Das ENSO-Phänomen

ENSO

Das Akronym ENSO setzt sich zusammen aus "El Niño" und "Southern Oscillation" (span. El Niño - Oscilación del Sur, ENOS) und ist der Ausdruck, der gegenwärtig für das gesamte ozeanisch-atmosphärische Phänomen (also das Abwechseln von El Niño- und La Niña-Ereignissen und der neutralen Phasen) verwendet wird. Dabei steht El Niño (und - auch wenn nicht ausdrücklich im Namen erwähnt - La Niña) für die ozeanische Komponente, während die Southern Oscillation (SO) die atmosphärische verkörpert. Letztere stellt eine Art Druckschaukel zwischen dem südostasiatisch-australischen Tiefdruckgebiet (als Messwert wird der Bodendruck von Jakarta, Indonesien, herangezogen) und dem südostpazifischen Hochdruckgebiet (Messwert von Tahiti) dar. Bei einem steigenden Luftdruck im Tiefdruckgebiet über Indonesien fällt der Luftdruck im südostpazifischen Hoch, und die Differenz zwischen beiden Druckgebilden nimmt ab.

Sir Gilbert Walker hatte bei seinen Studien über die Beziehungen des Indischen Monsuns zu meteorologischen Verhältnissen in anderen Gebieten der Erde den Mechanismus der Southern Oscillation beschrieben und benannt (Walker und Bliss 1932). Nach Vorarbeiten von Berlage (1966) wurde die Verknüpfung von El Niño und der Südlichen Oszillation von dem in die USA emigrierten Norweger Jacob Bjerknes in den späten 1960er Jahren geleistet. Er wertete dazu die Messdaten aus, die während des Internationalen Geophysikalischen Jahres 1957/58 zusammengetragen wurden. Zufälligerweise trat während dieser Zeit eine starke El Niño-Episode auf. Einen guten Überblick über die Begriffsgeschichte vom lokalen El Niño zum globalen ENSO im modernen Verständnis geben Zebiak et al. (2014).

Der ENSO-Mechanismus beinhaltet drei Phasen: El Niño, La Niña und die sogenannten neutralen Zwischenphasen. Letztere heißen auch - etwas irreleitend - Normalphasen, "normal" sind aber auch die anderen Teile des Zyklus.

	El Niño-Bedingungen im äquatorialen Pazifik Während eines El Niño-Ereignisses schwächen sich die Passatwinde ab oder kehren sich sogar um und erlauben es dem Gebiet des anomal warmen Wassers sich in den zentralen und östlichen Teil des tropischen Pazifiks zu verlagern. Diese wärmeren als üblichen Ozeantemperaturen sind verbunden mit einer Absenkung der Thermokline vom zentralen bis zum östlichen Pazifik. Auch trägt ein schwächeres Upwelling von kühlerem Wasser aus der Tiefe zu höheren Meeresoberflächentemperaturen bei.
	Zum Vergleich der Pazifik während der Neutralphase Im neutralen Zustand (weder El Niño noch La Niña) wehen die Passatwinde von Ost nach West über die Oberfläche des tropischen Pazifiks, bringen warme, feuchte Luft und wärmeres Oberflächenwasser in Richtung des westlichen Pazifiks und halten den zentralen Pazifik relativ kühl. Die Thermokline ist im Westen tiefer als im Osten. Warme Meeresoberflächentemperaturen im westlichen Pazifik pumpen Wärme und Feuchtigkeit in die darüber liegende Atmosphäre. In einem Prozess, der als atmosphärische Konvektion bekannt ist, steigt diese warme Luft hoch in die Atmosphäre auf und verursacht, wenn die Luft feucht genug ist, aufsteigende Cumulonimbuswolken und Regen. Diese nun trockenere Luft reist dann nach Osten, bevor sie über den kühleren östlichen tropischen Pazifik absteigt. Das Muster der Luft, die im Westen aufsteigt und im Osten fällt, wobei sich die Luft an der Oberfläche westwärts bewegt, wird als Walker-Zirkulation bezeichnet.
	La Niña-Bedingungen im äquatorialen Pazifik Während eines La Niña-Ereignisses intensiviert sich die Walker-Zirkulation mit verstärkter Konvektion über dem westlichen Pazifik und stärkeren Passatwinden. Da die Passatwinde stärker werden, beschränkt sich der Pool an wärmerem Wasser auf den westlichen tropischen Pazifik, was zu höheren Meeresoberflächentemperaturen als üblich in der Region nördlich von Australien führt. Die Meeresoberflächentemperaturen im zentralen und östlichen tropischen Pazifik werden kühler als üblich, und die Sprungschicht rückt näher an die Oberfläche - kühles Wasser aus der Tiefe wird durch den verstärkten Auftrieb an die Oberfläche gezogen. Quelle: BOM

