El Niño-Southern Oscillation
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El Niño und die Southern Oscillation (ENSO) beschreiben ein komplex gekoppeltes Zirkulationssystem von Atmosphäre und Ozean im Pazifik. El Niño steht dabei eher für die ozeanischen Zusammenhänge, während die Südliche Oszillation bzw. Southern Oscillation für die atmosphärischen Zusammenhänge steht.
ENSO besitzt drei Phasen: El Niño ist dabei die bekannteste. Daneben gibt es noch den „normalen“ Zustand von Ozean und Atmosphäre sowie La Niña, welches das Pendant zum El Niño ist, und deshalb häufig auch als Anti-El-Niño bezeichnet wird.
Während ENSO im Bereich des tropischen Pazifiks wirkt, gibt es viele Telekonnektionen, die im Zusammenhang mit ENSO zu stehen scheinen. Die Variabilitäten des Indischen Monsuns oder der Hurrikanhäufigkeit in Mittel- und Nordamerika werden mit ENSO eng in Verbindung gebracht.
Kontinuierliche Messungen im Bereich der Mesopause zeigen, dass die Variabilitäten der ENSO bis in große Höhen reichen und damit weit nach Süden und Norden transportiert werden können.
Die drei Phasen der ENSO
Normalphase
In normalen Jahren gibt es einen zonalen Temperaturgradienten entlang des tropischen Pazifiks; d.h. im Westen vor der Küste Indonesiens ist die Temperatur der Meeresoberfläche mit ca. 28 °C deutlich höher als im Osten vor der Küste von Südamerika. Hier liegt die Wassertemperatur bei ca. 24 °C. Der Grund für die niedrigere Wassertemperatur vor Südamerikas Küste ist das Auftriebsgebiet, das dort durch Ekman-Transport auf Grund der äquatorialen Ostwinde entsteht - ein Transport von kühlem Tiefenwasser an die Oberfläche (siehe auch Upwelling). Diese Auftriebsgebiete sind vor der Küste Perus sowie entlang des Äquators bis in den Zentralpazifik hinein zu finden. Sie bilden einen Teil der kühlen Meeresströmungen, d.h. des Humboldt-Stroms und des Südpazifikstroms. Dank der vielen Nährstoffe im Tiefenwasser, gibt es in den Auftriebsgebieten ein reiches Nahrungsangebot für hohe Fischbestände vor der Küste. Als Folge der starken äquatorialen Ostwinde ist der Meeresspiegel an der Westküste Südamerikas um einen halben Meter niedriger als an der Ostküste Australiens oder Indonesiens wo das vor der Küste Perus "fehlende" Wasser hingedrückt wird. Dieser Unterschied im Meeresspiegel löst einen rückwärtigen Tiefenstrom in Richtung Osten aus. Dieser Umstand ist Ansatzpunkt eines möglichen Lösungsansatzes, der davon ausgeht, dass der erzeugte Meeresspiegelunterschied irgendwann einmal so groß wird, dass er von den Winden nicht mehr erhalten werden kann und es zu einer Welle gen Osten kommt.
Die hohe Wassertemperatur im westlichen Pazifik sorgt für eine großräumige Konvergenz von feuchter Luft. Die Luft steigt somit über Indonesien in einem Tiefdruckgebiet nach oben und bildet Wolken, die fast täglich Regen bringen. Die aufgestiegene Luft wird sowohl meridional, d.h. nach Norden und Süden, als auch zonal, d.h. entlang des Äquators abtransportiert. Bei dem meridionalen Transport wird von der Hadley-Zirkulation und bei dem zonalen Transport von der Walker-Zirkulation gesprochen. In den Hochdruckgebieten des Subtropischen Hochdruckgürtels und im Hochdruckgebiet über dem östlichen Pazifik sinken die Luftmassen ab. Da solche Absinkprozesse mit Wolkenauflösung verbunden sind, fällt in diesen Gebieten nur sehr wenig Regen. Die Luft strömt anschließend wieder in Richtung des Indonesischen Tiefs. Diese Winde werden auch als Passate bezeichnet.
Die Passatwinde bewirken aber nicht nur das Aufquellen von kühlem Tiefenwasser, sondern auch eine Hebung der Thermokline, einer Sprungschicht der Wassertemperatur. Die Prozesse, die zu dieser Hebung führen, werden durch die Ekman-Spirale hervorgerufen.
Die Zirkulation über dem Pazifik unterliegt einer saisonalen Schwankung. Im März und April ist die Walker-Zirkulation nur schwach entwickelt, während die Hadley-Zirkulation stark ausgeprägt ist. Im September ist es umgekehrt. Ebenso wie die Zirkulation unterliegen auch die Gebiete mit ausgeprägter Konvergenz, d.h. mit starker Wolkenbildung und häufigem Niederschlag, einer saisonalen Wanderung. Im Sommer ist die Südpazifische Konvergenzzone (SPCZ) nur schwach ausgeprägt, die Innertropische Konvergenzzone (ITCZ) ist jedoch stark über die ganze Länge des Pazifiks entwickelt. Bis zum Anfang des Winters wandern die Gebiete starken Niederschlags südostwärts. Dabei wird die SPCZ stärker, während sich die ITCZ abschwächt. Ab April wandern diese Gebiete wieder nordwestwärts zurück, während die ITCZ erstarkt und sich die SPCZ abschwächt.
