Das ENSO-Phänomen

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ENSO-Lexikon

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Radiokarbonmethode

Syn. 14C-Datierung; physikalisches Verfahren zur absoluten Altersbestimmung; es basiert auf dem Zerfall des radioaktiven Kohlenstoff-Isotops 14C, eines kosmogenen Nuklids. Dieses verteilt sich in der Atmosphäre und unterliegt dem Zerfall, sodass sich eine Gleichgewichtskonzentration einstellt. Entsprechend assimilieren Organismen das 14C. Nach deren Absterben zerfällt es mit der Zeit ohne Nachlieferung bei konstanter Rate (Halbwertszeit von 5730±40 Jahre). Auch Sedimente nehmen 14C durch Carbonatausfällung auf. Als datierbare Materialien eignen sich alle Organika (bes. Holz, Knochen), Kalkfossilien, Travertin, Keramik, Eis und Grundwasser.

Für die Messung wird der Kohlenstoff einer Probe extrahiert und die 14C-Konzentration entweder indirekt als Beta-Strahlung oder durch Direktmessung (Beschleunigungsmassenspektrometrie, AMS) erfasst. Probleme ergeben sich aus Messungenauigkeiten, durch Kontamination der Probe mit älterem oder jüngerem Kohlenstoff und daraus, dass die primäre Produktion im Laufe der Erdgeschichte nicht konstant war, was eine Eichkurve nötig macht (Dendrochronologie). Aufgrund dieser Probleme und der exponentiellen Zerfallskurve des 14C ist der erfassbare Zeitraum auf 30-50.000 Jahre, in günstigsten Fällen etwas mehr, beschränkt. Präzise Eichkurven gibt es für ca. 12.000 Jahre. Innerhalb dieses Zeitraums können Alter in kalibrierte Daten (Kalenderjahre) umgerechnet werden.

Radiolarien

Radiolarien oder Strahlentierchen sind planktonische Organismen der Meere, die ein filigranes, kugeliges, mützen- bis helmförmiges Skelett aus biogenem Opal besitzen. Ihre Größe reicht im Allgemeinen von 0,07-0,5 mm und erreicht nur selten 1 cm. Endo- und Ektoplasma sind durch eine Zentralkapselmembran getrennt. Das Skelett wird vom äußeren Ektoplasma gebildet. Neben Formen mit einem massiven Skelett gibt es solche ganz ohne Skelett oder mit isolierten Spiculae. Das Schweben im Meerwasser wird durch Öltröpfchen im Plasma sowie durch Schwebstacheln erleichtert.

Radiolarien leben sowohl im durchlichteten Oberflächenwasser als auch in tieferen Meeresbereichen, so dass rezent anhand unterschiedlicher Arten eine Tiefenzonierung der Meere abzulesen ist. Die Vielfalt der Radiolarien ist in warmen Gewässern besonders groß; in Polnähe ist die Artenzahl gering. In Anpassung an die geringere Dichte des warmen Wassers sind die darin lebenden Formen fragiler gebaut als die schlankeren und derberen Kaltwasserformen.

Marine Radiolarien

Marine Radiolarien

Eine mikroskopische Aufnahme, die die kieselhaltigen Skelette von zehn Arten mariner Radiolarien zeigt. Dieses Bild wurde invertiert, um Details hervorzuheben. Nach ihrem Absterben können ihre Skelette kieselhaltige Meeressedimente bilden, die als Radiolarienschlamm bekannt sind.

Quelle: USGS

Reanalyse

Bezeichnung für die Neuberechnung der Analysen einiger Jahre bis Jahrzehnte in der Vergangenheit, unter Einbezug aller jetzt vorliegenden Beobachtungen mit einem modernen Modell. Dabei werden alle verfügbaren Daten, sowohl aus dem Ozean als auch aus der Atmosphäre, gesammelt und in ein dynamisches numerisches Modell aufgenommen, so dass sie zu einem Satz von Schätzwerten an vielen Rasterpunkten (Schnittpunkte von Breiten- und Längengraden) führen, auch wenn die Originaldaten möglicherweise nicht genau für diese Rasterpunkte bestimmt sind.

