Klimaschwankungen, ENSO und mehr: Verändern sie sich?

Sydney wurde kürzlich von der vierten großen Überschwemmung in nur zwei Jahren heimgesucht. In der Nacht des 4. Juli wurden mehr als 100 Rettungsaktionen durchgeführt, um Menschen aus ihren überschwemmten Häusern zu retten, während 50.000 Menschen ängstlich auf Evakuierungsalarm warteten.

Teile der Region haben die Regenmenge von acht Monaten in nur vier Tagen abgewehrt, wobei die Böden bereits durch zwei Jahre lang von La-Niña-Stürmen durchtränkt waren.

Schwere Überschwemmungen sind in NSW keine Seltenheit, wo seit Beginn der Aufzeichnungen verheerende Regenfälle zu verzeichnen waren, insbesondere rund um den Hawkesbury River. Ein aktueller Bericht des Bureau of Meteorology (BOM) ergab jedoch, dass der Klimawandel zwar nicht direkt für diese jüngste Überschwemmungswelle verantwortlich war, diese Katastrophen jedoch möglicherweise verschlimmert hat – eine wärmere Atmosphäre kann 7 % mehr Feuchtigkeit pro 1 °C aufnehmen Erwärmung, wodurch Gewitterwolken zerstörerischer werden.

Es wird erwartet, dass extremes Wetter ein wesentlicher Bestandteil einer Klimaerwärmung sein wird. Und die Wetterauswirkungen des Klimawandels werden möglicherweise unterschätzt, da in Ländern mit niedrigerem Einkommen relativ wenige Daten vorliegen.

Was das Bild jedoch noch komplizierter macht, ist der noch wenig verstandene Zusammenhang zwischen diesen isolierten Wetterereignissen, den umfassenderen Klimaschwankungen der Erde (wie La Niña) und dem Klimawandel.

„Letztendlich werden alle Wettersysteme durch die Energie angetrieben, die die Erde von der Sonne erhält, wobei Äquatorregionen mehr Sonnenlicht erhalten als Polarregionen“, sagt Dr. Joel Hirschi, stellvertretender Leiter der Meeressystemmodellierung am National Oceanography Centre, Großbritannien.

„Dies führt zu einem Temperaturunterschied zwischen hohen und niedrigen Breitengraden, und unser Wetter ist Ausdruck des Energieaustauschs in der Atmosphäre und im Ozean, der diesen Temperaturgradienten verringert.“

„Die charakteristischen Windmuster unseres Wetters – Westwinde, Passatwinde – sind auf die Rotation der Erde um ihre Achse zurückzuführen, die dazu führt, dass sich meridional [entlang des Meridians] bewegende Luftmassen aufgrund der Corioliskraft zonal abgelenkt werden.“

Die Corioliskraft wirkt sich auf Flüssigkeiten aus, die sich in einem rotierenden System bewegen: Die Kraft drückt Flüssigkeiten senkrecht zur Bewegungsrichtung und tendiert dazu, eine Flüssigkeit auf der Nordhalbkugel nach rechts bzw. auf der Südhalbkugel nach links abzulenken. Es ist dieser Effekt, der tropische Wirbelstürme bildet. Es ist jedoch unklar, ob er dazu führt, dass sich das Wasser in Ihrem Waschbecken je nach Hemisphäre in entgegengesetzte Richtungen entleert.

All diese konkurrierenden Kräfte befinden sich jedoch nicht in ständigem Gleichgewicht: Manchmal, oft in regelmäßigen Abständen, geraten die natürlichen Zyklen des Erdklimas an verschiedenen Orten rund um den Globus aus dem Gleichgewicht – und sie reagieren mit Gewalt. Diese werden als Oszillationen bezeichnet.

La Niña, von vielen als treibende Kraft hinter den jüngsten Überschwemmungen in Australien angesehen, ist Teil einer solchen Schwingung, die als El Niño Southern Oscillation (ENSO) bekannt ist.

„Die El Niño-Southern Oscillation ist ein Klimamodus der Variabilität, da sie auf Zeitskalen von Jahren zwischen ihren beiden gegensätzlichen Phasen, El Niño und La Niña, variiert“, erklärt Dr. Andrew King, Dozent am ARC Centre of Excellence for Climate Extreme an der University of Melbourne. Im Allgemeinen liegt dieser Zeitrahmen laut BOM zwischen drei und acht Jahren.

