Fenomén El Niňo

El Niňo je klimatický jev, který se objevuje v zemské atmosféře i ve světovém oceánu. Tento úkaz pozorovali již v 16. století jihoameričtí rybáři ve vodách Tichého oceánu. Jedná se o zeslabení studeného Peruánského proudu a s tím související oteplení tamních vod. Jeho výskyt je poměrně nepravidelný. K jevu dochází obvykle v době kolem Vánoc a proto ho rybáři nazývali El Niňo Jesus, což česky znamená Ježíšek. Dnes se používá jen výraz El Niňo. 

Základním rysem tohoto fenoménu je výskyt nadnormálně teplé vody podél rovníku ve východní polovině Tichého oceánu. El Niňo se ale také projevuje v zemské atmosféře, a to hlavně změnami tlaku vzduchu a cirkulace vzduchu v této oblasti. V období El Niňa zeslábnou zejména v rovníkové části Tichého oceánu východní pasáty. To vede k posunu srážkové oblasti, ležící obvykle v prostoru Nové Guineje, směrem na východ nad oceán. 

Již od 18. století se ví, že v tropech vanou nad rozsáhlými částmi oceánů pravidelné a silné východní větry – pasáty. Ty se z obou polokoulí stékají do brázdy nízkého tlaku vzduchu a vyvolávají v ní velkou oblačnost s četnými srážkami. Kromě této funkce uvádějí do pohybu také povrchové vrstvy vody v oceánech. V tropickém Tichém oceánu vzniká mořský proud přenášející obrovské množství vody od východu na západ. Spolu s vodou se přenáší i značné množství energie, kterou dodává Slunce (tropické sluneční paprsky ohřejí jeho vodu o 3-8 °C). Za normálního stavu je na západním pobřeží Peru suché počasí, ve střední a západní části Tichého oceánu je naopak velmi deštivo. 

Mořský proud má i další účinek. Hromadí vody u australských břehů a v Oceánii, kde zvýší hladinu oceánu o 10-20 cm. Vody jsou v této části oceánu v rovnovážném stavu jen tehdy, když vanou pasáty průměrnou rychlostí 6-8 m/s. Pokud se rychlost pasátů sníží, nastane úkaz El Niňo. Mořský proud se začne zpomalovat, až se zastaví a obrátí svůj směr. Tepelná energie přitom putuje s ním k pobřeží Jižní Ameriky, nejčastěji k pobřeží Peru. El Niňo se proto projeví zvýšením teploty centrálního a východního Tichomoří, které má za následek změnu počasí v této oblasti. V západní rovníkové oblasti Tichomoří u pobřeží Austrálie se výška hladiny snižuje, v jeho centrální a východní části výška vodní hladiny roste. Při jevu El Niňo je tedy ohnisko bouřek v centrální části oceánu. Když se naopak rychlost pasátů zvýší, nastane opačný jev, označovaný jako La Niňa*. 

* La Niňa je vědci užívaný název jako protiklad k El Niňu. Španělský název La Niňa znamená česky holčička a je dílčím jevem ENSO**. Tento jev je charakterizován zesílením pasátů a následným zesílením studeného Peruánského proudu, který přináší chladné vody až do rovníkových oblastí. Proto bývá někdy označována jako studená fáze ENSO. S projevy La Niňi jsou spojeny stejně závažné jevy jako s El Niňem.

** ENSO je souborem interakcí jednotlivých částí celosvětového klimatického systému a jejich kolísání, které se projevuje souslednými událostmi v atmosférické a oceánské cirkulaci. ENSO je nejvýznamnějším známým zdrojem meziroční proměnlivosti počasí a klimatu v různých částech světa (s přibližným cyklem 3-8 roků). Ne všechny oblasti světa jsou jím ovlivněny.

Za normálního stavu nad indonéskou oblastí oceánu probíhá bouřková činnost a pasáty jsou normálně silné a odtlačují vodní masu Tichého oceánu od pobřeží Jižní Ameriky. Termoklina (pouhým okem viditelná přechodová vrstva mezi dvěma rozdílnými teplotami vody) je jen mělce pod hladinou oceánu. Výstupné proudy přinášejí živiny z hlubin. 