Dabei werden nicht nur die Interpolation und Extrapolation aus den tatsächlich verfügbaren Daten, mit denen die Werte an allen Netzpunkten ermittelt werden, sondern auch die erwarteten physikalischen Zusammenhänge innerhalb und zwischen verschiedenen variablen Feldern (wie Luftdruck und Wind) berücksichtigt.
Eine Reanalyse kann als eine Datenrekonstruktion betrachtet werden, wenn nur ein Teil der Daten ursprünglich verfügbar ist und die Modelldynamik genutzt wird, um ihren Einfluss auf andere Standorte auszudehnen. Die SST-Daten der frühen Jahrzehnte (Abb. 3 und Abb. 6 in McPhaden 2015) werden auf diese Weise erzeugt. Während von Daten, die auf einer Reanalyse basieren, nicht erwartet wird, dass sie so genau sind wie die tatsächlich gemessenen Daten (zumindest in Regionen, in denen die ursprünglichen Messungen fehlen), sind sie in der Regel ungefähr korrekt.

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Red Tide

Ein eher populärer Ausdruck für eine - oft schädliche - Variante (Harmful Algal Bloom) der Algenblüte wenn diese durch bestimmte Arten von Dinoflagellaten verursacht werden und die Blüte eine rote oder braune Farbe annimmt. Bei solchen Ereignissen vermehren sich die beteiligten Algen natürlicherweise in der Wassersäule von Mündungsbereichen im Meer oder auch im Süßwasser. Besonders häufig ist dann eine anomal hohe Konzentration der Alge Karenia brevis. Dieser Organismus produziert ein Toxin, das das zentrale Nervensystem beeinträchtigt, sie dadurch lähmt und ihr Atmen verhindert.
Zum Ausbruch einer Red Tide ist die Kombination bestimmter Temperatur- und Salinitätswerte sowie bestimmte Nährstoffkonzentrationen nötig, wobei die genauen Zusammenhänge noch ungeklärt sind. Teilweise können auch anthropogene Nährstoffeinträge in Gewässer ursächlich sein.
Der korrektere und bei Wissenschaftlern gebräuchliche Begriff für schädliche Algenblüten ist harmful algal bloom, denn

Red Tide, NZ

Red Tide

Eine nicht-toxische rote Algenblüte von Noctiluca scintillans in Neuseeland. Auch solche Algenblüten können umfangreiches Pflanzen- und Tiersterben in flachen Gewässern auslösen, wenn die Biomasse der Blüte abstirbt, zersetzt wird und dabei dem Wasser Sauerstoff entzogen wird.

Quelle: Woods Hole Oceanographic Institute

REDD+

Engl. Akronym für Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation and the role of conversation, sustainable management of forests and enhancement of forest carbon stocks in developing countries, dt. etwa „Verringerung von Emissionen aus Entwaldung und Waldschädigung sowie die Rolle des Waldschutzes, der nachhaltigen Waldbewirtschaftung und des Ausbaus des Kohlenstoffspeichers Wald in Entwicklungsländern“,  ein seit 2005 auf den Verhandlungen der internationalen Klimarahmenkonvention (UNFCCC, United Nations Framework Convention on Climate Change) diskutiertes Konzept, mit dem der Schutz von Wäldern als Kohlenstoffspeicher finanziell attraktiv gemacht werden soll.