ENSO - Gekoppeltes System

Um die Geschehnisse während eines ENSO-Ereignisses oder während der Neutral-Phase des ENSO-Zyklus zu verstehen, muss man sich bewusst machen, dass der äquatoriale Pazifik als gekoppeltes System agiert, da der Zustand des Ozeans und der Atmosphäre voneinander abhängen. Wenn die Bedingungen des Ozeans sich ändern, reagiert die Atmosphäre und umgekehrt. Die Hauptindikatoren dieser Änderungen sind der Luftdruck und die Meerestemperaturen. Störungen im Ozean, die Veränderungen der wesentlichen Temperaturmuster verursachen, beeinflussen die Winde in diesem gekoppelten System, was zu einer positiven Rückkopplungsschleife führen kann. Diese verstärkt kleine Änderungen im Zustand des Ozeans und führt zu einem ENSO-Ereignis.

ENSO - Oszillatorischer Charakter

Obwohl die El Niños und die La Niñas oft als "Ereignisse" (engl. events) bezeichnet werden, die etwa ein Jahr andauern, besitzt ENSO als Ganzes einen oszillatorischen Charakter (Trenberth 2013). Der Ozean ist eine Feuchtigkeitsquelle für die Atmosphäre und seine riesige Wärmekapazität agiert als Schwungrad, welches das System Ozean-Atmosphäre über seine 'Erinnerung' an Vergangenes antreibt. Dies führt zu einem im Wesentlichen sich selbst erhaltenden Ablauf, bei dem der Ozean sich nie im Gleichgewicht mit der Atmosphäre befindet. So baut sich als Vorbereitung zu El Niño eine große Menge warmen Wassers in den Tropen auf (westpazifischer Warmwasserkörper), die dann während eines El Niño wieder abgebaut wird. Während der Kaltphase (La Niña) mit ihrem relativ klaren Himmel, heizt die Sonnenstrahlung den tropischen Pazifik wieder auf, die Wärme wird von Meeresströmungen verteilt, wobei der größte Teil in dem tiefen Warmwasserkörper des Westpazifik und in Äquatornähe bei ca. 10° oder 20°N gespeichert wird.

Während El Niño wird Wärme im Ozean aus den Tropen in höhere Breiten transportiert, und überschüssige Wärme wird an die Atmosphäre abgegeben, vor allem als verstärkte Verdunstung, wodurch der Ozean wiederum gekühlt wird. Verstärkte Niederschläge tragen zu einer allgemeinen Erwärmung der globalen Atmosphäre bei, die ihr Maximum einige Monate nach einem starken El Niño erreicht. Aus diesem Grund wird vermutet, dass die Zeitskala von ENSO durch die Zeit bestimmt wird, die für eine Ansammlung von warmem Wasser in den Tropen beötigt wird, um das System neu aufzuladen, plus der Zeit, die der El Niño zu seiner Entwicklung benötigt. Daher wird ein wesentlicher Teil des Beginns und der Entwicklung der Ereignisse von den Abläufen bestimmt, die ein oder zwei Jahre zuvor geschehen sind. Dies bedeutet auch, dass die künftige Entwicklung mehrere Jahreszeiten zuvor potentiell vorhersagbar ist.

Western Pacific Warm Pool Auch im Neutralzustand sind die Temperaturen im tropischen Pazifik zwischen Ost und West verschieden. Beispielsweise besitzt der westpazifische Warmwasserkörper großflächig mit die wärmsten Ozeantemperaturen weltweit. Während eines ENSO-Ereignisses werden die Ozeantemperaturen an verschiedenen Stellen wärmer oder kühler als üblich, was sich in den Temperaturgradienten der Ozeantemperaturen zeigt. Diese Temperaturgradienten quer über den Pazifik, sowohl an der Oberfläche als auch im Wasser darunter, insbesondere an der Thermokline, werden als wesentlicher Motor von ENSO angesehen. Quelle: BOM

ENSO - Wirkungsgebiete

Während das engere Wirkungsgebiet von ENSO im Bereich des tropischen Pazifik liegt, scheint es viele Telekonnektionen zu geben, die im Zusammenhang mit ENSO stehen. So werden die Variabilitäten des indischen Monsuns und die Hurrikanhäufigkeit in Mittel- und Nordamerika eng mit ENSO in Verbindung gebracht. Der tropische Pazifik weist unter allen Ozeanen die stärksten Schwankungen der Oberflächentemperatur innerhalb von Zeitspannen auf, die von einigen Monaten bis zu mehreren Jahren reichen. Da diese Meeresregion auch das Weltklima besonders stark prägt, wirken sich die Temperaturschwankungen erheblich auf das globale Klimageschehen aus. (s. Kapitel Globale Auswirkungen)

