El Niño–Dao động phương Nam

Chỉ số dao động phương Nam chuỗi thời gian 1876–2017.

El Niño–Dao động phương Nam (ENSO) là sự biến đổi có tính chu kỳ không đều của gió và nhiệt độ bề mặt biển trên Đông Thái Bình Dương nhiệt đới, ảnh hưởng đến khí hậu hầu khắp các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Giai đoạn nhiệt độ nước biển ấm hay pha nóng được gọi là El Niño còn pha lạnh gọi là La Niña. Dao động phương Nam là thành phần khí quyển đi kèm kết hợp với sự thay đổi nhiệt độ nước biển: El Niño có đặc điểm khí áp bề mặt cao ở Tây Thái Bình Dương nhiệt đới còn La Niña thì ngược lại với khí áp bề mặt thấp. Mỗi giai đoạn kéo dài vài tháng và thường xảy ra vài năm một lần với cường độ biến đổi.

Hai pha ENSO liên quan đến hoàn lưu Walker do Gilbert Walker phát hiện vào đầu thế kỷ 20. Hoàn lưu Walker được sinh ra bởi lực gradien khí áp có nguồn gốc từ một vùng khí áp cao trên Đông Thái Bình Dương và một hệ thống áp thấp trên Indonesia. Hoàn lưu Walker suy yếu hoặc đảo lộn (bao gồm gió mậu dịch) sẽ khiến nước biển lạnh sâu bớt hoặc không trồi lên bề mặt, do đó tạo ra El Niño với việc làm cho bề mặt đại dương đạt mức nhiệt cao hơn trung bình. Ngược lại, hoàn lưu Walker đặc biệt mạnh sẽ gây La Niña dẫn đến nhiệt độ đại dương thấp hơn do nước trồi gia tăng.

Con người vẫn đang nghiên cứu các cơ chế tạo ra dao động. Những hình thái tối cực của dao động gây thời tiết cực đoan (như lũ lụt và hạn hán) ở nhiều vùng trên thế giới. Các nước đang phát triển phụ thuộc vào nông nghiệp và ngư nghiệp, nhất là các nước tiếp giáp Thái Bình Dương, bị ảnh hưởng nặng nề nhất.

Tổng quan

El Niño–Dao động phương Nam là hiện tượng khí hậu đơn lẻ biến động định kỳ giữa ba pha: trung tính, La Niña, hoặc El Niño. La Niña và El Niño là hai pha đối lập đòi hỏi những thay đổi nhất định diễn ra ở cả đại dương và khí quyển trước khi một sự kiện được tuyên bố.

Thông thường, hải lưu Humboldt chảy lên phía bắc mang nước tương đối lạnh từ Nam Đại Dương đi dọc bờ biển phía tây Nam Mỹ đến miền nhiệt đới, nơi nó được tăng cường bởi nước trồi diễn ra dọc bờ biển Peru. Gió mậu dịch dọc xích đạo tạo ra những hải lưu đại dương ở miền đông Thái Bình Dương kéo nước từ đại dương sâu hơn lên bề mặt, do đó làm mát bề mặt đại dương. Dưới ảnh hưởng của gió mậu dịch xích đạo, những dòng nước lạnh này chảy về tây men theo xích đạo và dần dần được Mặt trời gia nhiệt. Hệ quả trực tiếp là nhiệt độ bề mặt biển ở Tây Thái Bình Dương nhìn chung ấm hơn, khoảng 8–10 °C (14–18 °F) so với Đông Thái Bình Dương. Vùng đại dương ấm là nguồn sinh đối lưu và liên hệ với mây hoặc mưa. Trong những năm El Niño nước lạnh suy yếu hoặc biến mất hoàn toàn khi nước ở Trung và Đông Thái Bình Dương trở nên ấm bằng Tây Thái Bình Dương.