Laut IPCC stammen über 17 % der weltweiten anthropogenen Treibhausgasemissionen aus dem Forstsektor. Besonders bedeutsam für den Klimaschutz sind dabei die tropischen Regen- und Feuchtwälder, deren Kohlenstoffbilanz eine sehr hohe Speicherung gewährleistet. Die tropischen Wälder umfassen ca. 40 % des terrestrischen Kohlenstoffs. Ferner akkumulieren tropische Torfgebiete zusätzlichen Kohlenstoff in mächtigen Torflagern, deren Erhalt von intakten Wäldern gewährleistet werden, die auf ihnen stocken (Torfwald). In Südostasien befinden sich die größten bekannten Torfablagerungen in Indonesien, wo ca. 55-58 Gt C unter der Erdoberfläche als Torf gespeichert sind und ca. 18,6 Gt C über der Erdoberfläche als Wald. Gleichzeitig ist Indonesien weltweit einer der größten Kohlenstoffemittenden. Dies liegt überwiegend an der fortschreitenden Degradation und Entwaldung der Torf- und Waldgebiete infolge großskaliger landwirtschaftlicher Erschließungsmaßnahmen und der Ausbeutung der Vorräte an Tropenholz. Zusätzlich kann Brandrodung bei episodisch auftretenden verlängerten Trockenzeiten außer Kontrolle geraten, z.B. während El Niño-Ereignissen evtl. gar in Kombination mit einem positiven IOD-Ereignis wie 1997/98, und zu extremen Kohlenstoff- und Aerosol-Emssionen (tropical haze) führen. Aus diesem Grund ist Indonesien ein vorrangiger Adressat für REDD+-Projekte.

Die Grundidee von REDD+ sind leistungsbasierte Zahlungen für mess- und überprüfbare Emissionsreduzierungen durch Waldschutzmaßnahmen in Entwicklungsländern. Dem in den Wäldern gespeicherten Kohlenstoff wird im REDD+ Modell ein monetärer Wert zugewiesen, damit Wälder bei wirtschaftlichen Entscheidungsprozessen ein höheres finanzielles Gewicht bekommen. Der REDD+ Prozess sieht vor, Waldemissionen zu messen bzw. zu errechnen und anschließend zu bewerten. Hiermit sollen Anreize für die Begrenzung der Waldzerstörung geschaffen werden.

Die Ursachen für Entwaldung und die nicht-nachhaltige Nutzung von Wäldern sind vielfältig und unterscheiden sich von Region zu Region. Während im brasilianischen Amazonasgebiet Wald gerodet wird, um Flächen für den Sojaanbau und die Viehhaltung multinationaler Großkonzerne zu schaffen, sind in Afrika vor allem die übermäßige Entnahme von Feuerholz und die Brandrodung zur Schaffung von Ackerland verantwortlich für den Waldverlust. In Südostasien ist wiederum die Produktion von Palmöl, Kaffee und Holz eine der zentralen Ursachen. Hinter diesen direkten Treibern der Entwaldung stehen häufig indirekte Ursachen, darunter die unzureichende Governance, eine schwache Durchsetzung von Landnutzungspolitiken sowie unklare Besitzverhältnisse.

Eine Studie des Deutschen Evaluierungsinstituts der Entwicklungszusammenarbeit (DEval) aus dem Jahr 2020 zieht eine ernüchternde Zwischenbilanz, nach der das Programm die hohen Erwartungen bislang nicht erfüllen konnte. REDD+ hat aber sowohl zur politischen Aufmerksamkeit wie zu erheblichem Kapazitätsaufbau für den Waldschutz in den beteiligten Ländern beigetragen. Dieser Kapazitätsaufbau einerseits und der Einfluss politischer und wirtschaftlicher Interessen, die der Emissionsreduktion entgegenstehen, andererseits, wurden unterschätzt.

Resilienz

Engl. resilience; die Fähigkeit eines Sozial-, Wirtschafts- oder Ökosystems, Störungen aufzunehmen und gleichzeitig dieselbe Grundstruktur und Funktionsweisen, die Kapazität zur Selbstorganisation sowie die Kapazität, sich an Stress und Veränderungen anzupassen, zu bewahren.

Rift Valley Fieber

Syn. Rifttalfieber; eine durch Arboviren hervorgerufene, fieberhafte Leberentzündung bei Wiederkäuern (Schafe, Ziegen, Rinder, Kamele, Antilopen) im östlichen, südlichen und nördlichen Afrika. Die Viren werden durch tagaktive Stechmücken (vor allem Culex und Aedes) übertragen, welche sich besonders gut in stehendem Wasser entwickeln.  Das Rifttalfieber kann auch auf Menschen übertragen werden. Auch durch Kontakt mit Blut, Organen oder Ausscheidungen infizierter Tiere wie auch über Aerosole beim Schlachten kann es zur Übertragung kommen. Der Verzehr von (nicht-erhitztem) Fleisch oder (unpasteurisierten) Milchprodukten infizierter Tiere kann ebenfalls ein Risiko darstellen.

