ENSO – El Niño / Southern Oscillation

ENSO – Das Klimaphänomen El Niño / Southern Oscillation

In diesem Artikel möchte ich Ihnen eine kleine Einführung in die Thematik rund um das Klimaphänomen El Niño (Southern Oscillation) und dessen Auswirkungen auf Mensch und Kultur geben. Dieser Artikel beschreibt die Definition und Bedeutung und vermittelt wissenschaftliche Erkenntnisse bis hin zu den physikalischen und klimatischen Grundlagen zum Thema ENSO – El Niño / Southern Oscillation.

Beginnen möchte ich mit einem Zitat von Karl Valentin (1882 – 1948), der sagte:

„Alle reden vom Wetter, aber keiner unternimmt was dagegen.“

Dieses Zitat von Karl Valentin ist heute aktueller denn je. Klimaänderungen und regionale Wetterextreme in Form von Wirbelstürmen, Dürrekatastrophen, Waldbränden, und Überschwemmungen bedrohen heutzutage die Existenz und das Zusammenleben vieler Menschen auf unserem Planeten.

ENSO-Chronologie seit 1541

Das Klimaphänomen El Niño (Chronologie seit 1541 – siehe rechte Abbildung) ist nach wissenschaftlichen Erkenntnissen einer der Auslöser solcher Wetterextreme und wird immer gründlicher von Wissenschaftlern untersucht um die Dynamik und die Prozesse des Klimas besser zu verstehen.

Hier ist z.B. die Fernerkundung eine Wissenschaft die solchen Fragestellungen auf den Grund gehen und viele erfolgversprechende Beiträge zur Lösung oder Detektion solcher Probleme geben kann.

Definition und Bedeutung der Fernerkundung

Die Fernerkundung (im Englischen: Remote Sensing) ist die Gesamtheit der Verfahren zur Gewinnung von Informationen über die Erdoberfläche oder anderer nicht direkt zugänglicher Objekte durch Messung und Interpretation der von Ihr ausgehenden (Energie-) Felder. Als Informationsträger dient dabei die reflektierte oder emittierte elektromagnetische Strahlung. [DIN 18716/3]

Die Fernerkundung ist also die Bezeichnung für alle Verfahren, die sich mit dem:

• Beobachten, Speichern, Kartieren und Interpretieren bzw. Klassifizieren von Erscheinungen auf der Erdoberfläche, einschließlich der Meere, sowie in der Atmosphäre oder auf der Oberfläche anderer Himmelskörper befassen,
• die ohne direkten physischen Kontakt des Aufnahmesystems, des sogenannten Sensors, mit dem zu erkundenden Objekt arbeiten,
• die das Beobachtungsobjekt in der Regel über eine Distanz größer einige hundert Meter abbilden (nicht: Nahbereichsphotogrammetrie), und
• die zur Gewinnung von Informationen die elektromagnetische Strahlung benutzen, die vom beobachteten Objekt abgestrahlt wird.

Die heutige Fernerkundung ist also eine berührungsfreie Erkundung der Erdoberfläche einschließlich der Atmosphäre die mittels flugzeuggetragenen oder satellitengetragenen Sensoren in Form von Kameras oder Scannern funktioniert. Der Fernerkundung direkt zugeordnet sind die Wissenschaften der Photogrammmetrie und der Satellitengeodäsie. Produkte der Fernerkundung sind (geocodierte) originäre oder klassifizierte Bilddaten in digitaler und/oder analoger Form (Orthobild), meist als kombinierte Bild-Strich-Karten (Bildkarte) mit Koordinatenbezug, des weiteren flächenbezogene Statistiken in Tabellen- oder Diagrammform sowie objektspezifische spektrale Signaturenkataloge.

Aufgrund zunehmender Fragestellungen in Bezug auf das „globale“ Klimaphänomen ENSO – El Niño / Southern Oscillation gewinnt hier die Fernerkundung mehr an Bedeutung.

Neue Erkenntnisse mittels fernerkundlichen Methoden geben uns heutzutage einen tieferen Einblick in die Vielfalt des Lebensraums unserer Erde. Beispielsweise lassen sich heute sehr einfach globale Bilder von den Oberflächentemperaturen des Meerwassers und der Verteilung der Winde auf den Ozeanen machen. Im folgenden Abschnitt sind Einsatzgebiete der Fernerkundung in Bezug auf das Phänomen El Niño und deren direkte Anwendbarkeit für den Menschen aufgelistet.