Hoàn lưu Walker

Hoàn lưu Walker do lực gradien khí áp gây ra bắt nguồn từ một hệ thống áp cao trên Đông Thái Bình Dương và một hệ thống áp thấp trên Indonesia. Hoàn lưu Walker tại các bồn địa Ấn Độ Dương, Thái Bình Dương, Đại Tây Dương nhiệt đới tạo ra gió tây bề mặt vào mùa hè phương bắc ở bồn địa đầu tiên và gió đông ở bồn địa thứ hai và ba. Hệ quả là kết cấu nhiệt độ của ba đại dương thể hiện phi đối xứng sâu sắc. Miền đông Thái Bình Dương và Đại Tây Dương xích đạo có nhiệt độ bề mặt mát mẻ vào mùa hè phương bắc, trong khi ở Ấn Độ Dương phần mát hơn là phía tây.

Thay đổi trong hoàn lưu Walker theo thời gian xảy ra trùng khớp với thay đổi trong nhiệt độ bề mặt biển. Một vài trong đó có tính bên ngoài bắt buộc như Mặt trời dịch lên Bắc Bán cầu vào mùa hè. Những thay đổi khác dường như là kết quả của hồi tiếp khí quyển-đại dương đi đôi mà ở đó một ví dụ là gió đông làm giảm nhiệt độ bề mặt ở phía đông, làm tăng tương phản nhiệt giữa các đới do đó làm tăng cường độ gió đông trên khắp khu vực. Gió đông dị thường này khiến nước trồi nhiều hơn ở xích đạo và nâng cao dị biệt nhiệt ở phía đông, khuếch đại sự lạnh đi ban đầu do gió nam. Từ góc nhìn hải dương học, lưỡi lạnh xích đạo do gió đông gây nên. Nếu khí hậu Trái Đất đối xứng qua xích đạo thì gió vượt xích đạo không tồn tại, lưỡi lạnh sẽ yếu hơn nhiều và có kết cấu đới rất khác so với quan sát ngày nay.

Trong trạng thái không El Niño, hoàn lưu Walker quan sát tại bề mặt là gió đông mậu dịch vận chuyển nước và không khí được Mặt trời làm ấm về phía tây. Điều này còn tạo ra nước trồi đại dương ngoài khơi Peru và Ecuador, mang nước lạnh giàu dinh dưỡng lên bề mặt làm tăng trữ lượng đánh bắt. Phần phía tây Thái Bình Dương xích đạo có đặc điểm thời tiết ấm, ẩm, khí áp thấp khi hơi ẩm thu thập được trút xuống dưới dạng bão và dông. Sự vận động này khiến đại dương ở Tây Thái Bình Dương cao hơn khoảng 60 cm (24 in).

Dao động nhiệt độ bề mặt biển

Các "vùng Niño" nơi nhiệt độ bề mặt biển được theo dõi để xác định pha ENSO hiện tại

Cục quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia Hoa Kỳ theo dõi nhiệt độ bề mặt biển ở vùng Niño 3.4 trải dài từ kinh tuyến 120 đến 170 độ tây và từ vĩ tuyến 5 độ bắc đến 5 độ nam, cách Hawaii xấp xỉ 3.000 km (1.900 dặm) về phía đông nam. Giá trị trung bình ba tháng gần nhất được tính toán và nếu nó cao hoặc thấp hơn bình thường 0,5 °C (0,9 °F) trở lên thì El Niño hoặc La Niña được xem là đang diễn tiến. Cơ quan Khí tượng Vương quốc Anh cũng áp dụng giai đoạn vài tháng để xác định tình trạng ENSO. Khi sự ấm lên hay lạnh đi này xảy ra trong chỉ bảy đến chín tháng thì nó được xếp loại là "trạng thái" El Niño/La Niña còn với thời gian dài hơn thì là "đợt" El Niño/La Niña.

Mô hình Thái Bình Dương bình thường: gió xích đạo dồn bể nước ấm về phía tây. Nước lạnh trồi lên dọc duyên hải Nam Mỹ. (NOAA/PMEL/TAO)

Trạng thái El Niño: bể nước ấm tiếp cận duyên hải Nam Mỹ. Nước lạnh ít hoặc không trồi lên bề mặt.

Trạng thái La Niña: nước ấm ở xa phía tây hơn bình thường.