Při příchodu El Niña dojde k zeslabení pasátů a prohřáté vody západního Pacifiku se přesouvají v podobě nízké vlny k pobřeží Jižní Ameriky. Termoklina se dostává do hloubky. Teplá voda je zdrojem vodní vlhkosti a oblaků u pobřeží Jižní Ameriky, zatímco v Austrálii a v západním Pacifiku panuje suché a horké počasí. Vody centrálního a východního Tichomoří se výrazně ochladí. Ohnisko bouřkových lijáků se přesune do tropické Austrálie, na Papuu–Novou Guineu a do Indonésie. Oba jevy se souhrnně nazývají jižní oscilace (SO, Southern Oscillation). Vědci pro poměry v Tichomoří při jižní oscilaci používají bezrozměrný číselný index SOI. Vypočítávají ho ze sezónního měsíčního rozdílu tlaku mezi Tahiti a australským Darwinem. Záporné hodnoty ukazují na El Niňo, kladné hodnoty na La Niňu. Výrazná epizoda El Niňo proběhla v letech 1997-98 a je považována za druhou největší ve 20. století. Její projev způsobil smrt více než 24 000 lidí a zranění 533 000 lidí, asi 6 miliónů lidí přišlo o domov (rozsáhlé záplavy v Peru, požáry v Austrálii atd.). 

Jižní oscilace

S jevem El Niňo souvisí jev označovaný jako jižní oscilace, u jehož objevu byl v roce 1897 Prof. Hugo Hildebrand Hildebrandsson, když si u některých desetiletých řad tlaku vzduchu ze 68 stanic z celého světa všiml vztahu meziročních trendů. To potvrdili i meteorologové Norman a sir William Lockyer v roce 1902, když použili čistě grafické metody a zjistili, že skutečně existuje kolísání mezi Jižní Amerikou a indonéskou oblastí. Prof. Hildebrandsson měl pocit, že tento jev je vyvoláván stavem polárních moří. Ve dvacátých a třicátých letech 20. století se sir Walker a E. W. Bliss zajímali o předpověď příchodu monzunů v Indii. Dalším studiem zjistili, že se na jižní polokouli projevuje tento jev mnohem výrazněji, proto se ho rozhodli nazývat právě "jižní oscilací". A zákonitosti formulovali takto: jestliže tlak v jižním Pacifiku roste, pak tlak vzduchu v Indickém oceánu klesá. A na základě toho sestavili index jižní oscilace (SOI, Southern Oscillation Index). Komplexní vysvětlení souvislosti El Niño a jižní oscilaci dal v roce 1966 Jacob Aall Bonnevie Bjerknes. Tento norský meteorolog popsal interakce mezi atmosférou a oceánem a ve svých pracích popsal, jak tyto interakce probíhají a jak se mění cirkulace nad Tichým oceánem. On pojmenoval cirkulační buňku nad rovníkovým Pacifikem Walkerovou cirkulační buňkou. Dnes se tento jev souhrnně nazývá ENSO (El Niño Southern Oscillation) nebo se pro všechny tyto jevy používá pouze El Niño, i když správné je souhrnné označení ENSO.

Příčiny El Niňa je nutno hledat v tom, jak se oceán a atmosféra v této oblasti navzájem ovlivňují. Za normálních podmínek východní pasáty, vanoucí podél rovníku od jihoamerického pobřeží směrem k Austrálii, způsobují i pohyb vody tímto směrem. Voda se při tomto pohybu ohřívá především působením slunečního záření a východně od Austrálie se tvoří tzv. "teplý bazén". Oproti tomu u jihoamerického pobřeží je teplota povrchu oceánu nižší. Jednak sem proudí poněkud chladnější voda, pocházející z Kalifornského a především Peruánského proudu, jednak se zde k povrchu dostává výstupnými pohyby i chladnější voda z větších hloubek. Nad oblastí "teplého bazénu" v západním Pacifiku převažují výstupné pohyby vzduchu, nad chladnější vodou ve východním Pacifiku naopak sestupné pohyby. To je také důvod, proč je v Pacifiku větší srážková činnost v západní části než ve východní.

