Fyzická geografie: Klimatologie a hydrogeografie pro učitele
Pedagogická fakulta Masarykovy univerzity
RNDr. Aleš Ruda, Ph.D.

Interakce oceán – atmosféra na příkladu klimatického jevu El Niňo

Interakce sama o sobě představuje vzájemné působení a ovlivňování zúčastněných struktur. V našem případě budeme diskutovat vzájemný vztah atmosféry a hydrosféry koncentrované v její převážné části v oceánech, ve kterém se odehrává celá řada zpětných vazeb. Prostředkem jejich interakce je především tepelná bilance jako výsledek nerovnoměrného zahřívání zemského povrchu. Jejich výsledek se pak projevuje v celé řadě procesů, např.:

1. příčinou pohybu povrchových mořských proudů je všeobecná cirkulace atmosféry,
2. proudění větru je způsobeno nerovnoměrným zahříváním zemského povrchu v kontrastu pevniny a oceánu,
3. karbonátový systém v oceánech ovlivňuje pohlcováním oxidu uhličitého skleníkový efekt,
4. genezí pohybové energie způsobené výparem nad teplou vodní hladinou vznikají tropické cyklóny,
5. výpar a kondenzace jsou hybnou silou hydrologického cyklu,
6. extrémní projevy počasí (sucha a deště) mohou v globálním měřítku souviset s periodickými změnami oceánu vyvolanými změnou horizontálního tlakového gradientu určujícího převládající směr proudění vzduchu, který přemísťuje vodní masy o odlišných teplotních vlastnostech – klimatický jev El Niňo.

El Niňo – jižní oscilace (ENSO)

Z informací, uvedených o mořském proudění v kapitole 12, jasně vyplývá, že oblasti západního pobřeží Jižní Ameriky docela dobře profitují z přítomnosti studeného Peruánského proudu, který z hlubin oceánu vynáší celou řadu živin a umožňuje rozvoj mořského života, respektive sardele peruánské (ančovičky). Tyto na život bohaté oblasti jsou již dlouhou dobu využívány jako bohatá loviště ryb. Už v 16. století si však rybáři všimli, že kdysi bohatá loviště najednou chudnou a úlovek je stále menší a menší. Dramatický úbytek ryb se však nepromítl jen do úlovku rybářů, ale razantně ovlivnil i potravní vztahy v ekosystému. Mnoho ptáků a tuleňů, kteří jsou na rybách potravně závislí, tak vymizeli. Celý jev se však během několika let vrátí zase k normálu. Jaký je tedy ten normál?

Normální podmínky

Na západním pobřeží Jižní Ameriky, zejména v subtropických šířkách, převažuje pásmo vysokého tlaku vzduchu. O několik tisíc kilometrů západním směrem v západním Pacifiku se jako reakce na průměrně vysoké teploty vzduchu udržuje celoroční oblast nízkého tlaku vzduchu. Dochází zde k intenzivnímu výparu a stoupající vzduch je svým obsahem vodních par zdrojem hojných srážkových úhrnů. Takové rozdělení tlakového pole umožňuje vznik jihovýchodních pasátů, které vanou jako silné větry podél rovníku. Ve výsledku se tak ustanovuje cirkulace, která začíná jihovýchodními pasáty, které pohání vodní masy od západního pobřeží Jižní Ameriky směrem na západ. Na jejich místo vystupují ve formě Peruánského proudu chladné vody z hlubin oceánu. Nahromaděná teplá voda v západním Pacifiku vytváří tzv. teplý pacifický bazén a umožňuje v kombinaci s vysokými teplotami vzduchu intenzivní výpar a silnou srážkovou činnost. Tento rozdíl v povrchové teplotě mořské vody mezi západním a východním Pacifikem lze registrovat také v teplotní stratifikaci oceánské vody, kdy se termoklina pod teplým pacifickým bazénem nachází v hloubce přes 100 metrů, ale ve východním Pacifiku jen cca 30 centimetrů. Část vzduchu s obsahem vodních par ještě pokračuje zpět k jihoamerické pevnině, ale ostře skloněná vrstva pasátové inverze neumožňuje vodní parou nasycenému vzduchu zkondenzovat nad pevninou, na kterou se tak dostávají pouze mlhy. Výsledná cirkulační buňka se nazývá Walkerova cirkulační buňka (obr. 13.1), kterou po britském meteorologovi Siru Gilbertu T. Walkerovi pojmenoval norský fyzik a meteorolog Jacob Bjerknes.

