ENSO – El Nino/Southern Oscillation | wettereck-triestingtal.at

El Nino (spanisch: Christkind) ist ein eine Klimaanomalie, die alle 2 bis 7 Jahre im äuquatorialen Pazifik zwischen der Westküste Südamerikas und Indonesion auftritt. Dabei kommt es im zetralen Pazifik und vor der südmerikanischen Küste zu einer außergewöhnlich starken Erwärmung des Oberflächenwassers (siehe Beitragsbild, Quelle NOAA).

Für 2015 wird eines der stärkten jemals beobachteten El Nino-Ereignis erwartet. Der Höhepunkt wird um die Weihnachtszeit erreicht und sich erst im späte Frühjahr 2016 abschwächen. Begleiterscheinungen von El Nino-Ereignissen sind Wetterextreme wie Dürren, Waldbrände, Überschwemmungen, Stürme……….

Da ein Teil der Wärmeenergie an die Atmosphäre abgegeben wird, sind El Nino Jahre in der Regel global überdurchschnittlich warm. Klimaexperten erwarten deshalb unter Berücksichtigung des Klimawandels, dass 2015 das „heißeste“ Jahr seit Messbeginn wird.

Nachfolgend eine Auszug meiner Präsentation bei der ZAMG in Salzburg zu diesem Thema.

Prolog

Was sind die Ursachen für den heurigen extrem heißen Sommer?

– Klimaerwärmung der letzten Jahrzehnte oder natürliche Klimavariabilität;

– nach Norden verschobener subtropischer Hochdruckgürtel;
– Trockenheit: fehlender Kühlungseffekt durch Verdunstung und weniger Gewitter;

– Negative Temperaturanomalie im Nordatlantik ;

– ElNino-Phänomen, eine außergewöhnlich starke Erwärmung des Oberflächenwassers im östlichen Pazifik, die über die Southern Oszillation (Hoch Tahiti, Tief Darwin) Auswirkungen auf viele Teile der Welt hat. Extreme Wettererscheinungen sind die Folge.

Neben verschiedenen Klimaexperten hat auch die ZAMG in einem Facebookeintrag Ursachen für die starke positive Temperaturanomalie im heurigen Sommer im Super ElNino-Jahr 2015 gesehen. Die Frage, die ich mir sofort gestellt habe: Was bedeutet dies für den bevorstehenden Winter? Ich habe keine befriedigende Antwort gefunden, aber bei meinen ElNino-Recherchen Verständnis für Ursachen, Auswirkungen und dahinterstehenden Mechanismen gewonnen.
Die nachfolgende Präsentation soll etwas Licht in das noch junge und wenig erforschte ElNino-Phänomen bringen.

Quellnachweise:

Wiki Bildungsserver (http://wiki.bildungsserver.de/)
enso.info (http://www.enso.info/)
national oceanic atmospheric administration (http://www.noaa.gov/)
Columbia University (http://www.columbia.edu/) Klimaportal ZAMG (https://www.zamg.ac.at/)
JAMSTEC (http://www.jamstec.go.jp/e/)

Gliederung:

1. Einleitung
2. Atmosphärische und Thermohaline Zirkulation
3. Walker Zirkulation
4. El Nino-Ausprägungen
5. Telekonnektion/Fernwirkungen
6. Aktuelle Situation/ENSO-Indizes
7. Auswirkungen auf den europäischen Winter?
8. Die Super-El Nino Jahre 1982/1997

1. Einleitung

ENSO bezeichnet ein gekoppeltes Zirkulationssystem von Ozean und Atmosphäre im Bereich des tropischen Pazifiks. El Nino steht dabei für die ozeanischen Zusammenhänge, während Southern Oscillation (Südliche Oszillation) sich auf die atmosphärischen Zusammenhänge bezieht.

Über seine Einflüsse auf die globale Zirkulation der Atmosphäre
– beeinflusst ENSO Temperatur- und Niederschlagsmuster in vielen Gebieten der Erde,
– verursacht Extremereignisse/Katastrophen wie Dürren, Überschwemmungen und
tropische Wirbelstürme.

Die daraus resultierenden Folgen haben starke Auswirkungen auf menschliche Gesellschaften über die Bereiche Landwirtschaft und Sicherheit der Nahrungsmittelversorgung, Wasserressourcen, Gesundheit, Infrastruktur etc.

ENSO besitzt drei unterschiedliche Phasen (El Nino, La Nina, Neutralphase).
El Nino hat verschiedene Ausprägungen, die von der Lage der Temperaturabweichung im Pazifik abhängen. Sie werden in den folgenden Kapiteln vorgestellt.

