El Niño 2015 Erste Erkenntnisse und Ausblick

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1 Abteilungen Hydrometeorologie, Klima- und Umweltberatung El Niño 2015 Erste Erkenntnisse und Ausblick Autoren: Dr. Markus Ziese, Dr. Andreas Becker; Dr. Kristina Fröhlich Stand: El Niño, La Niña und ENSO Unter der El Niño Southern Oscillation (ENSO) wird zunächst einmal die rein natürliche Variabilität des Zustandes des gekoppelten Systems aus Ozean und Atmosphäre über dem äquatorialen Pazifik und den pazifischen Küstengebieten Südamerikas, Australiens, Indonesiens und Ozeaniens zusammengefasst. Diese werden je nach Ausprägung in die Phasen El Niño, La Niña oder neutrale Phase unterteilt. Während einer El Niño Phase ist der äquatoriale Ostpazifik wärmer und der äquatoriale Westpazifik kälter als üblich, während bei der La Niña Phase diese Anomalien mit umgekehrtem Vorzeichen auftreten. Die Phasen der ENSO beeinflussen im erheblichen Ausmaß die Niederschlagsverhältnisse sowohl in den angrenzenden als auch in weiter entfernten Gebieten, die daher auch als ENSO-sensitive Gebiete bezeichnet werden. Eine detailliertere Beschreibung dieses Phänomens hat der DWD in seinen ersten Berichten zum Auftreten eines neuen El Niño Ereignisses bereits im Frühjahr 2015 [1] und 2014 [2] herausgegeben. ENSO-sensitive Gebiete Die Phase der ENSO kann mit verschiedenen Indizes beschrieben werden, unter anderem dem Southern Oscillation Index (SOI) [3]. Um die ENSO-sensitiven Gebiete weltweit zu identifizieren, wurden im Weltzentrum für Niederschlagsklimatologie (WZN) die Zeitreihen des SOI mit den Niederschlagszeitreihen für jedes der 360x180 Raster des Full Data Monthly Produktes des WZN [4] über den 113-jährigen Zeitraum korreliert. Die Ergebnisse für die einzelnen Jahreszeiten sind in Abb. 1 gemeinsam mit den vieljährigen Bezugs-werten [5] für die Jahreszeit gezeigt. Positive Korrelationen bedeuten hier, dass während eines El Niño mehr Niederschlag und bei einem La Niña weniger Niederschlag als üblich fällt. Bei negativen Korrelationen ist es umgekehrt. Die Korrelation zwischen dem SOI und dem Niederschlag folgt dem Jahresgang des Niederschlags, das heißt, sie ist zu den Hauptniederschlagszeiten höher als zu den Haupttrockenzeiten. Die größte Ausprägung hat El Niño meist im Herbst und Winter. In diesen Jahreszeiten sorgt er typischerweise im Süden Nordamerikas, im Süden Südamerikas, an der peruanischen Pazifikküste und den Galapagosinseln, im Osten Afrikas und in Südostchina für ergiebigere Niederschläge. Gleichzeitig regnet es im Süden Afrikas, im Nordosten Südamerikas bis zur Karibik, in Australien, Hinterindien, Indonesien und auf den Philippinen weniger als üblich. Tritt ein El Niño bereits oder noch im Frühjahr oder Sommer auf, so fällt der indische Sommermonsun trockener als üblich aus. Auf die Niederschläge in Kalifornien und im Süden Afrikas hat ein El Niño im Sommer keinen wesentlichen Einfluss, da dies dort eine vergleichsweise regenarme Zeit ist. 1

2 Abb. 1: Links Bezugswerte des mittleren Niederschlags für die Jahreszeiten (in mm/monat aus [5]); rechts Korrelation mit einer Signifikanz größer 90% von SOI [3] mit Niederschlag [4], wobei die Zeitreihen zuvor tiefpassgefiltert wurden; positive Korrelation mehr Niederschlag als üblich, negative Korrelation - weniger Niederschlag als üblich während El Niño. 2

3 Vergleich mit zurückliegenden El Niño Ereignissen Da es offensichtlich typische Muster des weltweiten Niederschlages bei El Niño gibt, lohnt der Blick auf die letzten beiden größeren El Niño Ereignisse, um einen Eindruck zu bekommen, was das Potential des aktuellen El Niño Ereignisses ist. So traten in den Jahren 2009/2010 und insbesondere 1997/1998 ausgeprägte El Niño Ereignisse auf. Für die beiden Ereignisse hat das WZN auf Basis seines Full Data Monthly Produktes [4] und seiner Klimatologie [5] die Zeitreihe der absoluten Gebietsniederschlagsanomalie (Abb. 3) für eine Auswahl ENSO-sensitiver Regionen (Abb. 2) berechnet. Abb. 2: Auswahl ENSO-sensitiver Regionen, für die Gebietsniederschläge untersucht wurden. Die obere Reihe in Abb. 3 zeigt, dass beim El Niño Ereignis 1997/1998 vor allem in Indonesien (blau) und der Amazonasregion (rot) Niederschlagsdefizite über mehrere Monate auftraten. Mit der Umstellung auf normale beziehungsweise La Niña Bedingungen ab Sommer 1998 kehrten die Niederschlagsmengen wieder auf die zu erwartende Menge zurück (Amazonasregion) oder waren sogar höher als üblich (Indonesien). Im Südwesten Nordamerikas fielen die Winterniederschläge und im Osten Afrikas die Herbst- und Winterniederschläge 1997/1998 höher als üblich aus. In Australien gab es entgegen den Erwartungen im Herbst ergiebige Niederschläge, so dass hier das Niederschlagsdefizit im Winter ausgeglichen werden konnte. Wie in Indonesien lagen auch in Australien mit der Umstellung auf die neutrale und folgende La Niña Phase die Niederschlagsmengen über dem Durchschnitt. Die Niederschläge im Süden Afrikas während der Regenzeit waren unterdurchschnittlich. Das El Niño Ereignis 2009/2010 war sowohl in seiner Intensität als auch Dauer (nur Herbst und Winter) schwächer als das Ereignis 1997/1998. Auffällig ist, dass in den an den Westpazifik angrenzenden Regionen das Gegenteil dessen, was aus den Korrelationsberechnungen zu erwarten ist, beobachtet wurde. Die Niederschläge in Indonesien und Australien waren höher als üblich. Hingegen zeigten der Südwesten Nordamerikas und die weiter entfernt liegenden Gebiete das erwartete Verhalten: Weniger Niederschlag als im Mittel im 3

