Das El Niño-Southern Oscillation (ENSO) Phänomen, ein wichtiger Treiber von globalen Klimaschwankungen, könnte aufgrund der globalen Klimaerwärmung eine dramatische Veränderung erfahren. Das zeigt eine neue Studie, die jetzt in der Fachzeitschrift Nature Communications unter Beteiligung des Alfred-Wegener-Instituts erscheint. Ein Forschungsteam aus Südkorea, den USA, Deutschland und Irland verwendete hochauflösende Klimamodelle und hat so herausgefunden, dass sich ENSO in den kommenden Jahrzehnten rasch intensivieren und mit anderen wichtigen Klimaphänomenen synchronisieren könnte, was die globalen Temperatur- und Niederschlagsmuster bis zum Ende des 21. Jahrhunderts stark verändern würde.
Abbildung 1: Momentaufnahme der Meeresoberflächentemperaturen im östlichen Pazifik. Sie zeigt das Temperaturmuster für ein typisches La-Niña-Ereignis mit äquatorialen kalten Temperaturen und einer wellenförmigen Struktur westlich der Galapagos-Inseln, die von einem hochauflösenden Klimamodell simuliert wurde. Die blaue bis rote Schattierung zeigt den Übergang von kälteren zu wärmeren Oberflächenbedingungen an. Die Amplitude von La Niña- und El Niño-Bedingungen kann sich als Reaktion auf die globale Erwärmung verstärken und die Abfolge dieser Extreme wird auch regelmäßiger werden.
Die Studie prognostiziert einen abrupten Wechsel innerhalb der nächsten 30–40 Jahre von unregelmäßigen hin zu regelmäßigen El Niño-La Niña-Zyklen, die zudem durch verstärkte Schwankungen der Meeresoberflächentemperatur (SST) gekennzeichnet sind. „In einer wärmeren Welt kann der tropische Pazifik eine Art Klimakipppunkt durchlaufen und von einem stabilen zu einem instabilen oszillatorischen Verhalten wechseln. Dies ist das erste Mal, dass diese Art von Übergang in einem komplexen Klimamodell eindeutig identifiziert wurde“, sagt Prof. Malte F. Stuecker, Hauptautor der Studie und Direktor des International Pacific Research Center an der University of Hawaiʻi in Mānoa, USA. „Eine verstärkte Kopplung zwischen Atmosphäre und Ozean in einem sich erwärmenden Klima, kombiniert mit variablerem Wetter in den Tropen, führt zu einem Übergang in Amplitude und Regelmäßigkeit“, fügt er hinzu.
Auf Basis der hochauflösenden Computermodell-Simulationen, die in der Studie analysiert wurden, erwartet das Team, dass sich die stärkeren und regelmäßigeren ENSO-Zyklen auch mit anderen Klimaphänomenen wie der Nordatlantischen Oszillation (NAO), dem Dipol des Indischen Ozeans (IOD) und dem Tropischen Nordatlantik (TNA) synchronisieren. Dies sei ähnlich wie wenn mehrere schwach verbundene Pendel mit derselben Frequenz zu schwingen beginnen. „Diese Synchronisierung wird zu stärkeren Niederschlagsschwankungen in Regionen wie Südkalifornien und der Iberischen Halbinsel führen“, sagt Prof. Axel Timmermann, korrespondierender Autor der Studie und Direktor des IBS Center for Climate Physics an der Pusan National University, Südkorea. „Die zunehmende Regelmäßigkeit von ENSO könnte die saisonalen Klimaprognosen verbessern. Allerdings werden die verstärkten Auswirkungen eine verbesserte Planung und Anpassungsstrategien erforderlich machen“, fügt er hinzu.
Abbildung 2: Links: Simulierte Anomalie der Meeresoberflächentemperatur, gemittelt über den östlichen äquatorialen Pazifik, zeigt den abrupten Übergang von schwachen, unregelmäßigen zu intensiven, regelmäßigen El Niño-La Niña-Zyklen um das Jahr 2065; Rechts: Zukünftige Veränderungen zwischen 2080–2100 und 2015–2035 in der Amplitude der jährlichen Schwankungen der Meeresoberflächentemperatur, die eine erhebliche Intensivierung im tropischen Ostpazifik, im östlichen Indischen Ozean und im tropischen Nordatlantik aufgrund der globalen Erwärmung zeigen. Die Ergebnisse wurden mit einem hochauflösenden Klimamodell (AWI-CM3) erzielt, das einem 5-8.5 Szenario des sozioökonomischen Entwicklungspfads (SSP) mit hohen Treibhausgasemissionen unterzogen wurde. (Grafik: Nature Communications)
Für die Forschung wurde das sogenannten AWI-CM3-Klimamodell des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) mit einer horizontalen Auflösung von 31 Kilometer in der Atmosphäre und 4–25 Kilometer im Ozean verwendet, um die Klimareaktionen unter einem Szenario mit hohen Treibhausgasemissionen zu simulieren. Beobachtungsdaten und Simulationen anderer Klimamodelle wurden ebenfalls analysiert, um die Ergebnisse zu validieren. „Unsere Simulationsergebnisse, die von einigen anderen Klimamodellen unterstützt werden, zeigen, dass das zukünftige Verhalten von ENSO vorhersehbarer werden könnte, aber seine verstärkten Auswirkungen werden die Gesellschaften weltweit vor erhebliche Herausforderungen stellen“, sagt Dr. Sen Zhao, Mitautor der Studie und Forscher an der University of Hawaiʻi at Mānoa.
Die neue Studie, die in Nature Communications veröffentlicht wurde, hebt das Potenzial des anthropogenen Klimawandels hervor, die Eigenschaften von ENSO und seine Wechselwirkungen mit anderen Klimaprozessen grundlegend zu verändern, selbst in Regionen, die weit vom äquatorialen Pazifik entfernt sind, wie Europa. „Unsere Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit, sich weltweit auf verstärkte Klimaschwankungen und ihre kaskadenartigen Auswirkungen auf Ökosysteme, Landwirtschaft und Wasserressourcen vorzubereiten“, sagt Prof. Axel Timmermann.
In Zukunft wird das Team die zugrundeliegenden globalen Synchronisationsprozesse auch in anderen hochauflösenden Klimamodellsimulationen erforschen, einschließlich derjenigen mit 9 Kilometer und 4 Kilometer Auflösung, die kürzlich am IBS Center for Climate Physics auf dem Aleph Supercomputer in Südkorea durchgeführt wurden.
Originalpublikation:
Stuecker, M. F., Zhao, S., Timmermann, A., Ghosh, R., Semmler, T., Lee, S.-S., Moon, J.-Y., Jin, F.-F., and Jung, T. Global climate mode resonance due to rapidly intensifying El Niño-Southern Oscillation, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-64619-0