G. T. Walker se s E. W. Blissem ve dvacátých a třicátých letech 20. století zajímali o předpověď příchodu monzunů v Indii a zjistili, že na jižní polokouli je mechanismus způsobující monzunové proudění (rozdíl horizontálního tlakového gradientu) daleko výraznější. Případu narušení normálních podmínek v tropickém pásmu Tichého oceánu si všiml i Walker a jako první rozpoznal, že teplý proud vody najednou směřující k západnímu pobřeží Jižní Ameriky je doprovázen východozápadním kolísáním atmosférického tlaku. Ten nazval jižní oscilací (Southern Oscillation). Tato kombinace atmosférických a teplotních změn mořské vody dnes nese označení El Niňo – jižní oscilace (El Niňo – Southern Oscillation, ENSO). Jižní oscilace je atmosférickou složkou jevu El Niňo a její síla, označovaná jako Index jižní oscilace (Southern Oscillation Index) se počítá jako standardizovaná odchylka v atmosférických a oceánských faktorech (př. z rozdílu tlaku vzduchu při hladině světového oceánu měřeného na Tahiti a v Darwinu v Austrálii). Je-li hodnota indexu kladná (teplá fáze), značí podmínky El Niňo, je-li záporná (studená fáze), indikuje podmínky La Niňa (viz dále).

Teplá fáze ENSO – El Niňo

Proč dochází k oscilaci a následně projevu El Niňo je stále nejasné a je předmětem současných výzkumů. Název El Niňo, který dostala teplá fáze ENSO, vychází z období roku, kdy se projeví u břehu Jižní Ameriky. Bývá to obvykle kolem Vánoc a ve španělštině tento výraz znamená dítě nebo Jezulátko.

Nástup El Niňa nastává v okamžiku, kdy se snižuje tlakový rozdíl mezi oblastmi nízkého tlaku vzduchu v západním Pacifiku a vysokého tlaku vzduchu ve východním Pacifiku. Narušením Walkerovy cirkulační buňky slábnou jihovýchodní pasáty (při extrémně silném projevu mohou vát i opačným směrem) a teplá voda nahromaděná v teplém pacifickém bazénu se za podpory Rovníkového protiproudu dává do pohybu směrem k západnímu pobřeží Jižní Ameriky. Tento pohyb začíná během teplé fáze ENSO v září a pobřeží Jižní Ameriky dosahuje v prosinci nebo v lednu. Ve výsledku se povrchová teplota mořské vody zvýší až o 10 °C a v důsledku tepelné expanze vody se může hladina zvýšit až o 20 centimetrů. Nahromaděná teplá voda má za následek pokles termokliny do větší hloubky, respektive její takřka vyrovnání s hloubkou v západním Pacifiku (obr. 13.2). Následkem toho ustává výstupné proudění, mohou se objevit i sestupné proudy, a nad celé území západního pobřeží Jižní Ameriky se přemísťuje oblast nízkého tlaku. To má za následek přínos dodatečných srážek a objev podmínek pro vznik tropických cyklón. Naopak v oblasti Indonésie je tlakovéá níže vystřídána tlakovou výší přinášející do severní Austrálie období sucha. K tomuto jevu dochází v periodě 3 – 7 let (průměr je 5 let), přičemž trvá v průměru 7 – 9 měsíců. Společně s jevem El Niňo je spojená celá řada obdobných jevů, které nedosáhnou projevu El Niňa, ale představují cyklické změny v periodě např. 30 – 60 dní sahající do centrálního Pacifiku.

Základní příznaky projevu El Niňa můžeme shrnout do následujících bodů:

1. nárůst tlaku vzduchu v oblasti Indonésie, Austrálie a Indickým oceánem,
2. pokles tlaku vzduchu nad Tahiti a střední a východní částí Tichého oceánu,
3. zeslabení pasátů, nebo až změna jejich směru na opačný,
4. nárůst teploty vzduchu u západního pobřeží Jižní Ameriky spojený se zvýšeným srážkovým úhrnem,
5. nástup výrazného období sucha v oblasti západního Pacifiku.

Důsledky příchodu El Niňa ve světě

Důsledky příchodu El Niňa lze individuálně popsat v mnoha oblastech světa (obr. 13.3).

• Jižní Amerika

  • zvýšení srážek a celkové oteplení počasí vedoucí ke vzniku povodní na peruánsko-chilském pobřeží zejména od února do dubna
  • zřetelný úbytek ryb (ančovičky, makrely, sardinky) v důsledku vymizení výstupného proudění podél západního pobřeží
  • pokles populací tělesnými rozměry menších a rychle rostoucích živočichů v důsledku přesunu predátorů na západní pobřeží
  • příchod suššího a teplejšího počasí do amazonské pánve, Kolumbie a střední Ameriky
  • mírnější zimy s vyššími srážkovými úhrny ve středním Chile

• Severní Amerika

  • sušší a teplejší zimy na severozápadě a v centrálních oblastech USA
  • vlhčí zimy na JZ USA a SZ Mexika, ale vlhčí a chladnější zimy na SV Mexika a JV USA
  • oteplení západní a centrální části Kanady
  • potlačení vzniku tropických cyklón

• Ostatní části světa

  • zesílení srážkových úhrnů od března do května ve východní Africe (Keňa, Tanzánie, povodí Bílého Nilu)
  • období sucha ve střední části jižní Afriky (Botswana, Zambie, Zimbabwe, Mosambik)
  • rozsáhlá období sucha v JV Asii a v pásmu od severní Austrálie až po Tasmánii
  • anomálie v pásmu vysokého tlaku vzduchu a zvýšený přísun tepla způsobil redukci ledové pokrývky v oblasti Amundsenova, Bellingshausenova a Rossova moře v okolí Antarktidy, oproti tomu však také ochlazení a nárůst ledové pokrývky v oblasti Weddellova moře
  • přímý vliv na počasí v Evropě není tak zřetelný, objevily se určité souvislosti s mírnějšími zimami v severní Evropě a mírnými a suchými zimami ve Středomoří

