием чего является ослабление пассатов. Подъемная сила у Южной Америки уменьшается и позволяет температуре поверхности воды в экваториальном участке Тихого океана значительно вырасти. В этой ситуации весьма вероятно наступление Эль-Ниньо. Теплая вода у Перу, которая во время Эль-Ниньо особенно выражена в виде языка теплой воды, является причиной ослабления циркуляции Волкера. С этим связаны сильные осадки в Кантон-Айленде и падающее атмосферное давление в Джакарте.

Последней составной частью в этом круговороте является усиление циркуляции Хадли, следствием чего становится сильное повышение давление в субтропической зоне. Этот упрощенный механизм регуляции связанных между собой атмосферно-океанических циркуляций в тропической и субтропической южной части Тихого океана объясняет чередование Эль-Ниньо и Ла-Нинья. Если подробнее рассмотреть феномен Эль-Ниньо, то становится понятным, что большое значение имеют экваториальные волны Кельвина.

Они сглаживают не только различную высоту уровня моря в Тихом океане во время действия Эль-Ниньо, но и снижают слой скачка в экваториальной восточной части Тихого океана. Эти изменения несут фатальные последствия для морской фауны и для местной рыболовной индустрии. Экваториальные волны Кельвина возникают, когда ослабевают пассаты и вызываемое ими поднятие уровня воды в центре атмосферной депрессии передвигается на восток. Поднятие уровня воды можно распознать по уровню моря, который выше на 60 см у берегов Индонезии. Другой причиной возникновения могут считаться дующие в обратном направлении воздушные потоки циркуляции Волкера, которые служат причиной для возникновения этих волн. Продвижение волн Кельвина нужно представлять себе как распространение волн в заполненном водяном шланге. Скорость распространения волн Кельвина на поверхности зависит в основном от глубины воды и силы земного притяжения. В среднем, волне Кельвина требуется два месяца, чтобы перенести разницу в уровне моря от Индонезии до Южной Америки.

Согласно данным спутника, скорость распространения волн Кельвина достигает 2,5 м/сек при высоте волны от 10 до 20 см. На островах Тихого океана волны Кельвина регистрируются как колебания стояния уровня воды. Волны Кельвина после пересечения тропического бассейна Тихого океана ударяются о западное побережье Южной Америки и повышают уровень моря примерно на 30 см, так, как это было в период Эль-Ниньо в конце 1997 – начале 1998 года. Такое изменение уровня не остается без последствий. Повышение уровня воды становится причиной понижения слоя скачка, что, в свою очередь, имеет фатальные последствия для морской фауны. Непосредственно перед наступлением на побережье волна Кельвина расходится в двух различных направлениях. Волны, проходящие непосредственно по экватору, после столкновения с побережьем отражаются в виде волн Россби. Они движутся в направлении экватора с востока на запад со скоростью, равной одной трети скорости волны Кельвина.

Оставшиеся части экваториальной волны Кельвина отклоняются в направлении полюса на север и юг как прибрежные волны Кельвина. После того, как разница в уровне моря будет сглажена, экваториальные волны Кельвина заканчивают свою работу в Тихом океане.