Das ENSO-Phänomen

Meerestemperatur

Die durchschnittliche Meerestemperatur beträgt 3,8 °C; sogar am Äquator beträgt die Durchschnitttemperatur der gesamten Wassersäule lediglich 4,9 °C. Die Schicht, in der die Temperatur rasch mit zunehmender Tiefe abnimmt, befindet sich in einem Bereich mit Temperaturen von 8-15 °C und wird als Thermokline bezeichnet. In den Tropen befindet sich dieser Bereich in einer Wassertiefe von 150 - 400 m und von 400 - 1.000 m in den Subtropen.

In vielen Ozeanregionen nehmen sowohl die Temperatur wie auch die Salinität mit der Tiefe ab. Eine Temperaturabnahme bewirkt eine Dichtezunahme, folglich führt die gegebene Temperaturschichtung zu einer stabilen Dichteschichtung. Anderseits bewirkt eine Salinitätsabnahme eine Abnahme der Dichte, was zu einer unstabilen Dichteschichtung führen würde. Da aber im Meer die Auswirkung einer Temperaturabnahme stärker ist als der Effekt einer Salinitätsabnahme, ist der Ozean stabil geschichtet.

Die durch die Zunahme der Treibhausgase im Erdsystem vermehrt gespeicherte Wärme wird zum allergrößten Teil, nämlich zu über 90 %, vom Ozean aufgenommen. Der Ozean ist durch seine großes Volumen und seine hohe Wärmekapazität mit Abstand das größte Wärme-Reservoir im Klimasystem. Die Wärmeaufnahme durch den Ozean stellt daher einen Puffer bei Klimaänderungen dar und verlangsamt im gegenwärtigen Klimawandel deutlich die Erwärmungsrate der Atmosphäre. Nach dem IPCC-Bericht von 2013 gilt als sicher, dass die oberen Ozeanbereiche (oberhalb von 700 m) im Zeitraum von 1971 bis 2010 sich erwärmt haben, und es ist wahrscheinlich, dass es auch von 1870 bis 1971 eine Erwärmung gab. Die stärkste Erwärmung wurde nahe der Meeresoberfläche gefunden (0,11 °C pro Dekade in den oberen 75 m in den Jahren 1971 bis 2010), eine Temperaturerhöhung, die bis in 700 m Tiefe bis auf 0,015 °C pro Dekade abnahm.

Meeresoberflächentemperatur
Zur Meereoberflächentemperatur (engl. Sea Surface Temperature; SST) gibt es viele Definitionen, insbesondere als die Mächtigkeit der "Meeresoberfläche" nicht einheitlich bestimmt ist und mit weniger als einem mm bis zu einigen m angegeben wird. Oft erfolgt die Definition in Abhängigkeit vom Messverfahren bzw. vom eingesetzten Sensor und damit auch von der Messtiefe.

Gemeinhin sieht man die Meeresoberflächentemperatur als die kalorische Mitteltemperatur in den obersten paar Metern des Ozeans, wird von Schiffen, Bojen und Fischloggern gemessen. Die Schiffsmessungen wechselten in den 1940er Jahren von Messungen von Wasserproben in Kübeln in den meisten Fällen auf Proben von Maschinenansaugwasser.

Seit den 1980er Jahren stammt der Großteil der SST-Informationen von Satelliten durch Messungen der „Hauttemperatur“ (engl. SSTskin; die oberste, einen Bruchteil eines Millimeters dicke Schicht) im Infrarotbereich oder ungefähr des obersten Zentimeters im Mikrowellenbereich, sie müssen aber abgeglichen werden, um mit der kalorischen Mitteltemperatur verglichen werden zu können.

Eine wesentliche Errungenschaft bei der Verbreitung von SST, die durch Satelliten ermittelt wurden, liegt in der Arbeit des Projekts High Resolution Sea Surface Temperature (GHRSST). Das Projekt stellt alle SST-Datensätze in einem gemeinsamen Format zur Verfügung, das einen leichten Zugang über verschiedene Computer-Plattformen und Betriebssystem hinweg ermöglicht.

Die Meereoberflächentemperatur wird global durch den Wärmeüberschuss der Tropen gegenüber den höheren Breiten bestimmt, die sich durch die höhere Sonneneinstrahlung in den Tropen ergibt. Dies führt zu einer Differenz der SST zwischen Äquator und Polen von ca. 30 °C. In den Tropen, inklusive des tropischen Pazifiks, beträgt die höchste SST um 28 °C, maximal 30 °C. Dies ist beträchtlich kühler als die üblicherweise auf Land gemessene Höchsttemperatur von ca. 50 °C. Es wird angenommen, dass der wichtigste Regulationsmechanismus hinsichtlich der maximalen Ozeantemperaturen die Wolkenbildung ist. Die Wolkenbildung nimmt bei Wassertemperaturen von über 27,5 °C deutlich zu. Die dichtere Wolkendecke verstärkt die Albedo, welche die Menge der Sonnenstrahlung, die die Erde erreicht, reduziert und so eine weitere Erhöhung der SST verhindert.
Die Minimumtemperatur des Wassers an der Meeresoberfläche beträgt - 1,8 °C, der Wert, bei dem Meerwasser gefriert.