ENSO - Unter der Oberfläche

ENSO-Ereignisse werden typischerweise angestoßen und aufrechterhalten durch Änderungen des Wärmegehalts der Wassermassen unter der Oberfläche des tropischen Pazifiks.
Der tiefere Ozean ist wichtig für die Justierung der Stärke eines Ereignisses und damit für seine potentielle Dauer. Diese großen Wärmevorräte (El Niño) oder Wärmedefizite verhalten sich wie ein Schwungrad und stellen sicher, dass ein Ereignis nicht rasch wieder verschwindet. Beispielsweise waren bei dem El Niño-Ereignis von 1997–98 - manche sehen es als das stärkste des vergangenen Jahrhunderts an - die Meeresoberflächentemperaturen im östlichen tropischen Pazifik etwa 3,5 °C wärmer als normal, aber die Temperaturen in 150 m Tiefe lagen bis zu 8 °C über dem Durchschnitt. Umgekehrt waren die Oberflächentemperaturen im Ostpazifik während der La Niña von 2010-2011 bis zu 2 °C kühler als normal, aber die Temperaturen unter der Oberfläche lagen fast 7 °C unter dem Durchschnitt.
Solche starken Veränderungen im tieferen Ozean stellen sicher, dass das Oberflächenwasser warm, beziehungsweise kühl bleibt, auch wenn die Atmosphäre darüber versucht, das System wieder in den neutralen Zustand zurückzudrängen, und so kann ein ENSO-Ereignis länger erhalten werden.

Häufig lässt man ein ENSO-Jahr im Hinblick auf die drei Kategorien kalt, neutral und warm im Jahresviertel Oktober-November-Dezember beginnen und im Jahresviertel Juli-August-September enden (JMA-Index). Der ENSO-Zyklus weist ein hohes Maß an Unregelmäßigkeit auf. Keine zwei El Niños sind genau gleich. Dasselbe gilt für La Niñas.

Im Allgemeinen tendieren El Niño-Ereignisse dazu, nicht länger als ein Jahr zu dauern, wohingegen mehrjährige La Niña-Ereignisse nicht ungewöhnlich sind. Beispielsweise dauerte die 1998–2001 La Niña drei aufeinanderfolgende Jahre an, vom südhemisphärischen Herbst 1998 bis zum Herbst 2001.

ENSO - Historische Übersicht

Die folgende Tabelle mit den Werten des Oceanic Niño Index der NOAA gibt eine historische Übersicht über die ENSO-Phasen ab dem Jahr 1950. Sie beinhaltet die saisonale Abweichung von Meeresoberflächentemperaturen (ERSST.v3b SST) in der Niño 3.4-Region (5° N - 5° S, 120° - 170° W) bezogen auf eine dreißigjährige Basisperiode, aktuell auf die Zeit von 1981-2010. Die Zuweisung zu einer der drei Phasen (kalt, neutral, warm) bezüglich der Meeresoberflächentemperaturen, erfolgt jeweils für eine Gruppe aus drei aufeinanderfolgenden Monaten. Die Abgrenzung von warmen (rot) und kalten (blau) Episoden erfolgt bei einem Schwellenwert von +/- 0,5 °C. Aus historischen Gründen werden voll ausgebildete kalte und warme Phasen dann als solche definiert, wenn der jeweilige Schwellenwert von mindestens 5 aufeinanderfolgenden Monatsgruppen erreicht wird.

Die 30-jährige Basisperiode wird neuerdings alle 5 Jahre fortgeschrieben, auch die alten Werte beziehen sich inzwischen auf andere Bezugsperioden und wurden deshalb geändert. Konkret bedeutet dies, dass ONI-Werte der Jahre 1950-1955 sich auf die Periode 1936-1965 beziehen, ONI-Werte der Jahre 1956-1960 beziehen sich demnach auf die Basisperiode 1941-1970 und so weiter.

Die Verwendung mehrerer, im 5-Jahres-Rhythmus nachgeführter Bezugsperioden ist dem globalen Erwärmungstrend geschuldet, der bei längerer Verwendung einer 30-Jahresperiode ein falsches Bild des Auftretens der drei ENSO-Phasen ergäbe. Dabei ist zu bedenken, dass es sich beim ONI um relative Temperaturwerte handelt, darum, dass eine bestimmte Region wärmer oder kälter als 'normal' ist.

Historische El-Niño- und La-Niña-Episoden basierend auf dem ONI, berechnet mit ERSST.v5 Weiter zurückreichende Daten (1877-2001) zu den ENSO-Phasen finden Sie hier. Hinweis: Aufgrund des Hochfrequenzfilters, der auf die ERSSTv4-Daten angewendet wird (Huang et al. 2015, J.Climate), können sich die ONI-Werte bis zu zwei Monate nach der Veröffentlichung des ersten "Echtzeit"-Werts ändern. Daher sollten die neuesten ONI-Werte als Schätzung betrachtet werden. Quelle und aktuelle Version: NOAA National Weather Service CPC

Nicht selten werden die Begriffe El Niño und ENSO gleichgesetzt, da ENSO in den Massenmedien weniger gebräuchlich ist. Korrekterweise sollte das Akronym um die Bezeichnung für den zweiten Typ von Extremepisoden erweitert werden, beispielsweise zu "LANENSO", für "La Niña-El Niño-Southern Oscillation", dies ist aber nicht üblich.