Obecně je nástup EL Niňa spojován s nárůstem chorob přenosných komáry (moskyty), jako jsou malárie a různé formy horeček. Nejvýraznější projevy jevu El Niňo byly zaznamenány v letech 1790–1793, 1828, 1876–1878, 1891, 1925–1926, 1972–1973, 1982–1983, 199–1998 a 2009–2010, přičemž léta 1982–1983 a 1997–1999 představují během sledovaného období největší hodnoty ENSO.

Studená fáze ENSO – La Niňa

La Niňa (španělsky „holčička“) je název chladné fáze ENSO. K této oscilaci dochází následovně po odeznění fáze El Niňo, kdy jsou v důsledku zesíleného rozdílu atmosférického tlaku mezi západní a východní částí Pacifiku zesíleny jihovýchodní pasáty, které tak ještě více ženou vodu do západního Pacifiku a způsobují u západního pobřeží Jižní Ameriky větší výstupné proudění. Ve výsledku se pak termoklina ve východním Pacifiku přibližuje ještě více hladině než za normálních podmínek a z východního Pacifiku se směrem na západ táhne jazyk chladné oceánské vody vzešlé ze zesíleného výstupného proudění (obr. 13.4).

Důsledky jevu La Niňa jsou patrné na obr. 13.5.

• Jižní Amerika

  • zesílené období sucha na peruánsko-chilském pobřeží podtržené od června do září nižšími teplotami
  • v období prosinec až únor vyšší srážkové úhrny v severní Brazílii

• Severní Amerika

  • podprůměrné srážkové úhrny na JV a JZ USA
  • nadprůměrné srážkové úhrny na americkém středozápadě, v severních oblastech Skalnatých hor, severní části Kalifornie atd.
  • chladnější zimy a přívaly sněhu v Kanadě

• Afrika

  • v období prosinec – únor nástup suchého období v rovníkových oblastech východní Afriky
  • vlhčí a chladnější počasí na JV kontinentu během prosince až února

• Asie

  • pokles povrchové teploty oceánu během června až září
  • nahromadění teplé vody působí v JV Asii nadprůměrné srážkové úhrny (monzuny jsou vlhčí než obvykle)
  • posun drah tropických cyklón západním směrem

• Austrálie

  • Nástup suchého období v SV Austrálii během června až září

Předvídání událostí El Niňo bylo v roce 1985 zahájeno programem TOGA (Tropický oceán – globální atmosféra). Jeho cílem bylo reagovat na škody způsobené teplou fází ENSO v letech 1982 – 1983. Program trval deset let a umožnil vytvořit počítačové modely, které umožnily téměř s předstihem jednoho roku předpovědět fáze EL Niňo v následujících letech. Po svém skončení pokračoval programem TAO (Tropická atmosféra a oceán), který s pomocí sedmi desítek ukotvených bójí poskytoval informace z tropického Pacifiku v reálném čase.

Severoatlantická oscilace

Podobně jako jižní oscilace na jižní polokouli byla G. T. Walkerem v roce 1920 objevena v severní části Atlantského oceánu Severoatlantická oscilace (Nort Atlantic oscillation, NAO). Je úzce spojená se změnami atmosférického tlaku v oblasti mezi Azorskými ostrovy a Islandem. Sílu a směr západního proudění tak výhradně kontroluje rozdíl tlaku mezi těmito oblastmi. Vysoký rozdíl tlaku indikuje vysoké hodnoty indexu NAO (NAO+) a znamená zesílené západní proudění. To přináší v důsledku advekce oceánského vzduchu vlhčí počasí, ale zato chladnější léta a mírné zimy. Pokud je však proudění západních větrů potlačeno nízkými hodnotami indexu NAO (NAO-), teploty jsou v létě a zimě vystavěny extrémním hodnotám s podprůměrným výskytem srážek. Tato situace je také posunu cyklonálního proudění do Středomoří, což do této oblasti a severní Afriky přináší bouřky a srážkové úhrny.

Některé studie zároveň potvrzují, že změny indexu NAO postihují také východní část Severní Ameriky. V období vysokého rozdílu tlaku (NAO+) se Islandská tlaková níže rozpíná jihozápadním směrem až k severoamerickému pobřeží. Svou přítomností tak blokuje vpády arktického vzduchu na východní pobřeží. V kombinaci s jevem EL Niňo může v zimním období přinést do severovýchodní části USA a jihovýchodní části Kanady výrazné oteplení. V opačném případě umožňuje arktickému vzduchu postup jižním směrem, s nímž je spojen výskyt sněhových bouří a nízkých teplot sahajících až po Floridu.

Existence NAO úzce souvisí s dalším jevem nazvaným Arktická oscilace.

---

Shrnutí a literatura