Der ENSO-Zyklus ist tatsächlich eine Abweichung von einem viel umfassenderen System, das als Walker-Zirkulation bekannt ist und folgendermaßen funktioniert: In einem durchschnittlichen Jahr wehen Passatwinde von Osten nach Westen über den Pazifik und folgen einem Druckgradienten zwischen den vorherrschenden Wettersystemen im Osten und Westen. Diese Bewegung der Passatwinde bringt warmes Wasser und warme, feuchte Luft in den Westpazifik. Weiter oben in der Atmosphäre wehen Winde von West nach Ost und tragen die Luft zurück, um den Zyklus von neuem zu beginnen.

Manchmal, oft in regelmäßigen Abständen, geraten die natürlichen Zyklen des Erdklimas an verschiedenen Orten rund um den Globus aus dem Gleichgewicht – und sie reagieren mit Gewalt.

Wo passen also La Niña und El Niño zusammen?

„El Niño entspricht einer schwächeren Walker-Zirkulation, La Niña einer stärkeren Walker-Zirkulation“, erklärt Dr. Agus Santoso, leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter am Climate Change Research Centre der UNSW Sydney.

In einem El-Niño-Jahr, in dem die Walker-Zirkulation geschwächt ist, sind die vorherrschenden Passatwinde nicht so stark, sodass das wärmere Wasser des westlichen Pazifiks nach Osten zurückfließt und an der Küste Südamerikas wärmere, feuchtere und stürmischere Bedingungen schafft und die südlichen US-Bundesstaaten. Australien hingegen ist in einem El-Niño-Jahr tendenziell von Dürre bedroht, da weniger Feuchtigkeit an seine Küsten gelangt.

In einem La Niña-Jahr hingegen wird die Walker-Zirkulation verstärkt, was zu noch stärkeren Passatwinden führt, die von Ost nach West über den Pazifik ziehen. In diesem Fall kommt es an der Ostküste Australiens zu überdurchschnittlich hohen Niederschlägen und Stürmen. Unterdessen trocknet die Westküste Amerikas, insbesondere in den Tropen, aus.

Nicht nur Australien und Südamerika sind den Launen des ENSO-Zyklus ausgesetzt. Die USA, Ostafrika und Südasien sind alle anfällig für Wetterextreme, wenn La Niña oder El Niño zum Tragen kommen.

Und ENSO ist nicht allein. Je nachdem, wen Sie fragen, gibt es zwischen drei und neun große Klimaschwankungen, die tiefgreifende Auswirkungen auf das Wetter in bestimmten Regionen der Welt haben.

Die Nordatlantische Oszillation (NAO) beschreibt die Dynamik zwischen einem Tiefdrucksystem über Island und einem Hochdrucksystem über den Azoren vor der Küste Portugals. Die NAO kontrolliert die Stärke und Richtung der Winde, die von West nach Ost nach Europa wehen.

Etwa alle fünf Jahre ändert sich dieses System: Ein größerer Druckunterschied zwischen den beiden Punkten, ein sogenanntes Hochindexjahr, führt in Nordeuropa zu stärkeren Winden, kühleren Sommern und milden, feuchten Wintern. Ein Jahr mit hohem Index kann auch schädliche Winterüberschwemmungen in Europa mit sich bringen.

Ein geringerer Druckunterschied zwischen den beiden Punkten, ein so genanntes Jahr mit niedrigem Index, bringt gedämpfte Winde und kalte, trockene Winter in Nordeuropa sowie Stürme und erhöhte Niederschläge in Südeuropa und Nordafrika mit sich.

Ein anderer ist der Indische Ozean-Dipol (IOD), der weitgehend auf die gleiche Weise wie der ENSO-Zyklus funktioniert. Eine positive Phase sieht höhere Niederschläge im westlichen Indischen Ozean und trockenere, kühlere Luft und Wasser im Osten. Aus diesem Grund kann eine positive IOD-Phase zu schweren Dürren in Indonesien und Australien führen – der IOD befand sich während der verheerenden australischen Buschfeuersaison 2019–20 in seiner positiven Phase.

Einige Schwankungen wirken auf viel kürzeren oder längeren Zeitskalen oder interagieren mit anderen Klimazyklen. Die Madden Julian Oscillation (MJO) beispielsweise ist durch die Verstärkung oder Unterdrückung tropischer Niederschläge auf ihrem Weg nach Osten über den Indischen und Pazifischen Ozean gekennzeichnet. Das MJO arbeitet auf Zeitskalen zwischen 30 und 60 Tagen, wie ein wandernder Niederschlagsimpuls. Und das MJO beeinflusst tatsächlich das ENSO: Es kann zur Geschwindigkeit der Entwicklung und zur Intensität von El Niño oder La Niña beitragen.

