El Niño e La Niña
Una fascia di vento sul Pacifico decide se l'Australia brucia e il Perù si allaga.
L'altalena del Pacifico
Livello Base — linguaggio semplice, senza matematica
Attraverso il centro del Pacifico il vento soffia normalmente sempre nella stessa direzione, tutto l'anno: dal Sud America verso l'Indonesia. Sono gli alisei, e trascinano la superficie dell'oceano verso ovest da quando esiste un oceano.
Trascinare acqua ha delle conseguenze. L'acqua calda di superficie si accumula a ovest, dove il mare è davvero più alto e più caldo: una piscina d'acqua tiepida grande abbastanza da cambiare il tempo su un continente. E dall'altra parte, al largo del Perù, l'acqua tirata via dalla costa viene rimpiazzata dal basso: acqua fredda, scura, ricca di nutrienti che sale a prendere il suo posto. Quella risalita alimenta una delle pesche più ricche della Terra.
Adesso lascia che il vento si allenti. Niente tiene più al suo posto la piscina calda, che scivola verso est attraverso il Pacifico come acqua che sciaborda in una vasca. Le nuvole di pioggia seguono l'acqua calda, perché la pioggia si forma sopra il mare caldo. Indonesia e Australia, che normalmente stanno sotto tutta quella pioggia, restano a secco. Il Perù, di solito una costa desertica, si allaga. E la risalita fredda si spegne, così i pesci se ne vanno.
Questo è El Niño. Quando invece i venti soffiano più forte del solito e tutto viene spinto ancora più a ovest, si chiama La Niña. Tutto il Pacifico oscilla avanti e indietro fra i due ogni pochi anni, e il tempo su cinque continenti oscilla con lui.
Da sapere
- Furono i pescatori peruviani a dargli il nome: El Niño, il Bambin Gesù, perché l'acqua calda e i pesci scomparsi tendevano ad arrivare attorno a Natale.
- Gli alisei tengono il Pacifico occidentale circa mezzo metro più alto di quello orientale: il mare è davvero inclinato.
- Un El Niño forte sposta le piogge su cinque continenti insieme, ed è per questo che una sola fascia di vento nel Pacifico si vede nelle siccità australiane e nelle alluvioni dell'Africa orientale.
Inclinazione del termoclino e circolazione di Walker
Livello Studente — le equazioni principali
Il sistema ha tre parti incastrate. Gli alisei trascinano l'acqua superficiale verso ovest. Quell'acqua si accumula nella piscina calda, alzando il livello del mare di 40-60 cm e spingendo il termoclino - il confine netto fra l'acqua calda di superficie e l'oceano profondo freddo - fino a circa 150 m a ovest, mentre a est risale a 50 m o meno. Poiché il termoclino è poco profondo davanti al Sud America, la risalita costiera attinge acqua fredda e il Pacifico orientale resta di parecchi gradi più fresco di quello occidentale.
Quel contrasto di temperatura guida la circolazione di Walker: l'aria sale sopra l'ovest caldo, scorre verso est in quota, scende sopra l'est fresco e torna a ovest in superficie come gli alisei stessi. I venti creano il contrasto di temperatura, e il contrasto crea i venti: una retroazione positiva nota come retroazione di Bjerknes.
Il che significa che tutto l'insieme può ribaltarsi. Indebolisci gli alisei e la piscina calda scivola a est; il Pacifico orientale si scalda, il contrasto cala e gli alisei si indeboliscono ancora. L'acqua calda che sciaborda verso est come onda di Kelvin di downwelling approfondisce il termoclino orientale, tagliando la risalita fredda e bloccando il riscaldamento. Questo è El Niño. Lo stato opposto, con alisei rinforzati e un est insolitamente freddo e ripido, è La Niña.
L'intensità si segue con l'Oceanic Niño Index, l'anomalia mobile su tre mesi della temperatura superficiale del mare nel Pacifico centro-orientale. Sopra +0,5 °C per cinque stagioni sovrapposte è un El Niño; sotto -0,5 °C è una La Niña.
