El Niño

Ein starker globaler Klimatreiber

El Niño ist ein auffälliges und natürlich vorkommendes Klimamuster, das durch eine deutliche Erwärmung der Meeresoberflächentemperaturen im zentralen und östlichen tropischen Pazifik gekennzeichnet ist. Es ist die warme Phase eines größeren, zyklischen Phänomens, das als El Niño-Southern Oscillation (ENSO) bekannt ist. ENSO ist die wichtigste Quelle der jährlichen Klimaschwankungen auf der ganzen Welt und beeinflusst das Wetter, die Ökosysteme und die Wirtschaft weit über das Pazifikbecken hinaus.

Historisch gesehen wurde der Begriff "El Niño" (spanisch für "das Christkind") von den Fischern an den Küsten Perus und Ecuadors verwendet, um eine warme Meeresströmung zu beschreiben, die in der Regel im Dezember auftrat. Ihr Auftreten fiel oft mit schlechten Fischereibedingungen zusammen. Mit der Zeit erkannten die Wissenschaftler, dass diese lokale Erwärmung Teil einer viel größeren, miteinander verbundenen ozeanischen und atmosphärischen Fluktuation mit weitreichenden globalen Auswirkungen war, und benannten die warme Phase dieser Oszillation mit "El Niño".

Die Mechanismen von El Niño: Ein gekoppeltes Ozean-Atmosphären-System

Das Verhalten von El Niño ist grundlegend mit der dynamischen Interaktion zwischen dem Pazifischen Ozean und der darüber liegenden Atmosphäre verbunden. Um El Niño zu verstehen, ist es hilfreich, zunächst die typischen Bedingungen im tropischen Pazifik zu betrachten.

Unter neutralen (nicht-ENSO) oder La-Niña-Bedingungen:

• Passatwinde: Es herrschen starke östliche Passatwinde vor, die beständig von der Hochdruckregion über dem östlichen Pazifik auf die Tiefdruckregion über dem wärmeren westlichen Pazifik blasen.
• Ozeanische Wärmeverteilung: Diese starken Winde treiben große Mengen an warmem Oberflächenwasser nach Westen. Dadurch vertieft sich die warme Oberflächenschicht (Mischschicht) im westlichen Pazifik, während im östlichen Pazifik warmes Oberflächenwasser weggezogen wird, so dass kühleres, tieferes Wasser an die Oberfläche steigt - ein Prozess, der als Auftrieb bezeichnet wird. Dies führt zu erheblichen Unterschieden bei den Meeresoberflächentemperaturen (SST) im gesamten tropischen Pazifik, mit viel wärmerem Wasser im Westen (in der Nähe von Indonesien und Australien) und kühlerem Wasser im Osten (in der Nähe von Südamerika). Auch der Meeresspiegel ist im westlichen Pazifik aufgrund dieser Ansammlung von warmem Wasser in der Regel höher.
• Atmosphärische Konvektion: Das wärmste Wasser im westlichen Pazifik führt zu erheblicher Verdunstung und atmosphärischer Konvektion (aufsteigende Luft), was in dieser Region zu häufigen Gewittern und starken Regenfällen führt.
• Walker-Zirkulation: Dieses Temperatur- und Druckgefälle treibt eine großräumige atmosphärische Zirkulationszelle an, die als Walker-Zirkulation bekannt ist. Die Luft steigt über dem warmen, niederdruckreichen Westpazifik auf, strömt in großen Höhen ostwärts, sinkt über dem kühleren, hochdruckreichen Ostpazifik ab und kehrt in Form der Passatwinde in Oberflächennähe nach Westen zurück.

Während eines El Niño-Ereignisses:

• Abschwächung der Passatwinde: Das Kennzeichen von El Niño ist eine deutliche und anhaltende Abschwächung oder sogar Umkehrung der östlichen Passatwinde im zentralen und östlichen tropischen Pazifik.
• Warmwasserverschiebung: Bei nachlassendem Winddruck beginnt das warme Wasser, das sich zuvor im westlichen Pazifik aufgestaut hatte, entlang des Äquators nach Osten zu drängen. Diese Bewegung ist häufig mit ozeanischen Wellen (insbesondere Kelvin-Wellen) verbunden, die sich unter der Oberfläche ostwärts ausbreiten, die warme Mischschicht vertiefen und den Auftrieb von kaltem Wasser im östlichen Pazifik unterdrücken.
• Veränderter Temperaturgradient: Wenn sich warmes Wasser ostwärts ausbreitet, wird der starke Ost-West-SST-Gradient über dem tropischen Pazifik deutlich verringert oder sogar umgekehrt. Der östliche und zentrale Pazifik wird deutlich wärmer als im Durchschnitt, während der westliche Pazifik etwas kühler werden kann.
• Verschiebung der Konvektion: Die Region mit dem wärmsten Wasser und damit das Hauptgebiet der atmosphärischen Konvektion und Gewitteraktivität verlagert sich vom westlichen Pazifik nach Osten in den zentralen oder sogar östlichen Pazifik. Diese Verschiebung ist von entscheidender Bedeutung, da sie die Energieverteilung in der Atmosphäre verändert.
• Unterbrochene Walker-Zirkulation: Die Ostverschiebung der aufsteigenden Luft und die Abschwächung des Ost-West-Druckgradienten führen dazu, dass sich die Zelle der Walker-Zirkulation abschwächt, abflacht oder nach Osten verlagert. Das typische Muster von aufsteigender Luft im Westen und absinkender Luft im Osten wird grundlegend verändert.

Globale Wetter- und Klimaauswirkungen von El Niño

Die massive Umverteilung der Wärme im äquatorialen Pazifik und die daraus resultierenden Veränderungen der atmosphärischen Zirkulation während El Niño haben Auswirkungen, die Wetter- und Klimamuster auf der ganzen Welt beeinflussen - ein Phänomen, das als Telekonnektionen bekannt ist.

• Niederschlag ändert sich:
  
  • Verstärkte Regenfälle und Überschwemmungen: Regionen in der Nähe der nach Osten verschobenen Konvektionszone, wie die Äquatorialküsten von Ecuador und Peru, nördliche Teile Südamerikas und im Winter oft der Süden der Vereinigten Staaten, neigen zu überdurchschnittlichen Niederschlägen, die manchmal zu schweren Überschwemmungen führen.
  • Trockenheit und Trockenheit: Gebiete, die typischerweise unter dem Einfluss aufsteigender Luft im westlichen Pazifik (wie Indonesien, Australien und Teile Südostasiens) oder unter dem Einfluss absinkender Luft in anderen Regionen (Teile Indiens, des südlichen Afrikas und Nordostbrasiliens) stehen, erleben oft deutlich trockenere Bedingungen und Dürre, was die Gefahr von Waldbränden erhöht und die Landwirtschaft beeinträchtigt.
• Temperaturanomalien:
  
  • El-Niño-Jahre gehen häufig mit höheren globalen Durchschnittstemperaturen einher, da die enorme Wärmemenge, die aus den wärmeren Gewässern des Ostpazifiks in die Atmosphäre abgegeben wird, erheblich zum globalen Wärmehaushalt beiträgt.
  • Auf regionaler Ebene kann El Niño in vielen Gebieten zu überdurchschnittlich warmen Temperaturen führen, unter anderem in Teilen der nördlichen Vereinigten Staaten und Kanadas während des Winters, und möglicherweise zu vermehrten Hitzewellen in anderen Gebieten.
• Aktivität der tropischen Wirbelstürme:
  
  • Atlantik-Becken: El Niño unterdrückt in der Regel die Hurrikanaktivität im Atlantischen Ozean. Die veränderte atmosphärische Zirkulation erhöht die vertikale Windscherung über der Hauptentwicklungsregion der Tropen, wodurch es für Gewitter schwieriger wird, sich zu Hurrikanen zu entwickeln.
  • Pazifikbecken: Umgekehrt verstärkt El Niño oft die Aktivität tropischer Wirbelstürme im östlichen und zentralen Pazifik, da das wärmere Wasser mehr Energie liefert und die atmosphärischen Bedingungen für die Sturmbildung günstiger werden.
• Auswirkungen auf marine Ökosysteme:
  
  • Entlang der Westküste Südamerikas führt die Unterdrückung des Kaltwasserauftriebs während El Niño zu einer dramatischen Verringerung der Nährstoffzufuhr aus der Tiefsee an die Oberfläche. Dies wirkt sich auf das Phytoplankton, die Grundlage des marinen Nahrungsnetzes, aus und führt zu einem Rückgang der Fischpopulationen (z. B. Sardellen) und beeinträchtigt die lokale Fischerei und die Vogelpopulationen, die von diesen Fischen abhängig sind.