Symptome des Rifttalfiebers sind vor allem plötzliches Fieber, Nasenausfluss, Durchfall und Übelkeit. Anfang 1998 gab es in Ostafrika einen Ausbruch von Rifttalfieber, der wahrscheinlich durch heftige Regenfälle verursacht wurde. Laut offiziellen (wenn auch ungenauen) Schätzung wurden 89.000 Menschen infiziert, ca. 200 starben, und etwa 90 % der Herdenbestände gingen ein. Dadurch wird der Handel in den betroffenen Regionen beinträchtigt (z. B. ca. 60 Millionen Dollar Verlust in Ostafrika während des Ausbruchs 2006-2007, ca. 17,8 Millionen Dollar Verlust in Südafrika während des Ausbruchs 2010).

Beim Menschen kann sich das RVF sie von einer leichten grippeähnlichen Erkrankung bis hin zu schweren Blutungen manifestieren, aber auch zu Hepatitis, Retinitis (Entzündung der Netzhaut) und Enzephalitis (Entzündung des Gehirns) führen. Die Sterblichkeitsrate beim Menschen schwankt und liegt zwischen 1-35 % der Infizierten. Der Erreger wird als grenzüberschreitender Krankheitserreger von nationaler und internationaler Bedeutung eingestuft und ist für die öffentliche Gesundheit von Bedeutung.

Es gibt Hinweise darauf, dass die starken Regenfälle in Verbindung mit El Niño stehen, insbesondere wenn sich neben dem Pazifik auch der westliche Indik anomal erwärmt.

Rift Valley Fever

Rift Valley Fever

Rift Valley Fieber ist eine Krankheit, die sowohl Menschen als auch Tiere infizieren kann, und Moskitos sind einer der Hauptüberträger der Krankheit.
Im Januar 2007 verlor eine Farm in Ruiru, in der Nähe von Nairobi (Kenia) etwa 80 % ihrer Schafpopulation (rechtes Panel) durch einen Ausbruch von Rift Valley-Fieber. Im Januar 2016 blieben die Schafe trotz nasser Bedingungen und der Zunahme von krankheitsübertragenden Moskitos, die einen ähnlichen Ausbruch begünstigten, gesund (linkes Feld), was zum großen Teil auf Frühwarnung und Frühimpfung zurückzuführen ist.

Quelle: Climate.gov

Während des Zeitraums 2008-2011 führten ENSO-Ereignisse zu Veränderungen der Wetterbedingungen auf der ganzen Welt, die Ausbrüche von Infektionskrankheiten wie das durch Mücken übertragene Rifttalfieber (RVF) in Südafrika auslösten. Diese Visualisierung mit entsprechendem Daten-Dashboard zeigt, wie Anomalien der Meeresoberflächentemperatur (SST) im äquatorialen Pazifik (links) zu Niederschlags- (Mitte) und Vegetationsindexanomalien (rechts) in Südafrika führten. Während La-Niña-Ereignissen kommt es im südlichen Afrika zu anhaltenden und überdurchschnittlichen Niederschlägen, die die Lebensräume der RVF-Mückenvektoren überschwemmen und das Schlüpfen der mit dem RVF-Virus infizierten Eier auslösen. Auf die überdurchschnittlichen Niederschläge folgt eine Zunahme der Vegetation, die geeignete Lebensräume für die Mückenvektoren schafft und damit die Voraussetzungen für einen Ausbruch der RVF schafft, was vereinfacht ausgedrückt einen Anstieg der Mückenpopulationen bedeutet, die Infektionen von Nutztieren und Menschen mit dem RVF-Virus verursachen. In seltenen Fällen kommt es jedoch zu einer Abweichung von dieser üblichen Reaktion, wie in den Jahren 2009-2010 zu beobachten war, als ein mildes El-Niño-Ereignis zu einer überdurchschnittlichen Vegetation und einem großen RVF-Ausbruch in Südafrika führte.

