זרם חג המולד
הדייגים בחופי פרו מכירים מזמן זרם חם שמגיע בסביבות חג המולד ומקלקל את הדיג לכמה שבועות. הם קראו לו אל ניניו, “הילד”, על שם ישו התינוק. מדי כמה שנים הוא מגיע מוקדם, נשאר שנה שלמה וחזק הרבה יותר. המים הקרים ועשירי הדגה מול פרו מתחממים, האנשובי נעלמים, וסופות שופכות גשם על אחד המדבריות היבשים ביותר בכדור הארץ. בצד השני של האוקיינוס אינדונזיה ואוסטרליה מתייבשות, ויערות בוערים.
האירועים הרחוקים האלה הם אירוע אחד. לפני כמאה שנה גילה המדען הבריטי גילברט ווקר שלחץ האוויר באזור הטרופי של האוקיינוס השקט עולה ויורד כמו נדנדה: כשהוא גבוה מעל דרווין שבאוסטרליה הוא נמוך מעל טהיטי, ולהפך. הוא קרא לזה התנודה הדרומית. ב־1969 הראה המטאורולוג הנורווגי יעקב ביירקנס שהנדנדה באוויר והמים החמים מול פרו הם שני חצאים של אותה לולאה בין הרוח לים. כיום המדענים קוראים לכל התופעה ENSO, אל ניניו–התנודה הדרומית.
הסצנה היא רצועה של האוקיינוס השקט לאורך קו המשווה, באורך 16,700 קילומטרים, מאינדונזיה משמאל ועד דרום אמריקה מימין, חתוכה לאורך קו המשווה כדי שתוכלו לראות לתוך הים.
רוחות הסחר עורמות מים חמים
ליד קו המשווה רוחות הסחר נושבות בקביעות ממזרח: אוויר שזורם אל קו המשווה ומוסט מערבה בגלל סיבוב כדור הארץ, כפי שמוסבר באפקט קוריוליס. כשהן נושבות הן גוררות איתן את פני הים, מערבה. השמש מחממת את המים האלה לכל אורך הדרך, וכשהם מגיעים למערב האוקיינוס השקט הם גוף מי הים הגדול והחם ביותר בכדור הארץ, כ־29 °C. זו הבריכה החמה. הזרם המערבי הזה הוא החלק המשווני של זרמי האוקיינוס שהרוח מניעה, שמתוארים בזרמי אוקיינוס.
המים נערמים מול אסיה. בשנה רגילה פני הים ליד אינדונזיה גבוהים בכחצי מטר מפני הים מול דרום אמריקה, והשכבה החמה עבה שם הרבה יותר. בסצנה, עם רוחות סחר של 5 m/s, המים החמים מגיעים לעומק של כ־160 m בקו האורך 150° מזרח, אבל לפחות מ־60 m בקו האורך 90° מערב. השיפוע של פני הים דוחף את המים החמים בחזרה מזרחה בדיוק בכוח שבו הרוח גוררת אותם מערבה, ולכן ההטיה מפסיקה לגדול.
נסו: גררו לאט את רוחות הסחר משנה רגילה עד אפס. פני הים מתיישרים, והמים הירוקים והקרים מול דרום אמריקה הופכים לכחולים וחמים, כשהבריכה החמה גולשת בחזרה מזרחה.
מים קרים מלמטה
מתחת לשכבה החמה האוקיינוס קר. הגבול ביניהם, שבו הטמפרטורה יורדת מהר עם העומק, הוא התרמוקלינה. כמה מאות מטרים למטה המים הם רק 11–15 °C בערך, גם על קו המשווה.
רוחות הסחר מושכות מים משם למעלה. ממש מחוץ לקו המשווה אפקט קוריוליס מסובב את הזרם שהרוח מניעה ימינה מצפון לקו המשווה ושמאלה מדרום לו, כך שמי השטח מתרחקים מקו המשווה משני צדדיו, ומים עולים מלמטה כדי לתפוס את מקומם. זו עליית מים. במקום שבו התרמוקלינה עמוקה, כמו במערב, עליית המים רק מערבבת עוד מים חמים. במקום שבו היא רדודה, כמו במזרח, היא מביאה מים קרים ועשירים בחומרי מזון. פלנקטון משגשג בהם, האנשובי אוכלים את הפלנקטון, ולחופי פרו יש אחד מאזורי הדיג העשירים בעולם. אחר כך הזרם המערבי נושא את המים שהתקררו לאורך קו המשווה כלשון קרה.
נסו: התקדמו בהצגת הים והאוויר אל טמפרטורת האוקיינוס. המים צבועים לפי הטמפרטורה, והקו הלבן הוא התרמוקלינה: עמוקה מתחת לאינדונזיה וקרובה לפני הים מול דרום אמריקה. החרוזים מראים מים קרים שעולים במזרח ונסחפים מערבה.
הגשם הולך אחרי המים החמים
מעל הבריכה החמה הים מחמם ומלחלח את האוויר שמעליו, והאוויר עולה בסופות רעמים מתנשאות; כמו במחזור המים, אוויר שעולה מתקרר, והאדים שבו מתעבים ויורדים כגשם. בשנה הרגילה של הסצנה יורדים על אינדונזיה כ־10 mm גשם ביום. האוויר העולה מתפשט בגובה, זורם מזרחה, מתקרר ושוקע מעל המים הקרים מול דרום אמריקה, ושם הוא מביא אוויר יבש וצלול ורק שמיכה נמוכה ואפורה של עננים; מדבר החוף של פרו כמעט לא מקבל גשם בכלל. ליד פני הים האוויר זורם בחזרה מערבה אל הבריכה החמה: אלה רוחות הסחר עצמן. הלולאה הזו היא מחזור ווקר, על שם גילברט ווקר. אוויר שוקע מעלה את הלחץ ליד הקרקע ואוויר עולה מוריד אותו, וזו הנדנדה שהוא מצא.