Die Bjerknes-Rückkopplungsschleife: Die Kraft der Oszillation

Während anfängliche geringfügige Veränderungen das System stören können, ist die positive Rückkopplungsschleife, die so genannte Bjerknes-Rückkopplung, benannt nach dem Meteorologen Jacob Bjerknes, der als Erster die Verbindung zwischen El Niño und der Südlichen Oszillation beschrieb, der Schlüssel zur Entstehung und Aufrechterhaltung von El-Niño-Ereignissen. Sie veranschaulicht, wie sich Ozean und Atmosphäre gegenseitig verstärken:

1. Anfängliche Anomalie: Es kommt zu einer leichten Abschwächung der Passatwinde (vielleicht aufgrund zufälliger atmosphärischer Schwankungen).
2. Ozeanische Reaktion: Die abgeschwächten Winde verringern den Westwärtsdruck auf die Meeresoberfläche. Warmes Wasser, das sich im Westen aufgestaut hatte, strömt nach Osten, und die Sprungschicht (die Grenze zwischen warmem Oberflächenwasser und kaltem Tiefenwasser) wird im Osten tiefer und im Westen flacher. Der Auftrieb von kaltem Wasser im Osten wird unterdrückt.
3. SST-Anomalie: Die ostwärts gerichtete Bewegung des warmen Wassers und der unterdrückte Auftrieb führen dazu, dass die Meeresoberflächentemperaturen im mittleren und östlichen Pazifik deutlich über den Normalwert ansteigen.
4. Atmosphärische Reaktion auf SSTs: Die wärmeren SSTs im Osten führen zu verstärkter Verdunstung, Konvektion und einer Verlagerung der atmosphärischen Tiefdruckzone nach Osten.
5. Reaktion der Winde auf den Druck: Die Ostverschiebung des atmosphärischen Druckmusters schwächt die Passatwinde weiter ab (oder führt sogar zu ihrer Umkehrung), da der Druckgradient, der sie antreibt, verringert wird.

Dieser Zyklus (Abgeschwächte Winde→Warmes Wasser verlagert sich nach Osten/Auftrieb unterdrückt→Östlicher Pazifik erwärmt sich→Konvektion verlagert sich nach Osten→Druckgradient schwächt sich ab→Weitere Abschwächung der Winde) ist eine positive Rückkopplungsschleife. Jeder Schritt verstärkt den vorhergehenden, so dass sich anfänglich kleine Anomalien zu einem großräumigen El-Niño-Ereignis ausweiten können.

Die Bjerknes-Rückkopplung ist entscheidend für die Intensivierung von El Niño. Sie wird jedoch letztendlich durch andere Prozesse überwunden, einschließlich der Reflexion ozeanischer Wellen (wie Rossby-Wellen von der westlichen Grenze), die dazu beitragen, dass die Thermokline im Osten schließlich abflacht und die warme Phase beendet wird. 

Dies kann manchmal zu einem Übergang in die kalte Phase von ENSO, La Niña, führen, in der die entgegengesetzten ozeanischen und atmosphärischen Bedingungen vorherrschen und die Walker-Zirkulation stärker als normal ist.

Warum es wichtig ist, El Niño zu verstehen

Angesichts seines weitreichenden Einflusses ist die Überwachung und das Verständnis von El Niño für die Gesellschaften weltweit von entscheidender Bedeutung. Die Fähigkeit, das Auftreten und die Intensität von El-Niño-Ereignissen vorherzusagen, ermöglicht eine bessere Vorbereitung in Sektoren, die für Klimaschwankungen anfällig sind, wie Landwirtschaft, Wasserressourcenmanagement, Katastrophenvorsorge und öffentliche Gesundheit. 

El Niño ist zwar ein natürlicher Bestandteil des Klimasystems, doch wird derzeit erforscht, wie der Klimawandel die Merkmale, die Häufigkeit oder die Intensität von ENSO-Ereignissen in der Zukunft beeinflussen könnte, so dass eine kontinuierliche Überwachung und wissenschaftliche Untersuchung dieses starken Phänomens wichtiger denn je ist.