ENSO Teleconnections and Rift Valley fever (RVF) Outbreaks

ENSO Teleconnections and Rift Valley fever (RVF) Outbreaks

Quelle: NASA Scientific Visualization Studio (2020)

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Risiko

Engl. risk; dieser Begriff hat verschiedene Bedeutungen:

Als Risikoeinschätzung oder Risikoanalyse (engl. risk assessment, risk analysis) bezeichnet man Verfahren zur Erfassung des Charakters und des Ausmaßes des Risikos durch die Analyse potentieller Bedrohungen und die Bewertung der existenten Anfälligkeit, die Menschen, Sachgüter, Existenzen und ihre Lebensgrundlagen potentiell gefährden oder schädigen können. Der Prozess der Risikoanalyse beinhaltet sowohl technische Aspekte der Gefahren, z.B. Gefahrenquellen, Intensitäten, Häufigkeiten und Wahrscheinlichkeiten, als auch eine Analyse physikalischen, sozialen, ökonomischen und ökologischen Dimensionen der Vulnerabilität, wobei für die Szenarien relevante Bewältigungskapazitäten besonders berücksichtigt werden sollten.

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Rossbreiten

Bezeichnung für den subtropisch-randtropischen Hochdruckgürtel, der aus mehreren in dieser Zone auftretenden, dynamischen und somit hochreichenden Hochdruckgebieten besteht. Es ist der Bereich, in dem der polwärtige Ast der Hadley-Zelle absteigt. Die absinkende Luft bewirkt Wolkenauflösung und in der Folge Niederschlagsarmut. Die Zone ist ausgesprochen windarm (Kalmenzone). Zur Zeit der Segelschifffahrt war ein Weiterkommen extrem erschwert, die mitgeführten Rösser verendeten aus Wassermangel oder mussten notgeschlachtet werden.

Rossby-Wellen

Rossby-Wellen, die auch als planetarische Wellen bezeichnet werden, treten natürlicherweise in rotierenden Fluiden auf. Im Ozean und in der Atmosphäre der Erde bilden sich diese Wellen als Folge der Rotation des Planeten. Rossby-Wellen sind nach dem schwedischen Meteorologen Carl-Gustaf Rossby benannt, der 1930 als Erster diese Wellenart in der Atmosphäre entdeckte.

Ozeanische Rossby-Wellen

Ozeanische Rossby-Wellen ermöglichen eine stationäre windgetriebene Ozeanzirkulation und prägen ihre Form in charakteristischer Weise, sie beeinflussen die Eigenschaften von mesoskaligen Wirbeln im Ozean und spielen eine wichtige Rolle bei der Ausbreitung von Ozean-Klima-Signalen, beispielsweise bei ENSO-Ereignissen.

Sie werden im Inneren der Ozeanbecken durch räumliche Variationen des Oberflächenwindes und durch Luftdruck-Schwankungen an der Meeresoberfläche  angeregt oder von den meridonal verlaufenden Küsten als Reaktion auf zeitliche Schwankungen der Wind- und Luftdruckfelder abgestrahlt. Lange Rossby-Wellen werden von östlichen Ufern und kurze Rossby-Wellen von westlichen Ufern abgestrahlt. Durch ihre Laufzeit durch das Ozeanbecken von Ost nach West bestimmen sie die charakteristische Reaktionszeit für die Einstellung einer stationären Ozeanzirkulation nach zeitlichen Änderungen des antreibenden Windmusters.

Obwohl die Existenz von Rossby-Wellen theoretisch schon vor mehr als 100 Jahren nachgewiesen wurde, gelang es erst Ende des 20. Jahrhunderts ihre Existenz mittels herkömmlicher ozeanographischer Beobachtungsmethoden im Inneren der Wassersäule und mittels Satellitenaltimetrie an der Meeresoberfläche in jedem Ozean und auf allen Breiten zu bestätigen.