Pha trung tính

Nếu mức nhiệt thay đổi thấp hơn 0,5 °C (0,9 °F) thì trạng thái ENSO được mô tả là trung tính. Trạng thái trung tính là sự chuyển giao giữa hai pha nóng và lạnh của ENSO. Nhiệt độ đại dương, giáng thủy nhiệt đới và các mô hình gió ở gần trạng thái trung bình. Gần một nửa số năm là rơi vào pha trung tính. Các mô hình hay dị thường khí hậu khác như dấu hiệu của dao động Đại Tây Dương hoặc kết nối xa Thái Bình Dương–Bắc Mỹ chiếm tầm ảnh hưởng hơn trong pha này.

Pha nóng

El Niño 1997 quan sát từ vệ tinh Poseidon

Khi hoàn lưu Walker suy yếu hoặc đảo lộn và hoàn lưu Hadley tăng cường thì kết quả là El Niño khiến nhiệt độ đại dương ấm hơn trung bình do nước lạnh ít hoặc không trồi lên bề mặt ở ngoài khơi Tây Bắc Nam Mỹ. El Niño liên hệ với một dải nhiệt độ nước đại dương ấm hơn trung bình phát triển định kỳ ngoài khơi duyên hải Thái Bình Dương Nam Mỹ. El niño là từ tiếng Tây Ban Nha có nghĩa "bé trai" còn thuật ngữ El Niño (viết hoa chữ N) đề cập đến đứa con của Chúa là Jesus bởi sự ấm lên ở Thái Bình Dương gần Nam Mỹ thường được để ý đến vào Giáng sinh. Đây là pha nóng của ENSO và đi đôi với nó là khí áp bề mặt cao ở Tây Thái Bình Dương.

Pha lạnh

Hoàn lưu Walker đặc biệt mạnh gây ra La Niña dẫn đến nhiệt độ đại dương mát hơn ở miền nhiệt đới trung và đông Thái Bình Dương do nước trồi gia tăng. La Niña là một hiện tượng khí quyển-đại dương kết hợp, phiên bản đối lập của El Niño và thuộc kiểu khí hậu El Niño–Dao động phương Nam bao quát hơn. Cái tên La Niña bắt nguồn từ tiếng Tây Ban Nha có nghĩa "bé gái", khá liên hệ với El Niño. Trong giai đoạn La Niña nhiệt độ bề mặt biển trên khắp miền xích đạo đông trung tâm Thái Bình Dương thấp hơn bình thường 3–5 °C. Ở Hoa Kỳ, La Niña được xem diễn ra nếu trạng thái La Niña duy trì năm tháng trở lên. Tuy nhiên, mỗi quốc gia lại có định nghĩa khác nhau về những yếu tố làm nên một sự kiện La Niña để phù hợp với mối quan tâm riêng của họ. Ví dụ Cơ quan Khí tượng Nhật Bản nhận định một sự kiện La Niña diễn ra khi nhiệt độ bề mặt biển trung bình năm tháng ở vùng Niño 3 thấp hơn 0,5 °C (0,90 °F) trong 6 tháng liên tục hoặc lâu hơn.

Các pha chuyển tiếp

Các pha chuyển tiếp tại điểm khởi đầu hoặc kết thúc của El Niño hay La Niña cũng có thể là yếu tố quan trọng đối với thời tiết toàn cầu bởi tác động kết nối xa. Các đợt đáng kể gọi là Trans-Niño được đo lường bằng chỉ số Trans-Niño (TNI). Ví dụ về ảnh hưởng đến khí hậu Bắc Mỹ ngắn hạn bao gồm giáng thủy ở Tây Bắc Hoa Kỳ và lốc xoáy hoạt động ác liệt ở Hoa Kỳ giáp bang.

Dao động phương Nam

Dao động phương Nam là thành phần khí quyển của El Niño. Thành phần này là sự dao động trong khí áp bề mặt giữa miền nhiệt đới Đông và Tây Thái Bình Dương. Cường độ của dao động phương Nam được đo bằng chỉ số dao động phương Nam (SOI). SOI được tính toán từ sự chênh lệch khí áp bề mặt thất thường giữa Tahiti (ở Thái Bình Dương) và Darwin, Australia (ở Ấn Độ Dương).