Das ENSO-Phänomen

ENSO-Indizes

Zur Überwachung, Bewertung (historischer Vergleich) und Vorhersage von ENSO-Bedingungen, werden verschiedene Indizes herangezogen. Sie helfen bei der Bestimmung, wann ein ENSO-Ereignis "ausgerufen" wird. Diese Ausrufungen sind oft der Auslöser für frühzeitige Maßnahmen in Erwartung der erwarteten Klimabedingungen. Im Jahr 2015 beispielsweise nahmen kenianische Meteorologen den von den WMO Global Producing Centres of Long-Range Forecasts (GPCs) vorhergesagten "starken El Niño" zur Kenntnis und alarmierten die Öffentlichkeit und die zuständigen Ministerien. So wurden beispielsweise Gesundheits- und Landwirtschaftsministerien gewarnt, damit sie sich auf Überschwemmungen einstellen und die möglichen Auswirkungen reduzieren konnten. Zusätzlich zu den Maßnahmen der Regierung mobilisierten humanitäre Organisationen wie das Rote Kreuz frühzeitig Maßnahmen zur Begrenzung möglicher Schäden. Trotz der unvollkommenen Korrelation zwischen der Stärke von El Niño, der Telekonnektivität von Extremereignissen und den humanitären Auswirkungen verwechseln die Menschen diese Parameter oft und handeln eher, wenn das Ereignis als "stark" bezeichnet wird. In diesem Fall lag der Niederschlag in ganz Kenia tatsächlich 35 % über dem Durchschnitt, aber nur wenige lokale Extremniederschläge verursachten Schäden.

Eine Reihe von Indizes bezieht sich auf den Ozean und basiert auf großflächigen Durchschnittswerten der Anomalien der Meeresoberflächentemperatur, wobei die Anomalie als Abweichung von einem 30-jährigen klimatologischen Durchschnitt definiert ist. Die am häufigsten verwendeten Regionen zur Berechnung dieser Anomalien sind Niño-1+2 (0°-10°S, 80°-90°W), Niño-3 (5°N-5°S, 90°-150°W), Niño-3.4 (5°N-5°S, 120°-170°W) und Niño-4 (5°N-5°S, 150°W-160°E) (Abbildung unten). Niño-1+2 erfasst die Variabilität in der Nähe der südamerikanischen Küste, Niño-3 erfasst die Variabilität in der äquatorialen Kaltluftzunge des östlichen Pazifiks und Niño-4 erfasst die Variabilität weiter westlich im Warmwasserkörper (warm pool). Die Indexregionen Niño-1+2, Niño-3 und Niño-4 wurden vom Climate Diagnostics Center der NOAA (später Climate Prediction Center) im Jahr 1982 entwickelt und werden seitdem zur Echtzeitüberwachung der sich entwickelnden ENSO-Bedingungen eingesetzt.

Die Niño-3.4-Region, die sich mit den Niño-3- und Niño-4-Regionen überschneidet, wurde erst später hinzugefügt, und zwar aufgrund ihrer hohen Korrelation mit dem Southern Oscillation Index (s.u.) und der Stärke ihrer Korrelation mit ENSO-bezogenen Klimaanomalien in der ganzen Welt. Der Oceanic Niño Index (ONI) der NOAA verwendet einen fortlaufenden Dreimonatsdurchschnitt der Niño-3.4-SST, um die Entwicklung von El Niño- und La Niña-Ereignissen zu verfolgen. Der Drei-Monats-Durchschnitt wurde entwickelt, um signifikante Schwankungen von Monat zu Monat herauszufiltern, die im tropischen Pazifik auftreten, um ein klareres Bild der sich entwickelnden ENSO-Bedingungen zu erhalten. Die NOAA stuft ein Ereignis als El Niño ein, wenn der ONI in fünf oder mehr aufeinanderfolgenden Monaten über 0,5°C steigt, und als La Niña, wenn er in fünf oder mehr aufeinanderfolgenden Monaten unter -0,5°C fällt.

Ein weiterer häufig verwendeter Index zur Charakterisierung des Zustands der Atmosphäre ist der Southern Oscillation Index (SOI). Dieser Index basiert auf den Anomalien einer 30-jährigen Klimatologie des Oberflächenluftdrucks in Tahiti, Französisch-Polynesien (17° 39'S, 149° 28'W), abzüglich des Luftdrucks in Darwin, Nordaustralien (12° 28'S, 130° 51'E), nach Normierung durch die jeweiligen Standardabweichungen an jeder Station. Tahiti und Darwin sind so gelegen, dass sie die Schwankung des atmosphärischen Drucks zwischen der östlichen und westlichen Hemisphäre zu erfassen. Der Druckunterschied zwischen Tahiti und Darwin ist ein Maß für die Stärke der Passatwinde, da die Oberflächenwinde in niedrigen Breiten tendenziell dem Druckgradienten folgen. Wenn also der Luftdruck auf Tahiti relativ zu Darwin hoch ist (positiver SOI), sind die Passatwinde stärker als normal, und wenn der Luftdruck auf Tahiti relativ zu Darwin niedrig ist (negativer SOI), sind die Passatwinde schwächer als normal.

