Divergenz und Konvergenz

Eine mögliche Erklärung für den Wechsel von El Niño zu La Niña und umgekehrt wird in dem meridionalen Wassertransport beiderseits des Äquators im Ostpazifik gesehen.

Divergenz und Konvergenz

Eine Variante der Delayed-Oscillator-Theorie stellt die Divergenz/Konvergenz-Theorie dar. Als der entscheidende Mechanismus wird bei diesem Konzept die Ansammlung von warmen Wassermassen im zentralen und östlichen Pazifik und als entscheidender Übergangsmechanismus zwischen den verschiedenen Phasen das meridionale Auseinander- und Zusammenfließen von Warmwasser in der Deckschicht des äquatorialen Pazifik gesehen, und zwar nicht nur vor der südamerikanischen Küste, sondern bis hin zur Mitte des Ozean-Beckens. Für diese Theorie spielen weder die Windzirkulation noch der zonale Wellenmechanismus von Kelvin- und Rossbywellen die entscheidende Rolle, sondern die etwa bei 20 oC liegende Grenze zwischen warmem Oberflächenwasser und kaltem Tiefenwasser, die Thermokline. Während normalerweise die Thermokline im Westen deutlich tiefer als im Osten liegt, wo die flache Thermokline den Auftrieb von kaltem Wasser ermöglicht, ist die Thermokline im Ostpazifik während eines El Niños deutlich abgesenkt und liegt während einer La Niña deutlich über dem normalen Niveau. Der Grund liegt für die Divergenz/Konvergenz-Theorie nicht im zonalen Kelvin-Transport, sondern im meridionalen Zu- und Abfluss von warmem Oberflächenwasser in der jeweils vorhergehenden Phase. D.h. die Divergenz von Warmwasser während eines El Niños bereitet das nächste La-Niña-Ereignis vor und die Konvergenz während einer La-Niña das nächste El-Niño-Ereignis.

Darstellung des Divergenz/Konvergenz-Mechanismus
Abb. 1:
Darstellung des Divergenz/Konvergenz-Mechanismus. Gezeigt ist die Divergenzphase, bei der es während eines El-Niño-Ereignisses zum polwärtigen Abfluss von Warmwasser im zentralen und östlichen äquatorialen Pazifik kommt.

Im einzelnen sehen die Zusammenhänge folgendermaßen aus: Eine tiefe Thermokline, im Falle eines El Niños, bewirkt einen leicht erhöhten Meeresspiegel, da der darüber liegende Warmwasserkörpers durch seine geringere Dichte den Meeresspiegel anhebt, und und leitet damit einen polwärtigen Wasser-Transport (Divergenz) ein, eine flache Thermokline entsprechend einen äquatorwärtigen Transport (Konvergenz). Hinzu kommt, dass sich bei tiefer Thermokline über dem Warmwasser im Ostpazifik Konvektion und Niederschlag verstärken und dieser den Salzgehalt des Oberflächenwassers senkt und damit seine Dichte weiter verringert. Die zum El Niño führende positive Rückkopplung, wonach eine warme Meeresoberflächentemperatur durch Abschwächung der Ostwinde weiter erwärmt wird usw., wird letztlich durch durch den Effekt der Divergenz von Warmwasser übertroffen. Der divergierende, polwärts gerichtete Warmwassertransport während eines El Niños wird so zum Anfang des Endes von El Niño und leitet die entgegengesetzte Phase, eine La Niña, ein. Denn der divergierende Transport von Warmwasser entzieht dem äquatorialen Pazifik Energie, verringert den Warmwasserkörper und hebt die Thermokline an, wodurch der Auftrieb von kaltem Tiefenwasser wieder leichter möglich wird. Das Absinken der Meeresoberflächentemperatur verstärkt östliche Winde (Passate), die den Auftrieb von Kaltwasser weiter befördern usw. Bei einer La Niña bereiten die umgekehrten Prozesse einen neuen El Niño vor. Die ausgeprägte Kaltwasserzunge ist mit einer Absenkung des Meeresspiegels verbunden. Die Folge ist ein meridionaler Transport von warmem Wasser Richtung Äquator, der über Rückkopplungen mit den sich abschwächenden Passatwinden die Erwärmung des Oberflächenwassers, eine Absenkung der Thermokline und damit den nächsten El Niño einleitet.

Jüngere Beobachtungen über nahezu zwei Jahrzehnte Warmwassertransport entlang des äquatorialen Pazifik (Meinen, McPhaden) bestätigten weitgehend die Phasen der Divergenz/Konvergenz-Theorie. Erkennbar war deutlich die Phasen-Folge: Konvergenz -> El Niño -> Divergenz -> La Niña. Zumindest der größte Teil des Zyklus zeigte auch miteinander verbundene Amplituden: Auf eine starke Konvergenz folgt eine hohe El-Niño-SST-Anomalie und anschließend eine starke Divergenz.1 Andererseits zeigte sich nur ein schwacher Zusammenhang zwischen der Stärke der Divergenz und der nachfolgenden La Niña und überhaupt keine Verbindung zwischen der Amplitude der La-Niña-Anomalien und der der nachfolgenden Konvergenz oder des folgenden El-Niño-Ereignisses. Der Übergang von einer Phase in die andere fand nicht in der erwarteten Regelmäßigkeit statt. Das ließ an der Zwangsläufigkeit des Systems Zweifel entstehen und die Frage aufkommen, ob ENSO ein Zyklus oder eine Serie von Ereignissen sei.2

Anmerkungen:
1.
Meinen, C.S., and M.J. McPhaden (2000): Observations of Warm Water Volume Changes in the Equatorial Pacific and Their Relationship to El Niño and La Niña, Journal of Climate 13, 3551-3559
2. Kessler, W.S. (2002): Is ENSO a cycle or a series of events?, Geophysical Research Letters 29, 40-1 bis 40-4

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