Diese Variationen können durch die ausgehende Langwellenstrahlung – en: outgoing longwave radiation (OLR) – mit Hilfe von Wettersatelliten dokumentiert werden. Sie stellt dabei ein Maß für die Temperatur an der Wolkenoberfläche und damit für deren Höhe dar.
Saisonale Änderungen der Passatwinde können eng mit der Bewegung der ITCZ verknüpft werden. Im September, wenn sich die ITCZ sehr weit nördlich befindet, ist der Südostpassat sehr stark und der Nordostpassat schwach. Im März und April verhält es sich umgekehrt.
El Niño
In El-Niño-Jahren kommt es zu einer Unterbrechung des saisonalen Zyklus. Kelvinwellen, die sich zwischen der Wasseroberfläche und der Sprungschicht ostwärts ausbreiten, senken die Sprungschicht im östlichen Pazifik derartig ab, dass die obere Wasserschicht keine Durchmischung mit dem kühlen und nährstoffreichen Tiefenwasser erfährt. Deshalb kommt es zu einer Erwärmung des Wassers vor der Küste Perus und zu einem Absterben des Planktons, das das Abwandern der Fischschwärme bedingt.
Die Innertropische Konvergenzzone (ITCZ) wird durch das warme Wasser im östlichen Pazifik weiter südlich verlagert und die Südpazifische Konvergenzzone (SPCZ), von der das Tiefdruckgebiet über Indonesien ein Teil ist, weiter nach Westen. Es kommt somit zu einer völligen Umstellung der Zirkulation und damit verbunden zu starken Anomalien in Niederschlag, Luftdruck, Windrichtung und Wassertemperatur.
Der Regen über Indonesien bleibt aus, während das trockene Land in Peru durch große Regenmengen weggespült wird. Während die Menschen in Indonesien durch viele Waldbrände bedroht sind, gibt es in Peru viele Überschwemmungen. Auch die Landwirtschaft leidet unter diesen extremen Wetterbedingungen.
La Niña
La-Niña-Jahre bedeuten eine Verstärkung der normalen Phase der ENSO. Das Tiefdruckgebiet über Indonesien ist besonders stark entwickelt. Die Passatwinde sind ebenfalls stark ausgeprägt und verstärken damit die Ekman-Spirale, was zu einer besonders starken Abkühlung des östlichen Pazifiks führt. In Indonesien gibt es besonders viel Regen, während es in Peru besonders trocken ist.
Auswirkungen
Süd- und Mittelamerika
Durch die Trockenheit und die Hitze ist das Gebiet, welches von Regenwäldern und Feldpflanzen bewachsen ist, oft von extremen Ernteeinbrüchen und Waldbränden betroffen.
Restliche Welt - Telekonnektionen
- Der Regenwald im Amazonasgebiet leidet unter Trockenheit.
- Die Anzahl und die Stärke der vor Mexiko auftretenden Wirbelstürme nimmt zu.
- In Südostasien und Australien kommt es durch den fehlenden Regen zu Buschfeuern und riesigen Waldbränden.
- In Ostafrika in Ländern wie Kenia und Tansania gibt es mehr Regen, während es in Sambia, Simbabwe, Mosambik und Botswana deutlich trockener ist.
Es gibt einige wenige Jahre in denen Dürren in Afrika, aber auch Klimaschwankungen in Europa (negativere NAO dadurch kältere Winter bzw. heißere Sommer) von einer El-Niño-Phase her rührten, ein Einfluss auf diese Regionen ist allerdings nur sehr begrenzt möglich.
Indizes
Um die Phase der ENSO besser bestimmen zu können, wurden unterschiedliche Indizes entwickelt. Der bekannteste ist der Southern Oscillation Index (SOI). Dieser wird durch Variationen des Luftdrucks im Bodenniveau bestimmt. Andere sind der Oceanic Niño Index (ONI) des NOAA und der Index der Japan Meteorological Agency (JMA), die sich beide auf die Wassertemperatur der oberflächennahen Schicht in bestimmten Regionen des tropischen Pazifiks beziehen. Daneben gibt es noch den Multivariate ENSO Index, der gleich mehrere Faktoren, wie Luftdruck, Wassertemperatur, Wind, Lufttemperatur und Bewölkungsgrad, berücksichtigt.
Modellierung
Um die Schäden, die bei einem El Niño entstehen, möglichst gering zu halten, ist man darum bemüht, möglichst langfristig die Phase der ENSO vorherzusagen. Mehrere verschiedene Klimamodelle wurden programmiert, die bei Eingabe von Wassertemperatur, Windrichtung, Bodenluftdruck, Meeresströmungen, Niederschlagsmengen u.s.w. die Phase der ENSO bis zu einem Jahr vorhersagen sollen. Saisonale Schwankungen werden mit Hilfe langer Zeitreihen und statistischen Betrachtungen aufgefangen. Die komplizierten Kopplungen zwischen Ozean und Atmosphäre werden mit Hilfe dynamischer Modelle berechnet. (siehe auch: Kontrolltheorie)
Periodizität
Es wird vermutet, dass sich die Periodizität aus zwei überlagerten Systemen zusammensetzt, wobei die Atmosphäre wohl die kurzfristige ca. 7 jährige Periodizität aufweist, während die Meeresströmungen eine 30 jährige Periode aufweisen, man spricht hier von warmen und kalten Phasen des Pazifiks bzw. der Pacific Decadal Oscillation.