Schema eines planetaren Wellenfeldes (Rossby-Wellen)

Schema eines planetaren Wellenfeldes (Rossby-Wellen)

Schema des Auftriebsmechanismus für ein baroklines planetarisches Wellenfeld, mit der Größenordnung der Skalen der verschiedenen Merkmale ("Thermokline" bezeichnet hier die permanente Thermokline in mittleren Breiten)

Möglicherweise kann der mit einer langen planetarischen Welle verbundene Auftrieb zusätzliche Nährstoffe in die turbulente Mischschicht bringen. Diese würden absorbiert und in Chlorophyll umgewandelt werden und so wellenförmige Strukturen erzeugen, die sich mit der gleichen Geschwindigkeit ausbreiten wie die planetarische Welle, die sie erzeugt.

Quelle: Killworth, P. D. et al. (2004)

Wellen im Ozean gibt es in vielen verschiedenen Formen und Größen. Langsame ozeanische Rossby-Wellen unterscheiden sich grundlegend von Wellen an der Meeresoberfläche. Anders als Wellen, die sich an der Küste brechen, sind Rossby-Wellen riesige, wellenförmige Bewegungen des Ozeans, die sich horizontal über Hunderte von Kilometern in westlicher Richtung über den Planeten erstrecken. Sie sind so groß und massiv, dass sie die Klimabedingungen der Erde verändern können. Zusammen mit dem Anstieg des Meeresspiegels, extremen Gezeiten (King Tides) und den Auswirkungen von El Niño tragen die Rossby-Wellen in einigen Regionen der Welt zu hohen Gezeiten und Überschwemmungen an den Küsten bei.

Die Bewegung von Rossby-Wellen ist komplex. Die horizontale Wellengeschwindigkeit einer Rossby-Welle (die Zeit, die die Welle benötigt, um ein Meeresbecken zu durchqueren) hängt vom Breitengrad der Welle ab. Im Pazifik beispielsweise können Wellen in niedrigeren Breitengraden (näher am Äquator) Monate bis zu einem Jahr brauchen, um den Ozean zu überqueren. Wellen, die sich weiter entfernt vom Äquator (in mittleren Breiten) des Pazifiks bilden, können für die Reise eher 10 bis 20 Jahre benötigen.

Die vertikale Bewegung von Rossby-Wellen ist entlang der Meeresoberfläche gering, hingegen groß entlang der tiefer liegenden Thermokline, dem Übergangsbereich zwischen der warmen Oberflächenschicht und den kälteren Tiefen.

Diese Schwankung der vertikalen Bewegung der Wasseroberfläche kann recht dramatisch sein: Die typische vertikale Bewegung der Wasseroberfläche beträgt im Allgemeinen etwa 10 Zentimeter, während die vertikale Bewegung der Sprungschicht bei derselben Welle etwa 1.000 Mal größer ist. Mit anderen Worten, für eine Oberflächenbewegung von 10 Zentimetern oder weniger entlang der Meeresoberfläche kann es eine entsprechende vertikale Bewegung von mehr als 91,4 Metern in der Sprungschicht weit unter der Oberfläche geben! Aufgrund der geringen vertikalen Bewegung entlang der Meeresoberfläche sind ozeanische Rossby-Wellen mit dem menschlichen Auge nicht zu erkennen. Wissenschaftler verlassen sich in der Regel auf die Radaraltimetrie, um die massiven Wellen zu erkennen.

So wie Kelvin-Wellen entstehen, wenn sich ein El Niño herausbildet, so entstehen Rossby-Wellen wenn er sich auflöst. Diese Wellen bewegen sich dann westwärts und tragen dazu bei, dass sich die Thermokline wieder in den Normalzustand einpendelt - tief im Westen (Downwelling) und hoch im Osten des Pazifiks.

Signale von Rossby-Wellen an der Meeresoberfläche sind - wie erwähnt - schwer nachzuweisen, da sie Höhenänderungen von weniger als 10 cm und Wellenlängen von hunderten bis tausenden von Kilometern aufweisen. Allerdings sind die Höhenmesser der Jason-Satellitenserie präzise genug, um dies zu leisten. Entsprechend der Wellenlänge können mehrere Wellenkämme entlang eines Breitenkreises auftreten.

