El Niño

Een krachtige wereldwijde aanjager van het klimaat

El Niño is een prominent en natuurlijk klimaatpatroon dat wordt gekenmerkt door een aanzienlijke opwarming van de zeeoppervlaktetemperaturen in het centrale en oostelijke deel van de tropische Stille Oceaan. Het is de warme fase van een groter, cyclisch fenomeen dat bekend staat als de El Niño-Southern Oscillation (ENSO). ENSO is de belangrijkste bron van jaarlijkse variabiliteit in klimaatpatronen over de hele wereld en beïnvloedt het weer, ecosystemen en economieën tot ver buiten het Stille Oceaanbekken.

Historisch gezien werd de term "El Niño" (Spaans voor "het Christuskind") gebruikt door vissers langs de kusten van Peru en Ecuador om een warme oceaanstroming te beschrijven die meestal rond december verscheen. De komst ervan viel vaak samen met slechte visomstandigheden. Na verloop van tijd erkenden wetenschappers dat deze lokale opwarming deel uitmaakte van een veel grotere, onderling verbonden schommeling in de oceaan en de atmosfeer met wijdverspreide wereldwijde gevolgen. Ze gebruikten "El Niño" om te verwijzen naar de warme fase van deze schommeling.

Het mechanisme van El Niño: Een gekoppeld oceaan-atmosfeer systeem

Het gedrag van El Niño is fundamenteel gekoppeld aan de dynamische interactie tussen de Stille Oceaan en de bovenliggende atmosfeer. Om El Niño te begrijpen, is het handig om eerst de typische omstandigheden in de tropische Stille Oceaan te bekijken.

Onder neutrale (niet-ENSO) of La Niña omstandigheden:

• Passaatwinden: Sterke oostelijke passaatwinden hebben de overhand en waaien constant van het hogedrukgebied boven de oostelijke Stille Oceaan naar het lagedrukgebied boven de warmere westelijke Stille Oceaan.
• Verdeling van oceaanwarmte: Deze sterke winden duwen enorme hoeveelheden warm oppervlaktewater westwaarts. Hierdoor wordt de warme oppervlaktelaag (gemengde laag) in het westelijke deel van de Stille Oceaan dieper, terwijl in het oostelijke deel van de Stille Oceaan het warme oppervlaktewater wordt weggetrokken, waardoor koeler, dieper water naar het oppervlak kan stijgen - een proces dat upwelling wordt genoemd. Dit zorgt voor een aanzienlijk verschil in zeeoppervlaktetemperaturen (SST's) in de tropische Stille Oceaan, met veel warmer water in het westen (bij Indonesië en Australië) en koeler water in het oosten (bij Zuid-Amerika). Het zeeniveau is meestal ook hoger in het westelijke deel van de Stille Oceaan door deze opeenhoping van warm water.
• Atmosferische convectie: Het warmste water in het westelijke deel van de Stille Oceaan zorgt voor aanzienlijke verdamping en atmosferische convectie (opstijgende lucht), wat leidt tot frequente onweersbuien en zware regenval in deze regio.
• Walker-circulatie: Deze temperatuur- en drukgradiënt drijft een grootschalige atmosferische circulatiecel aan die bekend staat als de Walker-circulatie. Lucht stijgt op boven de warme westelijke Stille Oceaan met lage druk, stroomt oostwaarts op grote hoogten, zakt over de koelere oostelijke Stille Oceaan met hoge druk en keert westwaarts terug naar het oppervlak als de passaatwinden.