Abweichungen des Luftdrucks (hPa) von Normal während El Niño bzw. La Niña Abweichungen der Luftdruckwerte von Normal in mb/hPa während El Niño- bzw. La Niña-Ereignissen. Die negative Phase der SO tritt während El Niño-Episoden auf und geht mit außergewöhnlich hohem Luftdruck über Indonesien und dem westlichen Pazifik einher. Entsprechend ist La Niña mit der positiven Phase der SO und gleichzeitigem tiefem Druck über dem westlichen tropischen Pazifik und hohem Druck über dem östlichen tropischen Pazifik verbunden. Quelle: NOAA

Historische Messreihen ermöglichen mehr oder weniger genaue Rekonstruktionen der Meerestemperaturen bis etwa zur Mitte des 19. Jahrhunderts. Aber natürlich beginnt die Geschichte von ENSO nicht erst mit der Verfügbarkeit von Datenreihen. Will man noch weiter in die Vergangenheit, so muss man nach Spuren etwa in Baumringen, Sedimenten oder Eisbohrkernen suchen. Ein erster Schritt ist dabei die Identifizierung solcher Stellvertretergrößen (sogenannter Proxydaten), die besonders stark auf die Variable reagieren, für die man sich interessiert. Für ENSO können etwa Korallenfossilien, Baumringe oder Sedimente als Proxies verwendet werden.

Untersuchungen von Korallen-Bänken und Sedimentproben aus nordperuanischen Wüstengebieten scheinen ein Alter des El Niño-Zyklus von wenigstens 2 Millionen Jahren zu belegen. Es wird aber angenommen, dass der Zyklus mindestens 3-4 Millionen Jahre zurückreicht, wenn auch mit variierenden Frequenzen und Intensitäten. In dieser Zeit schloss sich der Isthmus von Panama und die Trennung von Atlantik und äquatorialem Pazifik war vollzogen. Das Atmosphäre-Ozean-Zirkulationssystem war davor vermutlich anders ausgeprägt. (vgl. CLIVAR-Poster ENSO Dynamics during the Last Glacial Maximum)

Eine Studie über das El Niño-Phänomen der vergangenen 21.000 Jahre zeigt, dass El Niño beträchtlichen Schwankungen unterworfen war und auf Klimaänderungen in komplexer Weise reagierte, wobei mehrere konkurrierende Faktoren in ihren variierenden Stärken ein Rolle spielten (Brown 2014; Liu Z et al. 2014). Eine Steigerung der Intensivierung von ENSO während der letzten ca. 6.000 Jahre wird angenommen (Moy et al. 2002; Conroy et al. 2008), verursacht durch orbitale Einflüsse; während der frühen Deglaziation veränderten Schmelzwasser-Ausbrüche im Nordatlantik die ENSO-Eigenschaften, und zunehmende CO2-Konzentrationen schienen ENSO abzuschwächen, wohingegen die zurückweichenden Eisschilde ENSO intensivierten.

ENSO - ENSO-ähnliche Erscheinungen in anderen Ozeanbecken

ENSO-ähnliche Erscheinungen über dem Atlantik und dem Indischen Ozean werden intensiv erforscht und diskutiert. Der Grund für die deutliche Ausprägung von ENSO über dem Pazifik liegt in dessen Größe.

Äquatoriale Wellen (Kelvin-Wellen und Rossby-Wellen), die in Ost- bzw. West-Richtung den Pazifik überqueren, benötigen dazu eine Zeit von 2-3 Monaten und beeinflussen sehr große Gebiete. Bei den großen Distanzen im Pazifik können letztlich auf den gegenüber liegenden Seiten völlig unterschiedliche Bedingungen herrschen, die in einem ausgeprägten Zyklus oszillieren. Im kleineren Atlantik und Indik kann sich weder ein solcher Kontrast noch eine derartige Oszillation aufbauen.

ENSO - Möglicher Einfluss der globalen Erwärmung

Eine Beeinflussung von ENSO durch den anthropogenen Treibhauseffekt wird gegenwärtig kontrovers diskutiert. Einzelne Untersuchungsergebnisse deuten an, dass es über Veränderungen in der Ozeanzirkulation zu einer Verstärkung der interannuellen Variabilität der Meeresoberflächentemperatur kommen könnte. Das heißt die Temperaturunterschiede von Jahr zu Jahr könnten zunehmen.