Normální atmosférická a oceánická cirkulace v rovníkovém Tichém oceánu

Pokud východní pasáty v rovníkovém Pacifiku z nějakého důvodu zeslábnou, znamená to většinou i počáteční fázi vývoje fenoménu El Niňo. Zeslábnutí pasátů má za následek i zeslábnutí přesunu vody směrem na západ. "Teplý bazén" v západním Pacifiku není tak výrazně naplňován teplou vodou a začne se ochlazovat, voda ve středním a východním Pacifiku se naopak začne oteplovat. To vede k zeslábnutí výstupných pohybů vzduchu nad západním Pacifikem i sestupných pohybů nad východním Pacifikem, což má za následek další slábnutí pasátů. Vzniká tak řada příčin a důsledků, které se vzájemně zesilují a podporují. Někdy vše vede až k obrácení směru pasátů i mořského proudu podél rovníku.

Schéma interakce mezi oceánem a atmosférou při nástupu teplé epizody El Niňo

Důsledkem těchto změn je většinou poměrně výrazná změna atmosférické i oceánické cirkulace a rozdělení teploty vody. Je ale zřejmé, že samotné El Niňo je jen jednou částí komplexnějšího cirkulačního systému ENSO. Oba cirkulační systémy jsou navzájem propojeny a vzájemně se silně ovlivňují. 

Cirkulace v rovníkovém Tichém oceánu během teplé epizody El Niňo.

Uvedená schémata atmosférické a oceánické cirkulace a jejich interakce ale nemohou dát zcela komplexní obraz o vzniku a vývoji ENSO. Neříkají totiž nic o tom, jak dlouho jednotlivé epizody trvají a jak často se opakují. K tomu je třeba popsat podrobněji některé vlastnosti oceánu. Atmosférická cirkulace se dost rychle přizpůsobuje změnám v oceánu, většinou řádově během několika týdnů. Ale oceán sám reaguje mnohem pomaleji např. na změny v atmosféře. Doba "přizpůsobení" oceánu se počítá na měsíce až půl roku. A právě tato "paměť" oceánu určuje do značné míry časová měřítka výskytu a opakování se El Niňa.

Důležitým faktorem, ovlivňujícím chování oceánu, je tloušťka povrchové vrstvy, která leží při hladině oceánu nad chladnější vodou hlubších vrstev. V západní části Tichého oceánu je většinou tato vrstva silnější a teplejší než v jeho východní části. Rozhraní mezi teplou povrchovou vodou a chladnější vodou hlubších vrstev je v hloubce asi 200 m na západě oceánu a asi 50 m na jeho východě a nazývá se termoklina (pouhým okem viditelná přechodová vrstva mezi dvěma rozdílnými teplotami vody). Na východě existuje silná vazba mezi hloubkou termokliny a teplotou povrchu oceánu. Na západě je tato vazba mnohem slabší. Během epizody El Niňo je termoklina méně skloněna a ve východní části Tichého oceánu je hlouběji, než je obvyklé, což souvisí s vyšší teplotou povrchu oceánu. Při nástupu teplé epizody El Niňo a zeslábnutí nebo obrácení pasátů je původně "hluboká" termoklina oceánickými procesy přesouvána ze západní do východní části Tichého oceánu. Zvýšení hloubky termokliny ve východní polovině rovníkového Pacifiku ale znamená i počátek zániku teplé epizody El Niňo. Toto zvýšení hloubky termokliny je totiž spojeno s přesunem teplé vody (i z míst severně a jižně od rovníku) směrem k rovníku. To má za následek snížení hloubky termokliny v subtropických oblastech (mimo rovník) s následným dalším přesunem této "mělké" termokliny k rovníkovému pásu východního Pacifiku. V blízkosti jihoamerického pobřeží navíc začne docházet k přesunu relativně "hluboké" termokliny od rovníku do vyšších zeměpisných šířek a hloubka termokliny se i zde začne snižovat. To všechno může vést k výraznému snížení hloubky termokliny ve východním rovníkovém Pacifiku a pokud se zde hloubka termokliny sníží na hodnoty menší, než je dlouhodobý průměr, může se vyvinout i situace, která je opakem teplé epizody El Niňo – La Niňa nebo studená epizoda El Niňo; podnormální teploty vody ve východním rovníkovém Pacifiku, nadnormální teploty vody v západním rovníkovém Pacifiku, zesílení pasátů, zvýšení výstupných pohybů vzduchu nad západním Pacifikem a sestupných pohybů vzduchu nad východním Pacifikem a celkově zesílení Walkerovy cirkulace. Celý tento mechanismus, který je složen z nezpožděných kladných zpětných vazeb (rychlá reakce atmosféry na změny v oceánu), následovaných časově zpožděnými zápornými zpětnými vazbami (relativně pomalá reakce oceánu na změny v atmosféře, přizpůsobování se oceánu, přerozdělování hloubky termokliny), je znám jako tzv. "stochastický oscilátor se zpožděnou zpětnou vazbou". Nepravidelnosti v periodicitě celého jevu a v délce trvání jeho jednotlivých epizod pak lze přičíst působení náhodných složek na celý tento systém a jeho zpětné vazby.