Tijdens een El Niño-gebeurtenis:

• Verzwakking van de passaatwinden: Het kenmerk van El Niño is een significante en aanhoudende verzwakking, of zelfs omkering, van de oostelijke passaatwinden in het centrale en oostelijke deel van de tropische Stille Oceaan.
• Verschuiving van warm water: Met verminderde windstress begint het warme water dat eerder in het westelijke deel van de Stille Oceaan was opgestapeld oostwaarts langs de evenaar te stromen. Deze beweging wordt vaak geassocieerd met oceaangolven (specifiek Kelvin-golven) die zich oostwaarts onder het oppervlak voortplanten, waardoor de warme gemengde laag dieper wordt en de opwelling van koud water in het oosten van de Stille Oceaan wordt onderdrukt.
• Veranderde temperatuurgradiënt: Als het warme water zich oostwaarts verspreidt, wordt de sterke oost-west SST-gradiënt over de tropische Stille Oceaan aanzienlijk verminderd of zelfs omgekeerd. De oostelijke en centrale Stille Oceaan worden veel warmer dan gemiddeld, terwijl de uiterst westelijke Stille Oceaan iets koeler kan worden.
• Verschuiving in convectie: Het gebied met het warmste water en dus het primaire gebied van atmosferische convectie en onweersactiviteit verschuift oostwaarts van de westelijke Stille Oceaan naar de centrale of zelfs oostelijke Stille Oceaan. Deze verschuiving is kritisch omdat het de energieverdeling in de atmosfeer verandert.
• Verstoorde Walker-circulatie: De oostwaartse verschuiving van stijgende lucht en de verzwakking van de oost-west drukgradiënt zorgen ervoor dat de Walker circulatiecel verzwakt, afvlakt of oostwaarts verschuift. Het typische patroon van stijgende lucht in het westen en dalende lucht in het oosten is fundamenteel veranderd.

Invloed van El Niño op weer en klimaat wereldwijd

De enorme herverdeling van warmte in de equatoriale Stille Oceaan en de daaropvolgende veranderingen in de atmosferische circulatie tijdens El Niño hebben rimpeleffecten die weer- en klimaatpatronen over de hele wereld beïnvloeden - een fenomeen dat bekend staat als teleconnecties.

• Neerslagveranderingen:
  
  • Toegenomen regenval en overstromingen: Regio's in de buurt van de oostwaarts verschoven convectiezone, zoals de equatoriale kusten van Ecuador en Peru, noordelijke delen van Zuid-Amerika en vaak de zuidelijke laag van de Verenigde Staten in de winter, krijgen vaak bovengemiddelde regenval, wat soms leidt tot ernstige overstromingen.
  • Droogte en droogte: Gebieden die typisch onder invloed staan van stijgende lucht in het westelijke deel van de Stille Oceaan (zoals Indonesië, Australië en delen van Zuidoost-Azië) of elders onder invloed staan van dalende lucht (delen van India, zuidelijk Afrika en het noordoosten van Brazilië) krijgen vaak te maken met aanzienlijk drogere omstandigheden en droogte, waardoor het risico op bosbranden toeneemt en de landbouw wordt beïnvloed.
• Temperatuuranomalieën:
  
  • El Niño-jaren gaan vaak gepaard met hogere gemiddelde temperaturen wereldwijd, omdat de enorme hoeveelheid warmte die vrijkomt uit de warmere wateren in het oostelijke deel van de Stille Oceaan en in de atmosfeer terechtkomt, aanzienlijk bijdraagt aan het wereldwijde warmtebudget.
  • Regionaal kan El Niño leiden tot warmer dan gemiddelde temperaturen in veel gebieden, waaronder delen van het noorden van de Verenigde Staten en Canada in de winter, en mogelijk tot meer hittegolven op andere locaties.
• Tropische cycloonactiviteit:
  
  • Atlantisch bekken: El Niño onderdrukt gewoonlijk de orkaanactiviteit in de Atlantische Oceaan. De veranderde atmosferische circulatie verhoogt de verticale windschering over het belangrijkste tropische ontwikkelingsgebied, waardoor het moeilijker wordt voor onweersbuien om zich te organiseren tot orkanen.
  • Pacifisch bekken: Omgekeerd versterkt El Niño vaak de activiteit van tropische cyclonen in de oostelijke en centrale bekkens van de Stille Oceaan, omdat de warmere wateren meer energie leveren en de atmosferische omstandigheden gunstiger worden voor stormvorming.
• Effecten op mariene ecosystemen:
  
  • Langs de westkust van Zuid-Amerika vermindert de onderdrukking van de opwelling van koud water tijdens El Niño de toevoer van voedingsstoffen vanuit de diepe oceaan naar de oppervlakte dramatisch. Dit heeft invloed op het fytoplankton, de basis van het mariene voedselweb, wat leidt tot een afname van de vispopulaties (zoals ansjovis) en gevolgen heeft voor de lokale visserij en vogelpopulaties die afhankelijk zijn van deze vissen.

