Математика

Физики и математики Уральского федерального университета (УрФУ) рассчитали, как внешние факторы влияют на поведение атмосферно-океанических процессов в Тихоокеанском регионе. В математической модели они учли ветер, влажность, температуру, океанические течения и другие параметры, которые могут привести к непредсказуемым результатам Эль-Ниньо. 

Эль-Ниньо — это природный феномен, для которого характерно аномальное повышение температуры поверхностного слоя воды в центральной и восточной зонах экваториальной части Тихого океана. Обычно на тихоокеанском побережье Южной Америки температура поверхности океана колеблется в диапазоне 15-19 градусов Цельсия. В период Эль-Ниньо температура повышается на 2–10 градусов. Во время Эль-Ниньо нарушается привычный характер атмосферных процессов в тропической зоне, что может вызывать экстремальные климатические явления во всем мире. Аномалия продолжается от 8–9 месяцев до года и более.

Описание особенностей необычного явления и его сценарии ученые опубликовали в журнале Physica D: Nonlinear Phenomena.

«Наши расчеты показали, что чем выше интенсивность шумов, тем непредсказуемей последствия, чем сильнее возмущения, тем интенсивнее будет проявлять себя Эль-Ниньо. И для выхода системы из равновесия порой необходим какой-то небольшой толчок: смена влажности или океанических течений, — рассказывает руководитель лаборатории многомасштабного математического моделирования УрФУ Дмитрий Александров. — С помощью модели нам удалось показать, как будет развиваться процесс под воздействием того или иного фактора. То есть мы не предсказали время появления Эль-Ниньо или каковы будут его последствия для глобального климата, мы рассчитали возможные сценарии этого явления и показали, что при одних условиях будет один вариант развития событий, а при другом наборе параметров — другой».

Согласно расчетам физиков, внешние факторы оказывают серьезное влияние на это явление. К примеру, чем сильнее ветер, тем больше амплитуда температуры. И это в том числе может вывести систему из равновесия и вызвать непредсказуемые погодные проявления.

«За основу мы взяли классическую модель Валлиса, которая описывает Эль-Ниньо. Это простая модель, она учитывает разницу температур на востоке и на западе побережья, теплообмен между Тихим океаном и атмосферой и скорость перемещения воздушных масс. Мы же учли еще и внешний шум — параметры, которые также влияют на атмосферно-океанические процессы: например, изменения давления, влажности, порывы ветра, океанические течения», — добавляет физик. 

Эти расчеты могут пригодиться при следующем появлении Эль-Ниньо. С одной стороны, ученые все еще не могут предсказать, когда Эль-Ниньо наступит в следующий раз, но, с другой — они научились предсказывать, как Эль-Ниньо будет себя вести. Это важно, так как Эль-Ниньо влияет на климат так же, как и изменения климата влияют на этот феномен. И если раньше считалось, что последствия Эль-Ниньо проявляются только в Южной Америке, то сегодня ученые уверены, что аномально теплая поверхность воды влияет на погоду большей части Тихого океана, вплоть до 180-го меридиана. При этом в периоды Эль-Ниньо глобальное изменение погоды происходит более выраженно: масштабное изменение температуры океана, количества осадков, атмосферной циркуляции и вертикального движения воздуха над тропической частью Тихого океана.

Суть процесса такова: существует непрерывное теплое течение, берущее начало у берегов Перу и простирающееся до архипелага к юго-востоку от Азиатского континента. Оно представляет собой вытянутую область нагретой воды, размером примерно с Соединенные Штаты. Нагретая вода интенсивно испаряется и выделяет энергию в атмосферу. Над нагретым океаном образуются облака. Как правило, пассаты (постоянные восточные ветры в тропической зоне) перемещают слой этой теплой воды от побережья США в сторону Азии. Около Индонезии течение останавливается, и муссонные дожди обрушиваются на южную Азию. Во время Эль-Ниньo в районе экватора течение теплее, чем обычно, поэтому пассаты слабее или не дуют вовсе. Нагретая вода растекается в стороны и течет обратно к американскому побережью. Возникает аномальная зона конвекции. Дожди и ураганы обрушиваются на Центральную и Южную Америку.

«Мы полагаем, что экстремальные явления Эль-Ниньо в будущем могут участиться и внести свою лепту в изменение климата, так же, как и изменения климата оказывают влияние на проявления Эль-Ниньо. Поэтому Эль-Ниньо — тот процесс, который необходимо учитывать в глобальных климатических моделях, но этого пока не делают, так как никто не знает, как учесть столь непредсказуемый и сложный феномен», — заключает Дмитрий Александров.

Источник: Поиск