Der letzte IPCC-Bericht äußert geringes Vertrauen in Voraussagen zur künftigen ENSO-Entwicklung, auch wenn die Autoren sich sehr sicher sind, dass ENSO selbst weiter existieren wird (IPCC, 2013).

Inzwischen mehren sich aber die Positionen, die einen deutlichen Einfluss der globalen Erwärmung auf ENSO sehen. (s. Globale Erwärmung)

IPCC 2013: El Niño-Southern Oscillation

There is high confidence that the El Niño-Southern Oscillation (ENSO) will remain the dominant mode of natural climate variability in the 21st century with global influences in the 21st century, and that regional rainfall variability it induces likely intensifies. Natural variations of the amplitude and spatial pattern of ENSO are so large that confidence in any projected change for the 21st century remains low.
The projected change in El Niño amplitude is small for both RCP4.5* and RCP8.5 compared to the spread of the change among models. Over the North Pacific and North America, patterns of temperature and precipitation anomalies related to El Niño and La Niña (teleconnections) are likely to move eastwards in the future (medium confidence), while confidence is low in changes in climate impacts on other regions including Central and South Americas, the Caribbean, Africa, most of Asia, Australia and most Pacific Islands. In a warmer climate, the increase in atmospheric moisture intensifies temporal variability of precipitation even if atmospheric circulation variability remains the same. This applies to ENSO-induced precipitation variability but the possibility of changes in ENSO teleconnections complicates this general conclusion, making it somewhat regional-dependent.

*A new set of scenarios, the Representative Concentration Pathways (RCPs), was used for the new climate model simulations carried out under the framework of the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5) of the World Climate Research Programme.

Quelle: IPCC, 2013: Climate Change 2013 - The Physical Science Basis (S. 106 f)

Unbestritten zählen die Vorgänge in Zusammenhang mit ENSO zu den auffälligsten kurzfristigen Klimaschwankungen. "Die Variabilität des Klimas ist grundsätzlich systemimmanent und resultiert aus den unterschiedlichen Interaktionen atmosphärischer Parameter mit den Klimafaktoren der Erdoberfläche" (Lauer 1999).

ENSO-Niederschlag und seine Anomalien Das Hovmoeller-Diagramm zeigt die zeitlich-räumliche Variabilität des Niederschlags für den Breitenbereich O°-5° S. Deutlich erkennbar ist das Signal eines ENSO-Warmereignisses mit einerseits hohen Niederschlägen über dem südäquatorialen Pazifik, die sich bis nach Ecuador/Peru erstrecken, und andererseits einer Trockenregion um Indonesien (El Niños von 1982/83, 1986/87, 1991/92, 1997/98). Quelle: GPCC (persönliche Mitteilung)

ENSO - Die Entdeckung des ENSO-Phänomens

Unser Verständnis von ENSO war immer mit seinen Auswirkungen auf menschliche Gemeinschaften verbunden. Mindestens seit dem frühen 16. Jahrhundert haben Fischer vor der peruanischen Küste erkannt, dass periodisch auftretendes warmes Wasser ihre Sardellenfänge beeinträchtigen. Wohl zur selben Zeit bemerkten peruanische Bauern, dass warme Meerestemperaturen mit höherem Niederschlag einherging. Da die Erwärmung des Ozeans tendenziell um Weihnachten auftrat, wurde das Phänomen El Niño nach dem Christuskind benannt.

Gegen Ende des 19. Jahrhunderts vertieften peruanische Geographen ihre Forschungen über die Klimabedingungen entlang der Küste (Eguiguren 1894), wobei sie einen typischen Wechsel von kalten zu warmen Ozeanbedingungen gegen Jahresende feststellten, den sie einer warmen, südwärtigen Strömung zuschrieben (Ortlieb 1993, Nicholls 1989). Die Strömung, man nannte sie Corriente El Niño, entstammte der Region um die ecuadorianische Stadt Guayaquil. Die Herkunft mitgeführter Baumstämme, auf denen man auch Reste von Eidechsen fand, hat man in Nordperu von der Stadt Tumbes bis in die Region La Libertad verortet (IGP). Die Geographen beobachteten auch, dass in manchen Jahren das Einsetzen der warmen Verhältnisse stärker als üblich war und von ungewöhnlichen ozeanischen und klimatischen Phänomenen begleitet wurde. Interessanterweise wurden die stärkeren Niederschläge in den wüstenhaften nordperuanischen Küstenregionen als durchaus vorteilhaft gesehen, solange sie eben nicht die Stärke der späteren Ereignisse von 1982-83 und 1997-98 erreichten.