Einsatzgebiete der Fernerkundung in Bezug auf ENSO

Windverteilung auf der Erde

Das Einsatzgebiet der heutigen modernen Fernerkundung ist neben dem Verstehen unseres Klimas und dessen Prozesse sehr breit gefächert. Durch die einzigartige Möglichkeit auch große Gebiete in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung zu erfassen, wird die Fernerkundung neben der Klimatologie in sehr vielen anderen Disziplinen eingesetzt, wie zum Beispiel der Kartographie, Geodäsie, Archäologie, dem Katastrophenschutz, sowie der Rüstungskontrolle und Spionage. Um das Phänomen zu verstehen sind Erkenntnisse und Faktoren im Bereich der Klimatologie, Meteorologie, Atmosphärenphysik und -chemie äußerst wichtig (siehe z.B. rechte Abbildung zur Windverteilung auf der Erde aus Spektrum der Wissenschaft Dossier – Klima). Unter anderem sind dies:

• Wettervorhersagen und Klimaüberwachung
• Spurengase, Wolken, Aerosole, Temperatur und Luftdruck
• Strahlungshaushalt und Strahlungsbudget

ENSO – Auswirkungen am Beispiel von Peru

Die Küsten von Ecuador, Peru und Nordchile sind Nebelwüsten. Die starke, ENSO-verursachte Konvektion über dem äquatorialen Ostpazifik führt jedoch zu tropisch-kräftigen Schauern und Gewittern in Gebieten, in denen normalerweise überhaupt kein, nur episodischer oder nur geringer Niederschlag fällt. Auch direkt an der Küste reicht die Labilisierung der Luftmassen für Niederschlagsprozesse aus.

Wind und Niederschlag in Peru

An der westlichen Außenkette der ecuadorianischen Anden kommt es unter El Niño-Bedingungen zu einer Umkehr der Windverhältnisse und in deren Folge zu extremen Niederschlagsamplituden. So fallen in der größten ecuadorianischen Stadt Guayaquil im November im langjährigen Mittel (ohne El Niño-Jahre) etwa 0,6 mm Niederschlag. Im El Niño-November 1997 dagegen 549 mm.

Die Ursache dieser Erscheinung ist in den rechten Abbildungen zum Wind und Niederschlag im Normalzustand sowie während El Niño auf der Breitenlage des Chimborazo (1’30” S) aus Schröder (2004) dargestellt.

Verhältnisse während El Niño

Während in normalen Jahren die Winde zu dieser Jahreszeit fast ausschließlich aus dem Amazonasgebiet wehen und sich als Folge dessen fast völlig an den beiden Hauptketten der Anden abregnen, kommt der Wind während El Niño vom Pazifik, der zu dieser Zeit stark aufgeheizt ist. Als Folge streichen die wasserreichen Luftmassen in nicht allzu großer Höhe über die Costa, beginnen sich dort abzuregnen, werden an der westlichen Außenkette der Anden zum Aufstieg gezwungen, was zu heftigen Stauniederschlägen führt. Die Niederschlagsmengen nehmen dabei, wie indirekt an der Verbreitung von Erosionszeugen nachgewiesen wurde, nach oben deutlich ab (Schröder und Adler, 1999).

Überflutungssedimente

Die orographische Stau- und Hebewirkung der Anden ist auch für den El Niño von 1983 dokumentiert. So regnete es im Januar 1983 im nord-peruanischen Chulucanas (5°06′S/80°10′W), 95 m NN, Bergfuß der Anden) an 21 Tagen hintereinander. Drei aufeinanderfolgende Tage erreichten die Niederschläge Werte von 142,4 mm, 202,5 mm und 75,8 mm, wobei der mittlere Jahresdurchschnitt dieser Station 246,4 mm beträgt. Mit diesen Starkniederschlägen sind Hangrutschungen und Hochwässer der Küstenflüsse, wie z. B. von Rio Chira und Rio Piura verbunden, die im Falle des ENSO-Ereignisses von 1982/83 zu wahren Sintfluten anwuchsen (siehe rechte Abbildung der Überflutungssedimente bei Casma, Peru | Foto: Donald T. Rodbell). Der mittlere Jahresabfluß des Rio Piura (Einzugsgebiet: 7.742 km²) betrug im Trockenjahr 1980 17,8 m³/sec und erreichte im El Niño-Jahr 1983 829 m³/sec (Endlicher, W. in: Zum El Niño-Southern Oscillation-Ereignis 1983 und seinen Auswirkungen im peruanischen Küstengebiet).

ENSO – Einflüsse auf Mensch und Kultur

Mögliche Wirkungskette während eines El Niño-Ereignisses

Wirkungskette bzgl. El Niño

In der rechten Abbildung ist eine mögliche Wirkungskette nach Caviedes, C. N. (2005) zu erkennen. Sie ist jedoch teilweise Gegenstand heftiger Diskussionen. Die hier beschriebenen Ereignisse können nicht mit Sicherheit als Auswirkungen von ENSO-Extremereignissen bezeichnet werden. Durch eine brauchbare El Niño / La Niña-Vorhersage könnten in Zukunft auch schadensträchtige Ereignisse vorher-gesagt und hohe Schäden und Menschenverluste vermieden werden. Allerdings stellt es sich immer wieder heraus, dass viele Auswirkungen nicht bei jedem El Niño / La Niña-Ereignis in gleicher Weise auftreten. Es kann sogar sein, dass ein El Niño z.B. in einem bestimmten Gebiet zu einer Dürre führt, obwohl ein anderer einige Jahre zuvor dort eine Flutkatastrophe verursacht hat.