De Bjerknes feedbacklus: De oscillatie aandrijven

Hoewel de eerste kleine veranderingen het systeem kunnen verstoren, is de positieve terugkoppelingslus die bekend staat als de Bjerknes terugkoppeling, genoemd naar meteoroloog Jacob Bjerknes die als eerste het verband beschreef tussen El Niño en de Zuidelijke Oscillatie, de sleutel tot de groei en het behoud van El Niño gebeurtenissen. Het illustreert hoe de oceaan en de atmosfeer elkaar versterken:

1. Initiële anomalie: Er treedt een lichte verzwakking van de passaatwinden op (misschien door willekeurige atmosferische variaties).
2. Oceanische reactie: De verzwakte winden verminderen de westwaartse druk op het oceaanoppervlak. Warm water dat zich in het westen ophoopte, stroomt oostwaarts en de thermocline (de grens tussen warm oppervlaktewater en koud diep water) wordt dieper in het oosten en ondieper in het westen. De opwelling van koud water in het oosten wordt onderdrukt.
3. SST-anomalie: De oostwaartse beweging van warm water en onderdrukte upwelling zorgen ervoor dat de zeeoppervlaktetemperaturen in het centrale en oostelijke deel van de Stille Oceaan aanzienlijk boven normaal stijgen.
4. Atmosferische reactie op SST's: De warmere SST's in het oosten leiden tot meer verdamping, convectie en een verschuiving van de atmosferische lagedrukzone naar het oosten.
5. Windreactie op druk: De oostwaartse verschuiving in het atmosferische drukpatroon verzwakt de passaatwinden verder (of zorgt er zelfs voor dat ze omkeren) omdat de drukgradiënt die ze aandrijft kleiner wordt.

Deze cyclus (verzwakte winden→Warm water verschuift naar het oosten/opwelling onderdrukt→Oostelijke Stille Oceaan warmt op→Convectie verschuift naar het oosten→Drukgradiënt verzwakt→Verder verzwakte winden) is een positieve terugkoppelingslus. Elke stap versterkt de vorige, waardoor aanvankelijk kleine afwijkingen kunnen uitgroeien tot een grootschalige El Niño-gebeurtenis.

De Bjerknes-feedback is cruciaal voor de intensivering van El Niño. Deze wordt uiteindelijk echter overwonnen door andere processen, waaronder de weerkaatsing van oceaangolven (zoals Rossby-golven van de westelijke grens) die helpen om de thermocline in het oosten uiteindelijk ondiep te maken en de warme fase te beëindigen. 

Dit kan soms leiden tot een overgang naar de koude fase van ENSO, La Niña, waarbij de oceanische en atmosferische omstandigheden tegengesteld zijn en de Walker-circulatie sterker is dan normaal.

Waarom het begrijpen van El Niño cruciaal is

Gezien de verstrekkende invloed van El Niño is het monitoren en begrijpen van El Niño van vitaal belang voor samenlevingen over de hele wereld. Als we het begin en de intensiteit van El Niño-gebeurtenissen kunnen voorspellen, kunnen we ons beter voorbereiden op sectoren die kwetsbaar zijn voor klimaatschommelingen, zoals landbouw, waterbeheer, risicobeperking bij rampen en volksgezondheid. 

Hoewel El Niño een natuurlijk onderdeel van het klimaatsysteem is, onderzoekt lopend onderzoek hoe klimaatverandering de kenmerken, frequentie of intensiteit van ENSO-evenementen in de toekomst zou kunnen beïnvloeden, waardoor voortdurende monitoring en wetenschappelijk onderzoek van dit krachtige fenomeen belangrijker zijn dan ooit.