Rossby- und Kelvin-Wellen lassen sich auch anhand der Verlagerung der Thermokline nachweisen. Technisch geschieht dies mit Hilfe der Bojen des TAO-Messnetzes.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Rossby-Wellen - es sei wiederholt - ist abhängig von der geographischen Breite, in jedem Falle aber deutlich geringer als die der Kelvin-Wellen. In Äquatornähe benötigt eine Rossby-Welle ca. 9 Monate, um das pazifische Becken zu durchqueren, in 12° N/S dauert es bereits ca. 4 Jahre. Beständige Passat-Winde gelten als Voraussetzung für die Entstehung von Rossby-Wellen.

Rossby-Wellen spielen in einem Erklärungsmodell für ENSO eine wichtige Rolle.

Atmosphärische Rossby-Wellen

Atmosphärische Rossby-Wellen unterscheiden sich von den großen Wellen, die wir aus dem Meer kennen und die sich auf und ab (vertikal) bewegen. Stattdessen bewegen sich Rossby-Wellen in der Atmosphäre in Nord-Süd-Richtung (horizontal), da sich die Erde am Äquator schneller dreht als an den Polen. Dies führt zur Corioliskraft, die bewirkt, dass sich bewegende Luftpakete nach rechts drehen, wenn sie sich vom Äquator weg in Richtung Nordpol bewegen, wo die Wirkung (d. h. die scheinbare Ablenkung) der Corioliskraft stärker ist. Durch diese Ablenkung nach rechts wird die Luft wieder in Richtung Äquator gelenkt, und mit zunehmender geografischer Breite wird die Luft wieder in Richtung der Pole gelenkt.

Im Gesamtbild der planetarischen Zirkulation der Luftmassen der Erdatmosphäre sind Rossby-Wellen als mäandrierender Verlauf des Polarfrontjetstreams entlang der Luftmassengrenze zwischen der kalten Polarluft der Polarzelle und der deutlich wärmeren Luft der Ferrel-Zelle auf der Nord- und in geringerer Ausprägung auch auf der Südhalbkugel der Erde beobachtbar.

Rossby-Wellen tragen dazu bei, Wärme aus den Tropen in Richtung der Pole und kalte Luft in Richtung der Tropen zu leiten, um die Atmosphäre wieder ins Gleichgewicht zu bringen. Sie helfen auch bei der Ausrichtung des Jetstreams und markieren den Weg von Tiefdruckgebieten an der Oberfläche. Die langsame Bewegung dieser Wellen führt oft zu recht langlebigen Wettermustern.

Jetstreams entstehen infolge globaler Ausgleichsbewegungen zwischen verschiedenen Temperaturregimen beziehungsweise Hoch- und Tiefdruckgebieten. Bedingt durch unregelmäßige thermische Gefälle verläuft die Luftmassengrenze zwischen warmer Subtropen- und kalter Polarluft nicht geradlinig, sondern mäandriert. Die Faltung des Polarfrontjetstreams ist in der Realität uneinheitlich und windet sich auch nicht durchgehend um die gesamte Erdhalbkugel.

Der Jetstream reißt zudem die unteren Luftschichten mit, wobei entsprechend der Verwirbelung der Rossby-Welle stets dynamische Tiefdruckgebiete (Zyklone) in Richtung Pol (im Gegenuhrzeigersinn verdreht über den 'Wellentälern', so genannte Tröge) und in Richtung Äquator Hochdruckgebiete (im Uhrzeigersinn verdreht unter den 'Wellenbergen', sogenannte Rücken) ausscheren. Diese Tiefdruckgebiete, wie beispielsweise das Islandtief, sind am mitteleuropäischen Wetter maßgeblich beteiligt, da sie durch ihre Frontensysteme zu einem charakteristischen Witterungswechsel führen.

Da diese Verwirbelungen vorwiegend durch kontinentale Hindernisse hervorgerufen werden und diese auf der Nordhalbkugel wesentlich ausgeprägter sind als in der Südhalbkugel, zeigt sich dieser Effekt und damit auch die Rossby-Wellen auf der Nordhalbkugel wesentlich stärker.