La Corriente del Niño e historia de su estudio

Es interesante que los años de lluvias fuertes en la costa norte eran considerados entonces como "buenos" o "extraordinarios", según su intensidad, ya que proveían de muy necesaria agua a esta normalmente desértica región, pero los eventos recientes de los años 1982-83 y 1997-98 fueron tan intensos que produjeron pérdidas en vidas humanas, en las actividades económicas y en la infraestructura de la región debido a las lluvias intensas y los desbordes de los ríos.
Eguiguren, V. (1894): Las lluvias en Piura, Boletín de la Sociedad Geográfica de Lima. Nach Instituto Geofísico del Perú

Unabhängig von dieser Arbeit untersuchte der britische Physiker Sir Gilbert Walker die Beziehung zwischen dem indischen Monsun und meteorologischen Bedingungen an anderen Orten weltweit. Er entdeckte etwas, das er die Südliche Oszillation (Southern Oscillation, SO) nannte, eine großräumige interannuelle Fluktuation des Luftdrucks auf Meereshöhe zwischen dem westlichen und dem östlichen Pazifik (Walker 1934), deren gegensätzliche Pole bei Darwin (Australien) und bei Tahiti lagen. Walkers Entdeckung der SO war der erste wissenschaftliche Hinweis auf den Zusammenhang zwischen Wetterbedingungen in entfernten Teilen des tropischen Pazifiks.

Erst in den 1960er Jahren erkannten Wissenschaftler, dass die episodische Erwärmung der Meeresoberflächentemperatur (SST) vor der peruanischen Küste Teil einer ozeanweiten Störung ist, die sich westwärts entlang des Äquators bis zur Datumsgrenze erstreckt, und dass diese Veränderungen der SST mit der Southern Oscillation in Verbindung stehen. Berlage (Berlage 1966) war der erste, der diese Verbindung erkannte und so wurde der Begriff El Niño mit außergewöhnlich starken Warmereignissen verknüpft, die ca. alle 2-7 Jahre gemeinsam mit Anomalien im Bereich des gesamten tropischen Pazifiks auftreten.

Aufbauend auf dieser Entdeckung war der norwegisch-amerikanische Meteorologe Jacob Bjerknes in der Lage, einen Mechanismus vorzuschlagen, der diese beiden Phänomene miteinander verbindet. In seinem Konzept war El Niño die ozeanische Ausprägung einer großräumigen Interaktion zwischen Ozean und Atmosphäre. Bjerknes benutzte Beobachtungsdaten als Beleg dafür, dass die lange Dauer von Klimaanomalien in Verbindung mit Walkers Southern Oscillation (Walker 1934), einschließlich der Veränderungen im System der pazifischen Passatwinde, eng verknüpft war mit langsam aufkommenden SST-Anomalien im äquatorialen Pazifik. Kurz gesagt, Bjerknes postulierte, dass eine Erwärmung bzw. Abkühlung der Meeresoberflächentemperaturen im Pazifik ein Nachlassen bzw. eine Verstärkung der Passate zur Folge habe. Dies treibt seinerseits Veränderungen der Ozeanzirkulation an, die die Tendenz der SST verstärken - eine positive Rückkopplung (Bjerknes, J. 1969). Obwohl diese Argumentation die Entwicklung der Warmbedingungen unter El Niño erklärt oder auch die gegenteiligen extremen Abkühlungsbedingen unter dem, was man heute mit La Niña bezeichnet, war Bjerknes bewusst, dass ein Verständnis für die aufeinanderfolgenden Wechsel der Zustände noch immer fehlte. Diese Erklärung erbrachten die Forschungsergebnisse in Ozeanographie und Meteorologie erst 20 Jahre später, basierend auf den bahnbrechenden Arbeiten von Bjerknes. Die Theorie von Bjerknes hatte auch noch keine Erklärung für die Dauer der einzelnen Phasen oder weshalb sie im Nordwinter ihren stärksten Abschnitt haben. Auch war die Frage offen, wie Veränderungen der Windverhältnisse im westlichen und zentralen Pazifik zu Änderungen der Meeresoberflächenhöhe im Ostpazifik führen.

Im Laufe der 1979er und 1980er Jahre erweiterten neue grundlegende Arbeiten das Verständnis von der Verbindung zwischen El Niño und Southern Oscillation. Wyrtki (1975) erkannte, dass beckenweite Änderungen des Meeresspiegels sich zur gleichen Zeit abspielten wie ENSO-Ereignisse, insbesondere stellte er den Meerespiegelanstieg im Ostpazifik heraus, der mit ENSO-Warmphasen verknüpft ist. Er zeigte auch, dass Änderungen bei initialen Windbedingungen im zentralen und westlichen Pazifik ablaufen, weit entfernt von den Gegenden mit angestiegenem Meeresspiegel und höheren STT im Ostpazifik. Dies war nach Wyrtkis Ansicht der Hinweis darauf, dass die Effekte auf Meeresspiegelhöhe (SSH) und SST durch äquatoriale Kelvinwellen ausgelöst sein könnten. Auf diese Weise wurde großräumige Ozeandynamik in das konzeptionelle Verständnis von ENSO eingeführt. Weitere Studien entwickelten die Theorie von windgetriebener äquatorialer Ozeandynamik fort und belegten auch die Fähigkeit numerischer Modelle auf der Grundlage von Windbeobachtungen, die prinzipiellen Merkmale der ozeanischen Variabilität mit ENSO-Bezug zu erfassen (Busalacchi, A. 1981).