Formule chiave
| Oceanic Niño Index | \(\text{ONI} = \overline{\Delta T}_{\text{Niño 3.4}}\) | anomalia mobile su 3 mesi |
|---|---|---|
| El Niño / La Niña | \(\text{ONI} \ge +0{,}5^\circ\text{C}\ /\ \le -0{,}5^\circ\text{C}\) | |
| Inclinazione del termoclino | \(\sim 150\ \text{m a ovest},\ 50\ \text{m a est}\) | |
| Dislivello del mare | \(\approx 0{,}5\ \text{m}\) | |
Da sapere
- La retroazione di Bjerknes: gli alisei creano il contrasto di temperatura, e il contrasto guida gli alisei. È esattamente per questo che il sistema ha due stati quasi stabili invece di uno.
- Le onde di Kelvin di downwelling portano acqua calda verso est attraverso il Pacifico in circa due mesi, approfondendo il termoclino orientale e spegnendo la risalita.
- Un ONI sopra +0,5 °C per cinque stagioni trimestrali sovrapposte definisce un El Niño; sotto -0,5 °C definisce una La Niña.
Oscillatore ritardato, teleconnessioni e limiti di previsione
Livello Esperto — profondità matematica completa
ENSO è il maggiore segnale interannuale del sistema climatico e si comprende meglio come un oscillatore accoppiato oceano-atmosfera. La retroazione di Bjerknes fornisce la crescita; il ritardo che trasforma la crescita in oscillazione viene dalla dinamica delle onde equatoriali. Le onde di Rossby che si propagano verso ovest si riflettono sul bordo occidentale come onde di Kelvin verso est di segno opposto, tornando mesi dopo a invertire l'anomalia: è il quadro dell'oscillatore ritardato. Lo schema ricarica-scarica aggiunge la vista complementare: il volume di acqua calda sopra il termoclino si accumula prima di un evento e viene scaricato verso i poli durante l'evento, il che spiega perché il contenuto di calore equatoriale è un predittore migliore della temperatura superficiale stessa.
Le teleconnessioni si propagano attraverso l'atmosfera. La convezione tropicale anomala eccita treni di onde di Rossby - il più noto è il pattern Pacifico-Nordamericano - riorganizzando le traiettorie delle perturbazioni alle medie latitudini. La risposta atlantica conta sul piano pratico: El Niño aumenta il wind shear verticale sull'Atlantico tropicale, sopprimendo la genesi degli uragani, mentre La Niña fa il contrario. Quel solo meccanismo è il motivo per cui una previsione ENSO entra in ogni proiezione stagionale sugli uragani.
La previsione incontra la barriera di prevedibilità primaverile: le previsioni inizializzate prima di aprile circa perdono bruscamente abilità, perché la retroazione accoppiata è più debole e il rapporto segnale-rumore più basso mentre il ciclo annuale attraversa il suo punto di passaggio. Le raffiche di vento occidentali, in parte stocastiche, possono innescare o abortire un evento, ponendo un limite intrinseco alla previsione deterministica di forse 6-9 mesi.
Come ENSO risponda al forzante serra è irrisolto. I modelli concordano in linea di massima sul fatto che la variabilità delle piogge legate a ENSO aumenti, dato che uno stato medio più caldo sposta la convezione per un'anomalia di temperatura minore, ma sono in disaccordo sull'ampiezza della variabilità della temperatura stessa.
Formule chiave
| Oscillatore ritardato | \(\dfrac{dT}{dt} = aT - bT(t-\tau) - \varepsilon T^{3}\) | crescita, retroazione ritardata, smorzamento |
|---|---|---|
| Retroazione di Bjerknes | \(\tau_x \uparrow\ \Rightarrow\ \Delta T \uparrow\ \Rightarrow\ \tau_x \uparrow\) | |
| Volume di acqua calda | \(\text{WWV precede ONI di} \sim 6\ \text{mesi}\) | |
Da sapere
- Dinamica dell'oscillatore ritardato: le onde di Rossby equatoriali riflesse tornano mesi dopo come onde di Kelvin di segno opposto, ed è questo che trasforma una retroazione positiva in un'oscillazione.
- El Niño alza il wind shear atlantico e sopprime gli uragani; La Niña lo abbassa e li favorisce. Quel legame è integrato in ogni proiezione stagionale sugli uragani.
- La barriera di prevedibilità primaverile limita la previsione deterministica di ENSO a circa 6-9 mesi, in parte perché raffiche di vento occidentali stocastiche possono innescare o abortire un evento.