Rossby-Wellen schaffen einen Super-Highway für Telekonnektionen

Rossby-Wellen schaffen einen Super-Highway für Telekonnektionen

Wenn der Jetstream mit einer atmosphärischen Rossby-Welle interagiert, bildet er Wellenberge und -täler aus, die in der oberen Atmosphäre abwechselnd hohe (rot) und niedrige (blau) Druckzonen erzeugen. Diese zusammenhängenden Klimamuster - Telekonnektionen - bewegen sich entlang des Jetstreams wie Fahrzeuge auf einer weltumspannenden Autobahn.

Quelle: ENSO Blog, Dezember 2022

Wie in der Grafik ersichtlich, dienen diese Rossby-Wellen - vom Jetstream gelenkt - als Grundlage für Telekonnektionsmuster, die einen Weg für die Übertragung von Informationen (wie Temperatur und Druck) an Orte bieten, die Tausende von Kilometern entfernt sind, und diese beeinflussen. Rossby-Wellen sind die Fahrzeuge, die auf unserer globalen Informationsautobahn unterwegs sind und unser Klimasystem vollständig vernetzt und in ständiger Kommunikation halten.

Rückkopplung

Eine in sich geschlossene Kette von Ursachen und Wirkungen. Generell gehen Rückkopplungen von einer Zustandsgröße aus über Flüsse und Entscheidungsglieder und wirken auf die Zustandsgröße so zurück, daß sich diese ändert. Bei einer negativen Rückkopplung wird eine Veränderung so weitergegeben, daß sich eine weitere Veränderung gegensinnig zur ursprünglichen Veränderung ergibt. Diese wird demnach reduziert oder gedämpft. Eine positive Rückkopplung entsteht, wenn eine Veränderung so weitergegeben wird, daß sich eine gleichsinnige, noch stärkere Veränderung ergibt. Positive Rückkopplungen tendieren zu ungebremstem Wachstum, während negative Rückkopplungen das Wachstum regulieren und dazu tendieren, ein System in akzeptablem Zustand zu halten bzw. es zu stabilisieren.

Das Beispiel La Niña

ENSO ist ein gekoppeltes Ozean-Atmosphären-System. Temperaturschwankungen im tropischen Pazifik beeinflussen die Zirkulation in der Atmosphäre (die Walker-Zirkulation); diese atmosphärischen Veränderungen wirken sich wiederum auf die Ozeantemperatur aus, und so weiter. Bei La Niña beispielsweise ist das Oberflächenwasser im zentralen und östlichen äquatorialen Pazifik kühler als im Durchschnitt, während das Oberflächenwasser im westlichen Pazifik wärmer als im Durchschnitt ist. Dieses Muster aus kühlem und warmem Wasser führt zu weniger aufsteigender Luft und Stürmen über dem zentralen Pazifik und mehr über Indonesien, wodurch die normale Walker-Zirkulation verstärkt wird und stärkere oberflächennahe Winde entlang des Äquators - die Passatwinde - entstehen. Stärkere Passatwinde kühlen die Oberfläche weiter ab und sorgen dafür, dass sich noch mehr warmes Wasser im fernen westlichen Pazifik ansammelt, was La Niña verstärkt. Weitere Einzelheiten finden Sie im Beitrag von Michelle L'Heureux über die Mechanismen von ENSO.

Ozean-Atmosphäre-Rückkopplungen während einer La Niña-Phase von ENSO

Ozean-Atmosphäre-Rückkopplungen während einer La Niña-Phase von ENSO

Während La Niña wehen die Passatwinde (kleine graue Pfeile) stärker als normal, wodurch sich warmes Oberflächenwasser im westlichen Pazifik auftürmt und tiefes, kühles Wasser im östlichen Pazifik angesaugt wird. Über den warmen Gewässern erhält die Luft mehr Auftrieb (dicker Pfeil nach oben), und die Niederschläge nehmen zu. Über den kühlen Gewässern ist der Auftrieb geringer, was ein Absinken (grauer Pfeil nach unten) und weniger Niederschlag zur Folge hat. Diese Rückkopplungen zwischen Ozean und Atmosphäre verstärken das La Niña-Ereignis.

Quelle: Climate.gov

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