Während dieser Forschungsanstrengungen lief 1982-83 ein historisches El Niño-Ereignis ab, das größte bis dahin aufgezeichnete. Es intensivierte die Anstrengungen, um ENSO besser beobachten, verstehen und letztlich auch vorsagen zu können. Der El Niño von 1982-83 war in mehrfacher Hinsicht bemerkenswert, nicht nur wegen seiner Stärke. Das Ereignis besaß weitreichende Auswirkungen in weiten Teilen der Erde und brachte El Niño öffentliche Aufmerksamkeit wie nie zuvor. Das Ereignis wurde erst erkannt als es bereits längere Zeit im Gange war, was auf das Fehlen eines Meeresbeobachtungssystems für Echtzeitendaten zurückzuführen war. Das Timing und die Entwicklung des Ereignisses unterschied sich von einigen vorherigen Ereignissen und auch das ‚Auftürmen‘ des Meeresspiegels im Westpazifik, nach Wyrtkis Hypothese ein Vorläufer von El Niño, war nicht ersichtlich.

Vor diesem Hintergrund war der El Niño von 1982-83 der Auslöser für eine neue Welle wissenschaftlichen Interesses und schließlich für die Schaffung eines auf 10 Jahre angelegten internationalen Forschungsprogramms, dem Tropical Ocean-Global Atmosphere Program (TOGA), um ENSO und seine globalen Auswirkungen zu untersuchen und vorherzusagen (Anderson, DLT. 1998). Ein wichtiges Ergebnis dieses Projekts war die Schaffung eines in nahezu Echtzeit arbeitenden ENSO-Beobachtungssystems, das inzwischen ein großes Feld von verankerten Bojen umfasst (McPhaden 1998), ferner ein Schiffsbeobachtungsprogramm auf freiwilliger Beteiligungsbasis und eine Vielzahl von Satellitenbeobachtungen.

Das TOGA-Programm beförderte auch wichtige Arbeiten zur Modellierung von ENSO. Zebiak und Cane (1987) sowie Schopf und Suarez (1988) stellten gekoppelte dynamische Modelle vor, die plausible Simulationen von ENSO produzierten. Mit realistischen Parametereingaben produzierten die Modelle anomale SST und Winde, die den beobachteten ENSO-Anomalien sowohl in ihrer Struktur als auch in ihrer Stärke vergleichbar waren. Die Simulationen stellten darüber hinaus eine Abfolge von Warm- und Kaltereignissen dar, die sich im Abstand von 3-4 ablösten (analog zu den beobachteten ENSO, allerdings mit größerer Regelmäßigkeit), und sie erfassten den Zeitpunkt der stärksten Erwärmung gegen Ende des Kalenderjahres recht realistisch.

Diese Erfolge bei der Modellierung erlaubten es, die den ENSO-Prozessen zu Grunde liegenden physikalischen Prozesse aufzuzeigen und sie bereiteten den Boden, die Vorhersagbarkeit von ENSO ins Auge zu fassen. In rascher Aufeinanderfolge präsentierte eine Anzahl von Studien eine verfeinerte theoretische Interpretation der ursprünglichen Modellergebnisse, besonders bei den Mechanismen, die für die quasi-regelmäßige mehrjährige ENSO-Oszillation. Suarez und Schopf (1988) und Battisti und Hirst (1989) wiesen nach, dass (ostwärts gerichtete) westliche Windanomalien im Zentralpazifik sowohl Kelvin-Wellen erzeugen, die sich ostwärts ausbreiten und in der Ausbreitungszone die Thermokline absenken, als auch westwärts gerichtete Rossby-Wellen, die auf ihrem Weg die Thermokline wieder anheben. Dann werden die Rossby-Wellen von der westlichen Umrandung des Ozeanbeckens reflektiert und setzen sich nach Osten als Kelvin-Wellen fort, welche ihrerseits eine Anhebung der Thermokline im äquatorialen Ostpazifik bewirken und die ursprüngliche Erwärmung der SST etwa 6 Monate nach dem Beginn der initialen SST-Erwärmung im Osten wieder umkehren - eine Art von verzögerter negativer Rückkopplung. So entstand die zentrale Auffassung, dass die positive (Bjerknes) Rückkopplung in Verbindung mit diesem verzögerten negativen Feedbackprozess zu einer ENSO-Oszillation führen kann, wie sie real beobachtet wurde. Diese sogenannte ‚delayed oscillator theory‘ und Varianten, die aus ihr entwickelt wurden, sind die Haupterrungenschaften der TOGA-Periode (Neelin 1998).