Das Nationale Klimazentrum (NCC) von Australien verwendet den NINO3.4 Index zur Klassifizierung der ENSO-Bedingungen. Der NINO3.4-Index ist definiert als der Durchschnitt der SST-Anomalien über der Region 5°N - 5°S und 170° - 120°W. Das NCC stuft die NINO3.4-Temperaturanomalie als "warm" ein, wenn sie 0,8°C überschreitet, was etwa einer Standardabweichung über dem Durchschnitt entspricht. Analog dazu werden Anomalievorhersagen unter -0,8°C als "kühl" eingestuft, während die Werte dazwischen als "neutral" gelten.

Ein Maß dafür, wie stark Ozean und Atmosphäre auf ENSO-Zeitskalen gekoppelt sind, ist die sehr deutliche Anti-Korrelation zwischen dem SOI und der Niño-3.4-SST (s. Abb. oben). Diese Indizes zeigen, dass, wenn die Passatwinde anomal schwach sind (negativer SOI), der Zentralpazifik anomal warm ist (positiver Niño-3.4), Bedingungen, die El Niño definieren. Umgekehrt ist der zentrale Pazifik bei anomal starken Passatwinden (positiver SOI) anomal kalt (negativer Niño-3.4), Bedingungen, die La Niña definieren. Die Zero-Lag-Korrelation zwischen diesen beiden Zeitreihen über die letzten 70 Jahre (seit 1950) beträgt etwa -0,9, was bemerkenswert ist, wenn man bedenkt, dass die beiden Indizes, der eine ozeanisch, der andere atmosphärisch, völlig unabhängig voneinander abgeleitet werden.

Andere ENSO-Indizes wurden für spezielle Zwecke entwickelt, wie der Cold Tongue Index, der auf SST-Anomalien in der Region 6°N-6°S, 90°W-180° basiert, und der Multivariate ENSO-Index, der eine statistische Kombination aus SST, Luftdruck und -temperatur, Oberflächenwinden und Bewölkung verwendet. Darüber hinaus wurden mehrere Indizes entwickelt, um die räumliche Vielfalt der ENSO-SST-Muster zu charakterisieren. Diese letztgenannten Indizes beruhen häufig auf Kombinationen der traditionelleren Niño-Indizes, da kein einzelner Index die gesamte Bandbreite der im ENSO-Zyklus beobachteten Variabilität beschreiben kann.

Diese Indizes werden teilweise von den nationalen Wetterdiensten unterschiedlich berechnet, so dass es keine einheitliche Definition gibt. Auch beziehen sie unterschiedliche Variablen und Kombinationen von Variablen ein.

Beispielsweise variierte im Zeitraum 2015/16 wie in den vorangegangenen Jahren der Zeitpunkt der Aktualisierungen und Erklärungen des El Niño-Status aufgrund unterschiedlicher Datensätze und ENSO-Kriterien und -Schwellen, die von unterschiedlichen regionalen Auswirkungen bestimmt werden. So gibt Peru beispielsweise Prognosen für einen "Küsten-El Niño" heraus, weil die Menge der Regenfälle, die an der Küste niedergehen, sehr empfindlich darauf reagiert, wie warm die an Südamerika angrenzenden Meeresoberflächentemperaturen (SST) werden (z.B. Takahashi 2004). Letztendlich untersucht jedoch jede Behörde ein breites Spektrum von ozeanischen und atmosphärischen Anomalien, um sie in ihre Aktualisierungen einzupflegen. International ist die Niño-3.4 SST-Region im äquatorialen Ost- bis Zentralpazifik vielleicht das häufigste Maß für ENSO, da diese Region stark mit der darüber liegenden Atmosphäre (z.B. Barnston et al. 1997) und mit globalen Telekonnektionen gekoppelt ist. Dieser Index wird auch tendenziell für operationelle Darstellungen genutzt.

ENSO ist ein weitläufiges, vielschichtiges und gekoppeltes Ozean-Atmosphäre-Phänomen, das jedes Land auf eine andere Weise betrifft. Die folgende Tabelle fasst die aktuellen El Niño-Definitionen und die damit verbundenen Überwachungs-, Warn- und Alarmstufen zusammen. Diese werden in Verbindung mit den nationalen ENSO-Updates eingesetzt.