Die jüngsten Überschwemmungen, die Sydney heimsuchten, ereigneten sich aufgrund des zerstörerischen Zusammentreffens zweier Wetterphänomene: eines „atmosphärischen Flusses“ aus Wasserdampf, der sich von den Tropen nach Süden schlängelte und mit einem klassischen Tief an der australischen Ostküste kollidierte – einem Tiefdrucksystem Das liegt über dem Wasser vor den östlichen Rändern Australiens und kann starke Regenfälle und starken Wind verursachen.

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Aber die Schwere der Überschwemmungen, die mit dem enormen Feuchtigkeitsgehalt sowohl der Regenfälle selbst als auch der Böden Sydneys zusammenhängt, wird zweifellos durch die doppelte La Niña auf dem Kontinent beeinflusst – und es mehren sich die Anzeichen dafür, dass diese Ereignisse häufiger und häufiger auftreten werden intensiv, in Zukunft.

Obwohl sich der ENSO-Zyklus in den letzten 50 Jahren beschleunigt hat, gibt es laut dem sechsten Sachstandsbericht (AR6) des IPCC noch keine eindeutigen Beweise dafür, dass diese Veränderungen eine direkte Folge des Klimawandels sind. Tatsächlich zeigen paläoklimatische Beweise, dass ENSO im gesamten Holozän, dem etwa 11.000 Jahre dauernden Zeitraum seit der letzten Eiszeit, aufeinanderfolgende Phasen unterschiedlicher Intensität durchlaufen hat.

„Unsere Modelle weisen Mängel bei der Simulation von ENSO auf“, sagt King. Dennoch „gibt es Hinweise darauf, dass die Ereignisse El Niño und La Niña stärker werden, wenn sich der Planet weiter erwärmt.“

Je nachdem, wen Sie fragen, gibt es zwischen drei und neun große Klimaschwankungen, die tiefgreifende Auswirkungen auf das Wetter in bestimmten Regionen der Welt haben.

„Aufgrund der relativ kurzen Beobachtungszeit sind wir uns noch nicht sicher, ob Änderungen im beobachteten ENSO-Zyklus seit 1900 auf den Klimawandel zurückzuführen sind“, stimmt Santoso zu. „Verglichen mit den Jahren 1900 bis 1960 gab es jedoch von 1960 bis heute mehr starke El-Niño- und La-Niña-Ereignisse. Darüber hinaus deuten Paläoaufzeichnungen darauf hin, dass der gegenwärtige ENSO-Zyklus stärker ist als in der vorindustriellen Ära.“

Was würde eine Verschlechterung des ENSO-Zyklus für die Welt bedeuten?

„Sollte sich der ENSO-Zyklus im Zuge des Klimawandels verstärken, bedeutet das, dass sich die betroffenen Regionen auf intensivere und häufigere Dürren (und damit verbundene Risiken wie Waldbrände) und Überschwemmungen vorbereiten sollten“, sagt Santoso. Das bedeutet, dass Australien, Indonesien, Teile Südasiens, Afrikas, die USA und Südamerika mit einer verschärften Polarität von Dürre und Überschwemmung konfrontiert sein könnten.

Und Santoso weist darauf hin, dass El Niño und La Niña mit der Erwärmung des Planeten selbst dann noch größere Auswirkungen hätten, wenn sich ihre Amplitude nicht ändern würde, da die wärmere Luft eine höhere Feuchtigkeitsspeicherkapazität aufweist.

Ähnlich wie beim ENSO-Zyklus besteht immer noch Unklarheit darüber, wie stark sich der Klimawandel auf die anderen Schwingungen der Erde auswirkt.

Selbst wenn sich die Amplitude von El Niño und La Niña selbst nicht ändern würde, wären sie aufgrund der höheren Feuchtigkeitsspeicherkapazität wärmerer Luft dennoch wirkungsvoller.

„Ich denke, es ist noch unklar, ob sich viele Wettersysteme in einem Ausmaß verändert haben, das wir mit Sicherheit feststellen können“, sagt Dr. Judah Cohen, Klimatologe am Massachusetts Institute of Technology (MIT), USA.

Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass zumindest einige der Erdschwingungen mit der Klimaerwärmung ihr Gleichgewicht verändern.

Vor allem das IOD dürfte im Zuge der Klimaerwärmung positivere Phasen erleben, was zu extremeren Buschbränden in Australien und extremeren Überschwemmungen in Ostafrika führen könnte.