Schon vor den eben beschriebenen Studien zur Modellierung gab es Anstrengungen um El Niño mit Hilfe von statistischen Verfahren vorherzusagen. Die Erfolge bei der Simulation von ENSO mit den ersten gekoppelten Modellen war dann die Motivation für eine neue Runde von Anstrengungen, die auf diesen Werkzeugen basierten. Cane et al. (1986) waren die ersten, die die Fähigkeit zur Vorhersage von ENSO-Bedingungen mit mehreren Jahreszeiten Vorlauf mit Hilfe eines vollständig gekoppelten Modells demonstrierten.

Nach diesen frühen Erfolgen wurde eine ganze Reihe von Modellen zur ENSO-Vorhersage mit unterschiedlicher Komplexität entwickelt. Diese Modelle können in drei Kategorien unterteilt werden: Rein statistische Modelle (Barnston 1992), hybride Modelle mit physikalischen Ozean und statistischen Atmosphärendaten (Barnett 1993), vollständig gekoppelte Modelle mit physikalischen Ozean- und Atmosphäredaten. Heute (2014) laufen weltweit an Forschungszentren über 20 ENSO-Vorhersagesysteme auf Routinebasis (Tippett 2012).

Überprüfungen der Zuverlässigkeit von Vorhersagen haben diesbezüglich eine leichte Überlegenheit der dynamischen gegenüber den statistischen Modellen ergeben. Insgesamt schwankt die Zuverlässigkeit über die Jahre und hat nach einer Phase tendenzieller Qualitätszunahme in jüngerer Zeit an Verlässlichkeit verloren (Zebiak 2015), möglicherweise eine Folge der eingetretenen größeren Variabilität von ENSO (Barnston 2012) oder auch beeinflusst durch den Klimawandel. Auch ist die zusätzliche und für ENSO-Prognosen erschwerende Rolle der regionalen Klimamuster noch Gegenstand der Forschung. Die Fehlprognosen des Jahres 2014, mit denen ein El Niño vorhergesagt war und der unerwartete Aufzug des starken Warmereignisses von 2015 haben die Fachwelt nach ihrer jahrzehntelangen Forschungsarbeit sehr verunsichert (McPhaden 2015).

Dennoch fällt es schwer, die Arbeiten bezüglich ENSO zu hoch einzuschätzen, da sie zum ersten Mal das Vorhersagepotenzial einiger Klima-/Wettercharakteristika über einen längeren Zeitraum (d.h. 1-3 Jahreszeiten) demonstrierten. So verspricht man sich auf der Grundlage dieser Erfahrungen ein großes Potenzial für die Vorhersagbarkeit des saisonalen Klimas in bestimmten Regionen. Für viele Gebiete ist die saisonale Vorhersagemöglichkeit aber noch bescheiden. Dennoch gibt es bei vielen Wetterdiensten weltweit saisonale Vorhersagen auf operationeller Basis.

Das historische El Niño-Ereignis von 1997/98 vollzog sich vor dem Hintergrund des Wissens um die Mechanismen von ENSO, seine Vorhersagbarkeit und seine Einflüsse auf regionales Klimageschehen (McPhaden 1999). Daraus entstand der dringende Bedarf nach Informationen über die Entwicklung des Ereignisses selbst, wie auch auf damit verbundene Klimabedingungen. Als Reaktion wurden in verschiedenen Regionen der Erde Foren zu Klimaprognosen (Climate Outlook Forum) eingerichtet, in denen Wissenschaftler, Wetterdienste und potenzielle ‚Nutzer‘ von Vorhersageinformationen zusammen trafen, um gemeinsame Vorhersagen zu formulieren und deren Anwendungspotenzial zu propagieren. ( Zebiak et al. 2015).

So hat sich in den letzten 25 Jahren unser Verständnis von ENSO ständig weiterentwickelt, da neue Komplexitätsebenen in der ENSO-Dynamik und -Vorhersagbarkeit erkannt wurden. Das Konzept von El Niño hat sich von einer typischen Abfolge von Phasen vom Beginn über die Reife bis zum Ende zu einem Konzept entwickelt, das die räumlich-zeitliche Komplexität und die unterschiedlichen Klimaauswirkungen berücksichtigt. Wir haben auch erkannt, dass ENSO sich zwar in erster Linie als eine Klimaschwankung von Jahr zu Jahr manifestiert, seine Dynamik jedoch ein breites Spektrum von Prozessen umfasst, die auf Zeitskalen von Wochen bis Jahrzehnten zusammenwirken. Die Vielfalt der Muster, der Amplitude und der zeitlichen Entwicklung dieses Klimaphänomens wird allgemein als ENSO-Komplexität bezeichnet.