Erosion in Pacifica 1997/98

Auch wenn zumeist den Auswirkungen der Warmphase (El Niño) mehr Beachtung geschenkt wird, so darf nicht übersehen werden, dass auch mit der Kaltphase (La Niña) extreme Wetterereignisse auf nahezu dem gesamten Globus einhergehen können (siehe rechte Abbildung: Erosion in Pacifica südl. San Francisco, verursacht durch Stürme während des El Niño 1997/98 – Abtragungsbetrag bis zu 14 m | Foto: USGS 2001). Einige Wissenschaftler gehen davon aus, dass in manchen Regionen La Niña-bezogene Extremereignisse eine gegensätzliche Ausprägung haben als El Niño-bezogene. Beispielsweise ist Trockenheit im südlichen Afrika eine Begleiterscheinung von El Niño, während außergewöhnlich hohe Niederschläge mit La Niña verknüpft sind.

Ausbruch von Krankheiten während El Niño

Ausbruch von Krankheiten

Durch verunreinigtes Wasser oder andere Überträger bedingt nimmt die Häufigkeit von Krankheiten in den Jahren mit El Niño und La Niña zu, vor allem in Gebieten, die von Überschwemmungen oder Dürren heimgesucht werden. Langzeituntersuchungen in Kolumbien, Venezuela, Indien und Pakistan zeigen, dass zum Beispiel die Malaria verstärkt im Zuge von El Niño auftritt.

Einer der Direktoren für Gesundheit und globale Umweltfragen namens Paul R. Epstein, einem Facharzt für Tropenmedizin an der medizinischen Fakultät der Harvard-Universität in Cambridge, hat mit seinen Mitarbeitern nachgewiesen, dass Gegenden, die während des stärksten El Niño im letzten Jahrhundert von 1997-98 unter Überschwemmungen und Trockenheit litten, häufig auch mit dem Auftreten von Krankheiten zu kämpfen hatten, die von Stechmücken, Nagetieren und Wasser übertragen werden (siehe rechte Abbildung aus Spektrum der Wissenschaft Dossier – Klima mit einer Übersicht der weltweit ausgebrochenen Krankheiten während des El Niño von 1997 bis 1998). Darüber hinaus gerieten in vielen trockenen Gebieten Brände außer Kontrolle und verschmutzten großräumig die Luft.

Temperatur in Zentralgrönland

Temperatur- und Niederschlagsverlauf

Die Erdgeschichte war schon immer durch plötzliche Klimaumschwünge geprägt. Die rechte Abbildung aus Spektrum der Wissenschaft Dossier – Erde im Treibhaus zeigt anhand von Eiskernen aus Grönland, dass starke Temperaturschwankungen die allmähliche Erderwärmung unterbrachen, die vor etwa 18.000 Jahren begann und die Erde aus der letzten Eiszeit herausführte. Dies hatte u.a. zur Folge, dass die Wikinger aufgrund des Temperatursturzes zur damaligen Zeit die Insel verlassen mussten.

Untergang der Majakultur

Bei fossilen Muschelschalen aus Seesedimenten von der Halbinsel Yukatan (Mexico) zeugt ein Ausschlag im Sauerstoff-Isotopenverhältnis (siehe linke Abbildung aus Spektrum der Wissenschaft Dossier – Erde im Treibhaus) von einer plötzlichen extremen Dürreperiode, in der mehr Wasser aus dem See verdunstet, als durch Niederschlag hineingelangt ist. Derart rasche Veränderungen haben oft menschliche Zivilisationen beeinträchtigt und manchmal sogar ihren Untergang ausgelöst. Das Beispiel des Niedergangs in Bezug auf Klimaänderungen der Kultur der Wikinger und der Maja ist in den obigen Abbildungen verdeutlicht. Gerade beim Untergang der Kultur der Maja in Südamerika kann ein Klimaphänomen wie El Niño einen sehr großen Anteil daran gehabt haben.

Fazit und eigene Interpretation über das Klimaphänomen ENSO

Nach einer sehr intensiven Auseinandersetzung mit diesem Thema sind noch einige Fragen bzgl. des Phänomens El Niño / Southern Oscillation offen geblieben. Zudem sind einige Thesen bzw. Aussagen über El Niño unbedingt noch zu erwähnen.

• Die Bedingungen unter denen ein El Niño-Phänomen stattfinden kann sind heutzutage noch nicht vollständig erforscht, jedoch ist man den komplizierten Vorgängen des Wechselspiels zwischen Ozean und Atmosphäre in den letzten Jahren ein gutes Stück näher gekommen.
• Es muss trotzdem noch vieles erforscht werden, damit die heutigen Vorhersagemethoden merklich verbessert und vor allem noch zuverlässiger gemacht werden können.
• El Niño ist nicht nur im wissenschaftlichen Sinn ein global wirkendes Klimaphänomen, sondern hat auch großen Einfluss auf die Weltwirtschaft und sehr weit entfernte Gebiete.
• Neben diesen Auswirkungen von El Niño, welche weite Teile der Welt in einen Ausnahmezustand versetzen, bewegt die Wissenschaftler die Frage, inwieweit der Mensch daran beteiligt ist.
• Letztlich müssen die Menschen lernen mit diesem ungeliebten “Christkind” umzugehen, da sie es sicher nicht verhindern oder gar beeinflussen können.

Verwendete Quellen:

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