Oblasti s nejvýraznější reakcí klimatického systému na teplou nebo studenou epizodu El Niňo jsou znázorněny na následujících mapkách.

Oblasti s největšími klimatologickými anomáliemi, spojenými se studenou epizodou El Niňo

Oblasti s největšími klimatologickými anomáliemi, spojenými s teplou epizodou El Niňo

Z výše uvedených obrázků je zřejmé, že některé oblasti světa jsou poměrně silně ovlivňovány El Niňem. Např. sucha v Indonésii v roce 1997 jistě s El Niňem souvisela. V některých oblastech (např. v USA) se charakteristiky El Niňa používají i k sestavování tzv. klimatologických předpovědí pro území USA. U nás v Evropě se ke klimatické předpovědi vliv El Niňa nebere na zřetel (signál El Niňo je velice slabý a je překryt klimatologickým šumem). 

Jak se projevuje El Niňo na přelomu 20. a 21. století? V roce 1997 se vyvinula velice silná teplá epizoda El Niňo, zřejmě nejteplejší za celou historii pozorování a přinejmenším srovnatelná s dosud nejteplejší epizodou z let 1982-1983. 

Normální stav v lednu 1997

Stav v listopadu 1997

Stav v březnu 1998

Často se mezi lidmi objevují mylné představy spojené s fenoménem El Niňo. Např. to, že El Niňo je důsledkem zesilujícího skleníkového efektu a globálního oteplování. To není pravda. El Niňo je známé už od konce 16. století a dávno ho, jak je uvedeno v textu článku výše, pozorovali rybáři v oblasti Peru. Za normální situace se při peruánském pobřeží dostává k hladině chladnější voda z větších hloubek rovníkového Tichého oceánu a ta je bohatá na živiny. A kde jsou živiny, tam jsou pochopitelně ryby. Z tohoto důvodu jsou rybářská loviště v blízkosti Peru jedna z nejbohatších na světě. Během teplé epizody El Niňo tento výstupný proud slábne nebo zcela vymizí a to má za následek i výrazný úbytek ryb při peruánském pobřeží. A okolo 16. století problémy zesilujícího skleníkového efektu a globálního oteplování ještě neexistovaly. Na druhou stranu je třeba zdůraznit, že narůstající skleníkový efekt a globální oteplování mohou ovlivnit chování celého systému ENSO. Zdá se, že při narůstajícím globálním oteplování by mohlo docházet jednak k zesilování teplých epizod El Niňo, jednak ke zkrácení průměrné délky periody celého jevu ze současných 3-7 let na 2-5 let koncem 21. století. Další mylnou představou je, že El Niňo je způsobováno vulkanickou činností na dně Tichého oceánu. I když vliv vulkanismu na chování oceánických a atmosférických procesů nelze vyloučit, příčinou El Niňa jsou především existující vazby mezi oceánem a atmosférou a El Niňo existovalo i bez vulkanických procesů na dně oceánu. Tam se sice vlivem vulkanismu uvolňuje do vody velké množství tepla, ale toto teplo je rychle rozptylováno do okolního oceánu, a to především ve velkých hloubkách. El Niňo je jev, který se odehrává především v horních 200-250 metrech vod Tichého oceánu. 

Jan Hájek
Zeměpisné sdružení