2. Atmosphärische und Thermohaline Zirkulation

Die unterschiedlich starke Erwärmung von polaren und tropischen Regionen führt zur Ausbildung großräumiger Luftdruckgebilde, die die atmosphärische Zirkulation antreiben.
Die Sonne erwärmt die Gebiete des Äquators stärker als die polaren Gebiete. Der Austausch der Luftmassen zwischen Äquator und Pol erfolgt über meridionale Zirkulationszellen:
In der Hardley-Zelle erfolgt der Luftaustausch zwischen dem Tiefdruckgebiet der innertropischen Konvergenzzone und dem subtropischen Hochdruckgürtel. In der Höhe fließt die Luft vom Äquator nach Norden bzw. Süden, bodennahe strömt sie abgelenkt von der Corioliskraft als NO- bzw. SO-Passat zum Äquator zurück.
In der Polarzelle erfolgt Zirkulation zwischen dem polaren Kältehoch und der subpolaren Tiefdruckrinne.
Dazwischen liegt die Ferrel-Zelle, in der die Luft in der Höhe von der subpolaren Tiefdruckrinne zum subtropischen Hochdruckgürtel strömt, bodennah umgekehrt. Durch die Corioliskraft erfolgt eine Ablenkung, wodurch auf beiden Seiten des Äquators in den mittleren Breiten eine Westwindzone vorherrscht.

AO: positiv bei Hoch Aleuten, Biskaya; Tief Island
NAO: positiv bei Tief Island, Hoch Azoren
SO: positiv bei Hoch Tahiti, Tief Darwin

Auch die Ozeane sind durch Meeresströmungen verbunden. Sie bilden einen globalen Kreislauf großen Ausmaßes, wodurch das Erdklima maßgeblich beeinflußt wird. Die wichtigsten Antriebsfaktoren sind Temperatur und Salzgehalt.

3. Walker Zirkulation

Die Walker-Zirkulation ist eine parallel zum Äquator verlaufende, tropische Zirkulation, die aus mehreren Zellen besteht. Hauptbestandteil dieser Zirkulation ist ein Hoch vor der Westküste Südamerikas und ein Tief über dem indonesischen Westpazifik. Das Hoch entsteht durch die Kaltwasserzufuhr des Humboldtstromes, der die Luft an der südamerikanischen Küste abkühlt und dadurch absinken lässt. Die beiderseits des Äquators als Teil der Hadley-Zirkulation ständig wehenden Nordost- und Südost-Passate treiben das Oberflächenwasser von Osten nach Westen. Das nach Westen driftende Oberflächenwasser wird auf seinem Weg durch die tropische Atmosphäre und starke Sonneneinstrahlung ständig erwärmt und bildet auf der Westseite des Ozeans einen Warmwasserpool. Dort erwärmt sich die darüberliegende Luft und steigt auf . Beim Aufsteigen kühlt sie sich ab, der Wasserdampf kondensiert und es kommt zu starken Niederschlägen. Da sich das Ganze in Äquatornähe abspielt, hat die Corioliskraft keinen Einfluss auf die Strömungsrichtung. In der Höhe wird die Luft auf ihrem Weg Richtung Ostpazifik kälter und schwerer und sinkt über dem östlichen Pazifik ab. Die absinkenden Luftmassen im Osten des tropischen Pazifik erwärmen sich und können zunehmend mehr Wasserdampf aufnehmen, ohne dass es zu Kondensation und Niederschlag kommt. Dem niederschlagsreichen Westen stehen daher im Osten des Pazifischen Ozeans und über den angrenzenden Landgebieten sehr trockene Verhältnisse mit einem relativ hohen Luftdruck gegenüber. Aus diesem Hochdruckgebiet strömt die Luft in Bodennähe Richtung Westen und der Kreis schließt sich.

Walker Zirkulation (normale bzw. La Nina Bedingungen)

Manchmal kehrt sich die Zirkulation aber um, so dass warmes Oberflächenwasser zur Ostküste Südamerikas fließt und dort zur Bildung eines Tiefdruckgebiets mit starken Regenfällen führt. Diese Umkehr wird El Nino genannt und tritt alle paar Jahre in unterschiedlich starker Ausprägung auf.

Walker Zirkulation (El Nino Bedingungen)

4. El Nino-Ausprägungen

Central Pacific (3,4), Eastern Pacific (1,2), Modoki

5. Telekonnektion/Fernwirkungen

Nordamerika: erhöhte Niederschläge im NW, heftige Hurrikans im Pazifik, Überschwemmungen an der Pazifikküste
Mittelamerika: Stürme und Überschwemmungen
Südamerika: erhöhter Niederschlag an der Westküste, Rückgang des Fischfangs
Australien: anhaltende Trockenheit im Osten, erhöhte Niederschläge im NW, Rückgang der Getreideproduktion
Asien: Produktionsrückgang von Reis, Mais, Kaffee, Tee, Kakao durch Dürre……..Nahrungsmittelknappheit, relative wenig Niederschläge während der Monsunzeit
Afrika: verringerte Nahrungsmittelproduktion durch Trockenheit, Überschwemmungen durch starke Niederschläge
Europa: eher gering und vor allem im Winter, aber noch wenig erforscht

6. Aktuelle Situation/ENSO-Indizes

SOI, der älteste ENSO-Indikator für die Luftdruckdifferenz auf Meeresniveau zwischen Tahiti und Darwin

Der Pazifische Ozean (SST´s) bekam in den ENSO-Forschungen eine zunehmend wichtigere Schlüsselrolle, weshalb ein eigener Index für die Anomalie der Wassertemperatur eingeführt wurde. Am representativsten erwies sich der NINO 3,4-Bereich, der im ONI repräsentiert wird.

