ENSO als "Wärmepumpe"

Möglicherweise haben El-Niño-Ereignisse nicht nur in ihren Auswirkungen globale Bedeutung, sondern sind auch wesentlich an der Umverteilung von Energie im globalen  Klimasystem beteiligt.

ENSO als "Wärmepumpe"

Ein weitergehendes Verständnis des ENSO-Mechanismus erlaubt die These von ENSO als "Wärmepumpe", die die Schwankung des äquatorialen Pazifik in einen größeren Zusammenhang stellt und ihr eine wichtige Funktion in der globalen Energieverteilung zuspricht. Danach sind El-Niño-Ereignisse entscheidend an dem Transport von Energie aus den Gebieten mit hoher Einstrahlung in niederen Breiten in die höheren Breiten beteiligt und tragen so zum Energieausgleich auf der Erde bei. Das durch hohe Einstrahlung besonders stark erwärmte Wasser des östlichen äquatorialen Pazifik wird hiernach durch die "normale" westwärtige Strömung und besonders durch La-Niña-Phasen an den westlichen äquatorialen Pazifikrand getrieben; bei El-Niño-Ereignissen wird die Wärme abgebaut und in höhere Breiten verteilt. Dieses Konzept stützt sich im wesentlichen auf Beobachtungen, deren Interpretation durch Modellrechnungen untermauert wurden.1

Wärmegehalts der ozeanischen Deckschicht und Meeresoberflächentemperatur (SST) in der Nino3-Regio
Abb. 1:
Abweichungen des Wärmegehalts der ozeanischen Deckschicht (oberhalb 260m Tiefe) im westlichen Pazifik (120-170 oO) vom Mittel, Anomalien der Meeresoberflächentemperatur (SST) in der Nino3-Region und polwärtiger Wärmetransport aus der äquatorialen Zone (blaue Pfeile)2

Der Mechanismus sieht folgendermaßen aus: Der Pazifik wird durch die Sonneneinstrahlung in der äquatorialen Region stark erhitzt und in höheren Breiten abgekühlt. Daraus folgt ein Wärmetransport aus niederen in höhere Breiten. Dieser Transport geschieht eher episodisch als stetig. Und dieser episodische Transport wird primär durch El Niño geleistet. Allen El Niños ist der Aufbau eines Wärmepools im westlichen äquatorialen Pazifik vorhergegangen. Bei den "Jahrhundert"-El-Niños von 1982/83 und 1997/98 war das am stärksten der Fall. Alle El Niños wurden durch einen Abbau dieses Wärmepools durch einen ungewöhnlichen Wärmetransport nach Osten eingeleitet, auf den während eines El Niños ein polwärtiger Transport folgte. Es scheint also, dass El Niño als Regulator des Wärmegehalts im oberen Ozean fungiert. Je höher der Aufbau von Wärme im äquatorialen Westpazifik, desto stärker ist die nachfolgende El-Niño-Erwärmung und desto stärker der polwärtige Wärmetransport und konsequenterweise der Wärmeverlust im westlichen und im gesamten äquatorialen Pazifik. El Niños regeln also den Abbau des Wärmepools im westlichen äquatorialen Pazifik und fungieren damit zugleich als als Stabilisator des Systems.

ENSO als globale Wärmepumpe
Abb. 2:
ENSO als globale Wärmepumpe: Die durch hohe Einstrahlung entstehende Wärme im Ostpazifik wird in La-Niña- und "normalen" Phasen nach Westen abtransportiert. Der hier entstehende Wärmepool wird zu Beginn eines El Niños nach Osten verfrachtet und anschließend polwärts verteilt.

Die äquatoriale Kaltzunge im östlichen Pazifik korrespondiert mit einem lokalen Maximum an solarer Einstrahlung in den Ozean. Der Grund liegt in dem absteigende Ast der Walker-Zirkulation, dessen trockene Atmosphäre ein Maximum an Sonneneinstrahlung in Breiten erlaubt, in denen normalerweise Konvektion und Kondensation die Erdoberfläche vor der Solarstrahlung stark abschirmen. Andererseits sorgt das kalte Auftriebswasser dafür, dass weniger Wärme durch Verdunstung verloren geht als in Warmwasserregionen. Die Einstrahlungsenergie im östlichen Pazifik wird durch westlich gerichtete Strömungen unmittelbar in den westlichen Pazifik transportiert, besonders stark während eines La-Niña-Ereignisses. Je stärker der äquatoriale zonale SST-Kontrast, desto stärker der zonale Wind, der die zusätzliche, an der Oberfläche des östlichen Pazifik empfangene Wärme in die Deckschicht des westlichen Pazifik drückt und dabei die Thermoklinenneigung verstärkt und die Thermokline im Westen vertieft. Die nachfolgende schnelle zonale Umverteilung von Wärme resultiert in einer thermalen Struktur, die den polwärtigen Wärmetransport quer über das ozeanische Becken verstärkt. Die starke Wärmeabgabe während eines El Niño stürzt das System in einen kalten Status, und der ENSO-Zyklus startet erneut.

Anmerkungen:
1. Sun, D.-Z. (2003): A Possible Effect of an Increase in the Warm-Pool SST on the Magnitude of El Niño Warming, Journal of Climate 16, 185-205
2. Eigene Darstellung nach Sun, D.-Z. (2003): A Possible Effect of an Increase in the Warm-Pool SST on the Magnitude of El Niño Warming, Journal of Climate 16, 185-205

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