Und Untersuchungen deuten darauf hin, dass sich das Gleichgewicht des NAO-Index in den letzten Jahrzehnten ins Positive verschoben hat, was einige Wissenschaftler mit dem Klimawandel in Verbindung gebracht haben.

Wenn die NAO ihre Bilanz auf positivere Indexjahre ausrichtet, wird sich die Natur der europäischen Winter ändern – obwohl sie milder und nasser sind, könnten die Europäer einem erhöhten Überschwemmungsrisiko ausgesetzt sein.

„Es gibt immer noch viele offene Fragen zu solchen Fernverbindungen, wie sie funktionieren und ob und wie sie sich in Zukunft ändern könnten.“

Hier besteht jedoch Grund zur Vorsicht.

„Beobachtungsdaten aus den letzten 120 Jahren deuten darauf hin, dass sich Phase und Amplitude der NAO von Jahrzehnt zu Jahrzehnt deutlich verschieben können, und zwar auf eine Weise, die nicht mit dem Klimawandel in Zusammenhang zu stehen scheint“, sagt Dr. Kristian Strommen, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich Klima Wissenschaft an der Universität Oxford, Großbritannien. „Das macht es sehr schwierig zu sagen, ob neuere Änderungen der NAO auf den Klimawandel zurückzuführen sind oder nur ein weiteres Beispiel für eine solche dekadische Variabilität sind.“

Angesichts der Tatsache, dass die Erde ein dynamisches System ist, ein rotierender Globus, der von einer aufgewühlten Atmosphäre umgeben ist, ist es vernünftig anzunehmen, dass diese Zyklen miteinander interagieren könnten, wenn sie sich in Zukunft ändern. Können wir also vorhersagen, wie das passieren könnte?

„Es gibt mehrere Fälle von ‚Fernverbindungen‘ im Klimasystem“, sagt Hirschi. „Wir wissen bereits, dass das ENSO-Phänomen Auswirkungen auf die Nordatlantikregion haben kann und Veränderungen in den Tropen durch schnelle atmosphärische Wellenprozesse sowie durch viel langsamere Ozeanprozesse leicht auf andere Teile der Erde übertragen werden können.“

„Einhergehend mit der Abschwächung der Walker-Zirkulation geht ein El Niño oft mit einer positiven Phase des Dipols im Indischen Ozean einher, während La Niña mit einer negativen IOD einhergeht“, fügt Santoso hinzu. „Und die Erwärmung des tropischen Atlantiks fördert tendenziell die La Niña-Bedingungen im Pazifik.“

„Es gibt jedoch noch viele offene Fragen zu solchen Fernverbindungen, wie sie funktionieren und ob und wie sie sich in Zukunft ändern könnten“, warnt Hirschi.

Es spielen so viele Faktoren eine Rolle, dass es schwierig ist, zu wissen, wie jede dieser Schwingungen miteinander interagieren wird.

Laut Strommen, dessen Forschung sich auf eine bessere Vorhersage der NAO konzentriert, spielen so viele Faktoren eine Rolle, dass es schwierig ist zu wissen, wie jede dieser Schwingungen miteinander interagiert und wie viel der beobachtbaren Veränderung anthropogen ist.

„Das Hauptproblem besteht darin, dass es zu einem sogenannten Tauziehen kommt“, sagt er. „Mehrere große Akteure, wie ENSO, die Stratosphäre und das arktische Meereis, scheinen alle die zukünftige Winter-NAO in unterschiedliche Richtungen zu ziehen, und unsere Klimamodelle sind sich nicht einig darüber, wer siegen wird.“

Letztendlich wird die Aufklärung dieser Zusammenhänge von entscheidender Bedeutung sein, wenn Wissenschaftler extreme Wetterereignisse in einem sich ändernden Klima vorhersagen wollen.

„Ein besseres Verständnis der Fernverbindungen und der zugrunde liegenden Mechanismen ist der Schlüssel zur Verbesserung saisonaler und längerfristiger Vorhersagen“, sagt Hirschi. „Es bedarf noch viel weiterer Forschung, um das Zusammenspiel der verschiedenen Wettersysteme und ihre individuelle und gemeinsame Reaktion auf den Klimawandel aufzuklären.“

Ursprünglich von Cosmos veröffentlicht als: Ändern sich die wichtigsten Klimazyklen der Erde? Und wenn ja, was bedeutet das für das lokale Wetter?

Amalyah Hart hat einen BA (Hons) in Archäologie und Anthropologie von der University of Oxford und einen MA in Journalismus von der University of Melbourne.