MEI, Kombination der sechs wichtigsten Variablen über dem tropischen Bereich des Pazifischen Ozeans:
Luftdruck, Temperatur Luft/Wasser, zonale/meridionale Windkomponente, Bewölkung

7. Auswirkungen auf den europäischen Winter?
Schweizer Forscher haben für El Nino Jahre eine Häufung folgenden Musters gefunden: schwacher Polarwirbel (polar vortex), warme arktische Stratosphäre, viel Ozon über der Arktis.Insgesamt kommt es dabei in Nordeuropa zu kälteren und trockeneren Verhältnissen, während im südliche Europa und dem Mittelmeerraum feuchtere und mildere Winter vorherrschen. Statistische Analysen der Universität Frankfurt weisen auf einen Einfluss von El Nino auf die Nordatlantik-Oszillation und damit auf das europäische Wettergeschehen im Winter hin. Tendenziell ist der NAOI in El Nino-Jahren niedriger, ein Indiz für Neigung zu meridionaler Zirkulation.

Andere Studien (Moron, V., and G. Plaut,2003 ) bestätigen den Einfluss der Southern Oscillation auf die nordatlantische Oszillation, allerdings mit unterschiedlicher Auswirkung im Früh- und Spätwinter. El-Nino-Ereignisse führen in den Monaten November/Dezember zu einer Verstärkung der NAO und einer zunehmenden Häufigkeit zonaler Wetterlagen. Nach Nordwest- und Nordeuropa strömen dann relativ milde und feuchte atlantische Luftmassen ein, während die Mittelmeerregion relativ trocken bleibt. In der Zeit von Januar bis März kommt es eher zu einer Abschwächung der NAO, wodurch das kontinentale Hoch über Osteuropa sich weiter nach Westen ausbreiten kann. Die atlantischen Tiefdruckzonen verlagern sich von Irland nach Mitteleuropa und bringen dem mediterranen Raum verhältnismäßig große Niederschläge. Erklärt wird dieser Effekt durch den Einfluss des pazifischen Aleuten-Tiefs auf das atlantische Island-Tief. Das Aleuten-Tief ist während eines El-Nino-Winters ungewöhnlich stark ausgebildet. Dies führt zu Advektion milder maritimer Luftmassen nach Nordamerika und zu hohen Temperaturen besonders über Kanada. Damit wird der ansonsten im Winter starke Temperaturgradient Land-Meer im nordwestlichen Atlantik deutlich abgeschwächt. Als Folge entwickeln sich weniger Tiefdruckzellen über diesem Gebiet, das Island-Tief füllt sich auf, und die nördliche Frontalzone wird nach Süden Richtung Mittelmeer abgedrängt.

Eine neuere Studie (Butler, 2014) verweist auf einen stratosphärischen Pfad, der das ENSO-Signal bis nach Europa und die arktische Region leitet. Dadurch wird das seit einigen Jahrzehnten bekannten Phänomens der plötzliche Stratosphärenerwärmung (sudden stratospheric warming , SSW;Major Warming, MW) begünstigt. Die Folge sind Störungen im Polarwirbel bis hin zu einem Polarwirbelsplit mit arktischen Kaltluftausbrüchen in die mittleren Breiten. Diese finden bevorzugt über Landmassen statt, wie Nordamerika und Europa.

Resumee: El Nino bedingte Auswirkungen auf Europa sind insgesamt noch wenig erforscht und nach verbreiteter Ansicht verglichen mit anderen Gebieten nur schwach ausgeprägt. Da starke El Nino-Ereignisse selten sind und das atmosphärische Geschehen über dem Atlantik und Europa an sich sehr variabel und auch von anderen Parametern beeinflusst wird, gehen Wissenschaftler davon aus, dass El Nino-Bedingungen nicht immer denselben Effekt auf den europäischen Winter haben. Abhängig vom Zustand der Einflussfaktoren (Sonnenaktivität, QBO, Schneedecke Eurasien, arktische Eisausdehnung….) kann die Überlagerung mit einem El Nino-Ereignis sowohl warme als auch kalte Winter mit unterschiedlichen Niederschlagsmengen zur Folge haben.

8. Die Super-El Nino Jahre 1982/1997

Was bedeutet die auffällige negative Temperaturanomalie im Nordatlantik?
Schwächelt der Golfstrom durch zunehmendes Abschmelzen des Polar-/Grönlandeises und den erhöhten Süßwassereintrag im Bereich von Grönland?
Stabilisierende Wirkung und Tendenz zu Hochdruck?

Klimatabellen am Beispiel Wien/Hohe Warte für 1982/83 und 1997/98

1982/83: Mild-(Misch-)winter mit Dezember mild und trocken,
Jänner mild und feucht, Februar kalt und feucht
1997/98: Mildwinter mit Dezember mild und feucht,
Jänner mild und trocken, Februar extrem mild und trocken