Meerestemperatur unterhalb der Oberfläche
Die globale Meerestemperatur unterhalb der Oberfläche wird vornehmlich durch fest verankerte Bojen (engl. "moorings") und Treibbojen (engl. "drifter") erhoben. Moorings eignen sich speziell zur Erstellung von Zeitserien entlang der Wassersäule an einem mit Koordinaten genau bestimmten Ort. Die Mehrzahl der Meerestemperaturdaten werden von Driftern ermittelt. Es gibt aktuell über 3000 Drifter in den Weltmeeren. Drifter werden gewöhnlich an einem bestimmten Ort ausgesetzt und sinken dann zu einer vorbestimmten Tiefe, wo sie Zeitserien der Wassertemperatur aufzeichnen während sie in dieser Tiefe mit der Strömung triben. Wenn in einem bestimmte Gebiet Unterwassertemperaturen erhoben werden sollen können autonome Gleiter oder Fahrzeuge mit Propellerantrieb eingesetzt werden. Sie sind neben den Temperatursensoren auch mit Sensoren für die Tiefen- und Salinitätsmessung ausgerüstet, sowie mit Uhren und GPS-Empfängern.

Durchschnittliche Monatstemperaturen (°C) für Dezember 1998 (La Niña-Bedingungen), Dezember 1993 (Normalbedingungen) und Dezember 1997 (El Niño-Bedingungen) La Niña ist durch ungewöhnlich kühle Meerestemperaturen im äquatorialen Pazifik gekennzeichnet. El Niño ist durch ungewöhnlich warme Meerestemperaturen im äquatorialen Pazifik gekennzeichnet. Quelle: NOAA - TAO Project Office

Temperaturverhältnisse im tropischen Pazifik
Im tropischen Pazifik besitzt die SST keine einheitlichen Werte. Ein großer Warmwasserkörper ("warm pool") befindet sich im zentralen und westlichen Pazifik mit einem Ausläufer in den östlichen Indik. Das Oberflächenwasser im äquatorialen Ostpazifik ist einige Grad kühler als im Westen. Die thermische Vertikalstruktur des oberen Ozeans ist für diese Unterschiede verantwortlich. Im Westpazifik ist die Oberflächenschicht gut gemischt, ca. 100 m mächtig und über 28 °C warm. Direkt unter dieser Oberflächenschicht, im Bereich der Thermokline, nimmt die Temperatur rasch ab. Im zentralen und östlichen Pazifik ist die Oberflächenschicht flacher, weshalb kühleres Wasser und auch die Thermokline dichter an der Oberfläche zu finden sind. Auftriebsvorgänge im östlichen Pazifik bringt dieses kühlere Wasser an die Oberfläche und schaffen so die äquatoriale Kaltwasserzunge. Auftriebsvorgänge sind im Westpazifik schwächer als im Osten und bringen überdies nur warmes Wasser an die Oberfläche.

Auftriebsgebiete befinden sich entlang der Westküste Südamerikas vor Ecuador und Peru vor der Westküste von Mittel- und Nordamerika. Als Folge der Auftriebsvorgänge und der äquatorwärts fließenden Meeresströmungen sind die SST vor diesen Küsten relativ niedrig.

Unter der Meeresoberfläche nimmt die Temperatur bis zum Ozeanboden ab. Die deutlichste Abnahme vollzieht sich in den oberen 500 Metern, speziell in der Thermokline. Darunter ist die Veränderung nur noch graduell. In den größten Tiefen des tropischen Pazifik beträgt die Temperatur ca. 1,2 °C. Die Ausgangstemperatur und auch die Salinität allen Ozeanwassers wird an der Oberfläche festgelegt. Die Verteilung der SST zeigt, dass Wasser, das kälter als etwa 18 °C ist, aus Breiten über ca. 30° kommt. Wasser mit Temperaturen von etwa 4-6 °C kommt aus Breiten von ca. 40-45° N/S. Die kältesten Wasser entstammen der Antarktisregion. Diese südhemisphärischen Wassermassen, die den Pazifik unterhalb von 1.000 bis 1.500 m ausfüllen, sind Teil einer Zirkulation, die alle Ozeane durchströmt. Die tiefsten Wassermassen entstammen dem Weddell- und dem Rossmeer (Antarktis) und der Grönlandsee direkt nördlich des Nordatlantiks. Der Nordpazifik produziert solches Tiefenwasser nicht selbst, daher hat sein Tiefenwasser ungefähr 500 Jahre gebraucht um in den Nordpazifik zu gelangen und auch nur gering weniger zu den Tiefen des äquatorialen Pazifiks. Wassermassen, die lange Zeit weit von den Einflüssen an der Oberfläche entfernt sind (Erwärmen/Abkühlen, Verdunstung/Niederschlag) sind ziemlich homogen, da sie sich untereinander vermischen. Aus diesem Grunde enthält der tiefe Pazifik große Wassermengen mit relativ einheitlichen Temperaturen und Salzgehalten.

Meereoberflächentemperatur werden mit Hilfe satellitenbasierter Infrarot- und Mikrowellen-Altimeter gemessen, sowie mit in-situ-Methoden wie Treibbojen, profilierenden Treibkörpern (ARGO), verankerte Bojen, Instrumenten auf sog. "ships of opportunity" der Kriegs- und Handelsmarinen, die sich auf freiwilliger Basis an Klimabeobachtungsprogrammen beteiligen.