נסו: התקדמו בהצגת הים והאוויר אל לולאת האוויר. האוויר עולה מעל הגשם, חוצה את האוקיינוס בגובה, שוקע מעל הים הקריר וחוזר לאורך פני הים כרוחות הסחר.
כשהרוחות נחלשות
הלולאה מזינה את עצמה. רוחות הסחר שומרות על המזרח קר, המזרח הקר שומר על האוויר שוקע שם, והאוויר השוקע מניע את רוחות הסחר. אם הרוחות נרגעות, ערימת המים החמים במערב כבר לא מוחזקת. היא גולשת בחזרה מזרחה לאורך קו המשווה כבליטה ארוכה ואיטית, גל קלווין, שחוצה את האוקיינוס בתוך חודשיים עד שלושה. כשהוא מגיע, התרמוקלינה מול דרום אמריקה שוקעת, ועליית המים שם מביאה רק מים חמים. המזרח מתחמם, האוויר מעליו מתחיל לעלות במקום לשקוע, ורוחות הסחר נחלשות עוד יותר. ככל שהמזרח מתחמם, הרוחות נחלשות: תהליך שמזין את עצמו, שביירקנס היה הראשון לזהות.
זה אל ניניו. בסצנה, כשרוחות הסחר יורדות ל־2 m/s, פני הים במרכז האוקיינוס השקט מתחממים בכ־1.4 °C, התרמוקלינה מול דרום אמריקה שוקעת מעומק של כ־60 m ליותר מ־110 m, והשיפוע של חצי מטר בפני הים כמעט נעלם. הגשם הולך אחרי המים החמים מזרחה: הגשם באינדונזיה יורד בחצי, וגשם יורד על חופי פרו. אל ניניו אמיתי משפיע גם הרבה מעבר לאוקיינוס השקט, דרך רוחות שמשתנות גבוה באטמוספרה: הוא מביא בצורת לדרום אפריקה ולהודו וחורפים גשומים לדרום ארצות הברית. מכיוון שהאוקיינוס משחרר כל כך הרבה חום, שנות אל ניניו הן בדרך כלל השנים החמות ביותר שנמדדו (ראו אקלים).
נסו: בחרו אל ניניו. אחר כך התקדמו בהצגת הים והאוויר אל לולאת האוויר: האוויר העולה עבר למרכז האוקיינוס, ולולאה קטנה יותר מעל המערב גורמת לאוויר לשקוע מעל אינדונזיה.
לה ניניה, והתנודה ביניהם
דחפו את הרוחות לכיוון השני ויקרה ההפך. רוחות סחר חזקות יותר עורמות את המים החמים עוד יותר גבוה במערב, מעלות את התרמוקלינה במזרח כמעט עד פני הים, והופכות את הלשון הקרה לקרה וארוכה יותר. זו לה ניניה: גשום מהרגיל באינדונזיה ובאוסטרליה, יבש מהרגיל בפרו.
שירותי מזג האוויר עוקבים אחרי קטע אחד של קו המשווה, מ־170° מערב עד 120° מערב, שנקרא Niño 3.4. כשפני הים שם חמים מהרגיל ב־0.5 °C או יותר במשך כמה חודשים ברציפות, מכריזים על אל ניניו; קרים ב־0.5 °C או יותר, זו לה ניניה. הסצנה משתמשת באותם ספים, מול השנה הרגילה שלה: אל ניניו מתחת לכ־4.3 m/s, לה ניניה מעל כ־5.6 m/s.
אף אחד מהמצבים לא נמשך. אל ניניו מרוקן את המים החמים ממערב האוקיינוס השקט, וכשכוחו נגמר רוחות הסחר חוזרות, ולעתים קרובות מגזימות לכיוון לה ניניה. התנודה חוזרת כל שנתיים עד שבע שנים, וכל שלב מגיע בדרך כלל לשיאו בסביבות דצמבר ודועך עד הקיץ שאחריו. אירועי אל ניניו החזקים ביותר בעשורים האחרונים היו ב־1982–83, ב־1997–98 וב־2015–16.
נסו: בחרו לה ניניה והשוו את התרשים לקו המקווקו של השנה הרגילה: המזרח קר יותר, והגשם נדחס אל המערב הרחוק.
מה המודל הזה משמיט
הסצנה מראה את האוקיינוס אחרי שהתייצב תחת רוח שאתם בוחרים. באוקיינוס השקט האמיתי אף אחד לא קובע את הרוח: הרוחות והים מכוונים זה את זה, ולכן אל ניניו מתפתח, מגיע לשיא ונגמר מעצמו, ולכן זה נמשך חודשים. הסצנה משמיטה את התזמון הזה, את גלי קלווין ורוסבי שנושאים את השינוי, ואת עונות השנה.
האוקיינוס הוא שכבה חמה אחת שצפה על מים קרים, נפחה קבוע, והתרמוקלינה שלה נוטה עד שהשיפוע מאזן את גרר הרוח. הרוח זהה לאורך כל הרצועה, אף שרוחות סחר אמיתיות חלשות יותר מעל הבריכה החמה וחזקות יותר במזרח. כמה עליית המים מקררת את פני הים, כמה רחוק הזרם נושא את המים הקרים, ואיך הגשם מתחלק לפי חום הים הם כללי אצבע שכוילו לשנה רגילה, ולכן המספרים מראים את הדפוס ולא תחזית. הרצועה מראה רק את קו המשווה ואת הים שמצפון לו, בעוד שחופי פרו נמצאים מדרום לקו המשווה, והגשם מעל הקצוות הוא הגשם של הים הקרוב.