M4 Schwingungen und Klimavariabilität

Thema

Ozeanische Klimaschwankungen sind gekoppelte Variabilitätsmuster zwischen Ozean und Atmosphäre, die das regionale und globale Klima über Zeiträume von Jahren bis Jahrzehnten beeinflussen. Die El-Niño-Südliche-Oszillation (ENSO) ist das dominierende Muster dieser Variabilität auf interannueller Ebene: Während eines El-Niño-Ereignisses flacht die Thermokline im äquatorialen Pazifik ab und wird im östlichen Pazifik tiefer und im westlichen flacher; die Meeresoberflächentemperaturen im östlichen Pazifik steigen um zwei bis vier Grad Celsius über ihren Durchschnitt; die Passatwinde schwächen sich ab; und all diese Anpassungen erzeugen Niederschlags- und Temperaturanomalien, die durch Fernwirkungen auch in Regionen weit entfernt vom Pazifik spürbar sind.

Die Bjerknes-Instabilität beschreibt präzise den Mechanismus, der die El-Niño-Südliche-Oszillation (ENSO) verstärkt, und sie ist ein sich selbst verstärkender Kreislauf: Eine anfängliche Störung, die die Meeresoberflächentemperatur im zentralen Pazifik erwärmt, führt zur Abschwächung der Passatwinde; Diese Abschwächung der Passatwinde verringert den äquatorialen Auftrieb; dieser verringerte Auftrieb wiederum führt zu einer weiteren Erwärmung der Meeresoberflächentemperatur. Dadurch schließt sich der Kreislauf und die Meeresoberflächentemperatur erreicht wieder den Ausgangswert der Störung – ein sich selbst verstärkender Kreislauf.

Dieser Zyklus wird durch zwei Arten von Meereswellen reguliert, die die Tiefe der Sprungschicht anpassen: ozeanische Kelvin-Wellen, die diese Anpassung mit Geschwindigkeiten zwischen zwei und drei Metern pro Sekunde ostwärts fortpflanzen, und äquatoriale Rossby-Wellen, die die Anpassung mit kaum einem halben Meter pro Sekunde westwärts fortpflanzen. Die Kombination dieser beiden sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewirkt, dass sich der vollständige El-Niño-Southern-Oscillation-Zyklus alle drei bis sieben Jahre wiederholt.

Die Pazifische Dekadenoszillation (PDO) und die Atlantische Multidekadenoszillation (AMO) sind Variabilitätsmuster, die auf Zeitskalen von mehreren Jahrzehnten wirken. Ihre Existenz bewirkt, dass die Intensität der El-Niño-Südlichen Oszillation (ENSO) und das Klima ihrer jeweiligen Ozeanbecken deutlich langsamer moduliert werden als der interannuelle Zyklus selbst. Diese niederfrequente Kopplung zwischen Ozean und Atmosphäre schließt auch die Wärme mit ein, die der Tiefseespeicher als eine Art Langzeitgedächtnis des gesamten Klimasystems darstellt.

Das zu erwartende Verhalten all dieser ozeanischen Klimaschwankungen umfasst den unregelmäßigen Wechsel zwischen El-Niño- und La-Niña-Phasen mit Perioden von drei bis sieben Jahren und globalen Auswirkungen auf Niederschlag, Temperatur und Meeresspiegel nahezu weltweit.

Von der Abflachung der Thermokline, mit der dieses Dokument beginnt, bis zum unregelmäßigen Wechsel zwischen El Niño und La Niña, mit dem es endet, über die Bjerknes-Rückkopplungsschleife und die dekadische Modulation durch die Pazifische Dekadenoszillation und die Atlantische Multidekadenoszillation, bewirken ozeanische Klimaschwankungen, dass die Kopplung zwischen Ozean und Atmosphäre letztendlich dazu führt, dass dieselben Temperatur- und Niederschlagsanomalien, die ihren Ursprung in einer einfachen Störung der Meeresoberflächentemperatur im zentralen Pazifik hatten, über den gesamten Planeten und über ganze Jahre verteilt werden.

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