Weltweit Schlagzeilen machte 2015/16 ein Klimaphänomen, das sich auf dem Pazifik abspielte, aber globale Auswirkungen hatte. Die Rede ist von El Niño, unter dem man ursprünglich eine deutliche Erwärmung des Wassers im tropischen Ostpazifik verstand. In jedem Jahr steigen dort die Wassertemperaturen vor allem vor der südamerikanischen Westküste an, das Wasser wird weniger nährstoffreich und die Fischfangsaison endet. Da sich dieser Vorgang oft zur Weihnachtszeit abspielte, bekam er den Namen El Niño, wobei Niño im spanischen für Kind steht und in Südamerika für das Christkind. Als „kleine Schwester“ wird oft das Phänomen La Niña bezeichnet.

Was ist El Niño?
Als El Niño wird heute meist die warme Phase eines 2- bis 7-jährigen Zyklus im östlichen und zentralen tropischen Pazifik bezeichnet. Die entsprechende kalte Phase heißt La Niña. Eine Animation aus dem Winter/Frühjahr 2016 in der Abschwächungsphase des starken El Niño-Ereignisses 2015/16 Abbildung 1. Hier sieht man die Abweichung der Oberflächentemperatur des Pazifiks vom langjährigen Mittel. Im östlichen und zentralen Pazifik war das Oberflächenwasser während El Niño teilweise mehr als 3°C wärmer. Von El Niño spricht man, wenn das Oberflächenwasser im zentralen Pazifik für 3 aufeinanderfolgende Monate im Durchschnitt 0,5°C über dem langjährigen Mittel liegt.

Abbildung 1: Bisherige Entwicklung des aktuellen El Niños (Quelle: NOAA).

Wie ist die Verbindung zur Atmosphäre?
Zwischen Atmosphäre und Ozean gibt es enge Wechselwirkungen. Für den Bereich des tropischen Pazifiks wird dies als El Niño-Southern Oscillation (ENSO) bezeichnet. Dabei betrifft El Niño den Ozean und Southern Oscillation (deutsch: „südliche Schwankung“) die Atmosphäre. Um zu verstehen, was während eines starken El Niños besonders ist, schaut man sich am besten zunächst den Normalfall an (siehe Abbildung 2). Die Passatwinde schieben das von der Sonne erwärmte Oberflächenwasser nach Westen. Am Westrand des Pazifiks (nahe Australien, Indonesien und Papua-Neuguinea) steigen die Luftmassen über dem warmen Wasser auf (Konvektion). Ein Bodentief bildet sich. In der Höhe strömt die Luft zurück in Richtung Südamerika und sinkt dort großflächig ab. Ein Bodenhoch bildet sich aus. Diese äquatoriale Luftzirkulation zwischen Südamerika und Australien heißt Walker-Zirkulation. Damit ist es über Australien und Ozeanien warm und feucht und über Peru relativ kühl und vor allem trocken. Dadurch, dass warmes Wasser nach Westen geschoben wird, strömt kaltes, nährstoffreiches Tiefenwasser zur Oberfläche. Das freut zunächst die Fische, später die peruanischen Fischer.
Während eines starken El Niños (Abbildung 2 unten) wehen die Passatwinde weniger stark. Die gesamte Walker-Zirkulation schwächt sich ab. Folglich wird das Tief über dem Westpazifik schwächer, das Hoch vor Südamerika auch. Insgesamt sind also die Luftdruckunterschiede geringer. Es kann sogar dazu kommen, dass sich die Zirkulation umkehrt und nun Luft bodennah von Australien in Richtung Südamerika strömt. Das warme Wasser verbleibt im östlichen und zentralen tropischen Pazifik und das kalte Tiefenwasser schafft es nicht bis zur Oberfläche, d.h. keine Fische vor Peru. Die aufsteigenden Luftmassen befinden sich nun eher im zentralen Pazifik (über dem wärmsten Wasser). Damit wird es in Australien, Ozeanien und dem tropischen Südostasien heißer und trockener. Dagegen befindet sich feuchtere Luft vor Peru und führt dort zu überdurchschnittlich starken Niederschlägen.

Abbildung 2: Normale Verhältnisse im Pazifik (oben) und El Niño-Ereignis (unten) (Quellen der verwendeten Bilder: NOAA und NOAA).

Wie äußert sich El Niño in anderen Teilen der Welt?
Ein El Niño-Ereignis verändert nicht nur die Wettersysteme über dem tropischen Pazifik, sondern kann das Wetter weltweit beeinflussen. Das funktioniert über sogenannte Telekonnektionen, also „Fernverbindungen“ zwischen den regional dominierenden Wettersystemen. Diese kommen teilweise direkt, quasi durch Nachbarschaft, zustande oder indirekt und mitunter zeitverzögert über Prozesse in höheren Schichten der Atmosphäre. So verändert sich z.B. die Lage des Jet-Streams über dem Nordpazifik. Man bedenke dabei, dass sich durch die Verschiebung der Konvektionsgebiete auch der Transport von Wärme (=Energie) in höhere Atmosphärenschichten an anderen Orten stattfindet. In der Höhe kann diese Energie über lange Strecken über den Globus transportiert werden, nur eben an andere Stellen als üblich. Folglich kann man sich leicht vorstellen, dass damit das Wetter in anderen Teilen der Welt von den veränderten Prozessen über dem tropischen Pazifik beeinflusst werden kann.

Bei einem starken El Niño wäre es im Winter über den südlichen USA feuchter. Auch Kalifornien könnte in solch einem Winter mehr Niederschläge abbekommen. Im Amazonasregenwald wäre es dagegen trockener. Genauso wie in Südostasien und im Süden von Afrika. Über Indien und Südostasien wäre es heißer und der indische Sommermonsun würde weniger Niederschlag mit sich bringen. Alaska und Westkanada würden einen milden Winter erleben. Eine Verstärkung der Windscherung (vereinfacht gesagt: der Unterschied zwischen der Windgeschwindigkeit in unteren und oberen Atmosphärenschichten) über dem tropischen Nordatlantik verringert die Intensität und Häufigkeit von Hurrikans. Im Gegensatz zum tropischen Nordpazifik, wo das warme Wasser und eine geringere Windscherung die Bildung von Hurrikans begünstigen. Auswirkungen in Europa sind bisher nicht so gut bekannt. Das Wetter in Europa ist im Allgemeinen recht variabel und von vielen Faktoren in direkter Nachbarschaft abhängig. Das erschwert es, einen direkten Zusammenhang zu einer Klimavariation auf der anderen Seite der Welt herzustellen. Nichtsdestotrotz gibt MetOffice einen feuchteren Herbst und milderen Winter in Süd- und Westeuropa an.

Hinzu kommt: Nicht jedes El Niño-Ereignis ist gleich und der Einfluss auf andere Wettersysteme hängt stark von deren aktuellem Zustand und lokalen Einflussfaktoren ab. Wenn man sich die Oberflächentemperaturen der Weltmeere im August 2015 ansieht (Abbildung 3 oben) und mit den Werten vom sehr intensiven El Niño 1997-98 zur selben Jahreszeit vergleicht (Abbildung 3 unten), erkennt man, dass es in vielen Teilen der Welt anders aussah als 1997. So war das Oberflächenwasser im Pazifik vor Nordamerika, im Indischen Ozean und im subtropischen Atlantik auf der Nordhalbkugel inm Sommer 2015 wärmer als 1997. Das kann durchaus die oben beschriebenen Phänomene beeinflussen.

Abbildung 3: Temperatur des Oberflächenwassers ca. Mitte August während des El Niños 2015 (oben) und 1997 (unten) (Quellen: NOAA und NOAA).

Welche Ursachen für starke El Niño-Ereignisse sind bekannt?
Das ist nicht so richtig klar. Schuld daran sind die bisher noch recht kurzen Messzeiträume, die noch zu wenige El Niños miterlebt haben, und das komplexe Zusammenspiel von Atmosphäre und Ozean. Um der Sache auf den Grund zu gehen benötigt man neben Wassertemperaturen an der Oberfläche auch die Temperaturen des Tiefenwassers, Informationen über die Strömungen im Pazifik und genaue Informationen über die Zirkulation in der Atmosphäre.
Generell pendelt der östliche Pazifik jährlich zwischen warmen und kalten Perioden hin und her. Diese natürliche Schwankung kann unterschiedlich stark ausfallen. Zur Erinnerung: Erst wenn das Oberflächenwasser für 3 aufeinanderfolgende Monate im Durchschnitt 0,5°C über dem langjährigen Mittel liegt, spricht man von einem El Niño-Ereignis. Über die Prozesse, die nun so ein starkes Ereignis auslösen, kann nur spekuliert werden. Wahrscheinlich erscheinen z.B. Schwankungen in den Meeresströmungen in der Tiefe oder eine positive Rückkopplung (Selbstverstärkung) zwischen (zufällig?) zu warmem Oberflächenwasser und (zufällig?) schwächelnder Walker-Zirkulation bzw. andersherum. Ein klassisches Henne-Ei-Problem.

Was ist La Niña?
In machen Jahren tritt das Gegenteil von El-Niño ein, das Phänomen wird als La Niña oder „kleine Schwester“ von El Niño bezeichnet. Dann verstärken sich die Passatwinde deutlich und die Wassertemperaturen im zentralen und östlichen tropischen Pazifik sinken deutlich unter die langjährigen Mittelwerte ab. Dies hat unter anderem zur Folge, dass im Bereich des Westpazifiks Unwetterereignisse und Taifune häufen, während es im ohnehin schon trockenen Küstenbereich Südamerikas noch trockener ist als sonst. Auch darüber hinaus können sich Auswirkungen durch La Niña einstellen, wobei diese noch nicht so gut untersucht sind wie bei El Niño.

Wie wirkt sich der Klimawandel auf zukünftige El-Niño-Ereignisse aus?
Das ist zurzeit völlig unklar. Es gibt zwar Hinweise, dass El-Niño-Ereignisse in den vergangenen Jahrzehnten häufiger auftraten, allerdings ist die Länge der relevanten Aufzeichnung recht kurz (ca. ab den 1970ern). Darüber hinaus kann eine veränderte Häufigkeit auch die Folge von sogenannter interner Klimavariabilität zwischen Ozean und Atmosphäre im pazifischen Raum sein (d.h. etwas, dass auch ohne Veränderung des globalen Klimas passiert). Man bedenke dabei, dass sich Umwälzungen im Ozean in längeren Zeiträumen abspielen als eine 50-jährige Messreihe abdeckt. Obwohl heutige Klimamodelle El-Niño-Ereignisse hinsichtlich ihrer relevanten Eigenschaften immer besser abbilden können, sind sie sich hinsichtlich der zukünftigen Intensität und Häufigkeit uneinig. Zusammengefasst kann man sagen, dass unser derzeitiges Wissen nicht ausreicht, um den Einfluss des Klimawandels auf El-Niño-Ereignisse sicher abzuschätzen.

Autoren:

Roland und Thomas