4 Abb. 3: Gebietsmittel der monatlichen Niederschlagsanomalien (Linien mit Punkt) für die in Abb. 2 gekennzeichneten Gebiete ([4] zu [5] bzw. [10] zu [5] für 2014 und 2015). Negative Anomalien bedeuten weniger, positive Anomalien mehr Niederschlag als im vieljährigen Durchschnitt. Die schwarze Linie ist der SOI [3] um den Faktor 3 überhöht. SOI-Werte kleiner -30 entsprechen El Niño, SOI-Werte größer 30 entsprechen La Niña. Norden Südamerikas und im Süden Afrikas und mehr Niederschlag als erwartet im Osten Afrikas und Südwesten Nordamerikas. 4

5 Kein El Niño Ereignis gleicht dem Anderen Der Vergleich der beiden El Niño Ereignisse 1997/1998 und 2009/2010 zeigt, dass das Auftreten eines El Niño Auswirkungen auf die Niederschlagsmengen hat, die durch andere Ereignisse aber zusätzlich modifiziert werden können. Somit bieten die vergangenen El Niño Ereignisse keine exakten Blaupausen für das aktuelle Geschehen. Aktuell zeigt sich, dass mit der Verstärkung des El Niños Ereignisses die Niederschlagsmengen in Indonesien und im nördlichen Südamerika unterdurchschnittlich sind. Aussagen zu den ENSO-sensitiven Gebieten im Süden Afrikas, Nordamerika und Australien können noch nicht getroffen werden, da in diesen Regionen die niederschlagsarme Zeit erst geendet hat beziehungsweise demnächst endet. Abb. 4: Vorhersage der ENSO-Bedingungen auf Basis der prognostizierten Meeresoberflächentemperatur im zentralen Pazifik [7]. El Niño ist durch Abweichungen der Meeresoberflächentemperatur > 0,5 K definiert. Ausblick auf die weitere Entwicklung Saisonale Vorhersagen prognostizieren ein Anhalten des El Niño bis zum Frühjahr, teilweise bis zum Sommer, 2016 (Abb. 4) [7]. Damit ist im Winter 2015/2016 mit ergiebigeren Niederschlägen während der Hauptniederschlagszeit im Südwesten Nordamerikas und Süden Südamerikas zu rechnen. Es ist 5

6 ferner davon auszugehen, dass die niederschlagsarmen Monate in Ostafrika und Südwestchina feuchter als üblich ausfallen. Zu erwarten ist auch, dass die Regenzeit im Süden Afrikas und in Australien trockener als üblich ausfällt. Die Niederschlagsmengen in Indonesien und auf den Philippinen sind wahrscheinlich weiterhin unterdurchschnittlich und die niederschlagsarme Zeit im Norden Südamerikas trockener als im Durchschnitt. Sollte sich das El Niño Ereignis bis zum Frühjahr 2016 fortsetzen, so werden auch die Abweichungen der Niederschlagsmengen aus dem Winter anhalten, allerdings mit zunehmender Abschwächung des El Niño Einflusses. Direkte und indirekte Folgen des El Niños Durch die Modulation der Niederschlagsmengen hat der El Niño besondere Auswirkungen während der Regenzeiten auf das südliche Afrika, Südamerika und Nordamerika, und auf Australien sowie Indonesien und die Philippinen. Durch die geringeren Niederschlagsmengen im südlichen Afrika und Australien steht weniger Wasser zum Speichern für die nachfolgende Trockenzeit zur Verfügung. Dies kann zu Einschränkungen der Wasserverfügbarkeit für Industrie und Bevölkerung sowie zu Ernteeinbußen führen. Andererseits können die größeren Niederschlagsmengen im südlichen Süd- und Nordamerika zu Überflutungen und Erdrutschen mit nachfolgenden Schäden bei der Infrastruktur führen. Speziell im Süden Nordamerikas werden zurzeit aber ergiebige Niederschläge benötigt, um die durch die bisherige lange Trockenheit erschöpften Wasserreserven aufzufüllen [6]. In Indonesien regnet es während El Niño weniger als im Durchschnitt. Dort werden verbreitet landwirtschaftliche Flächen nach der Ernte abgebrannt und Wälder mit Feuer gerodet, um Flächen für Palmölplantagen zu schaffen [8, 11, 12]. Das dort produzierte Palmöl wird unter anderem Kraftstoffen in Europa zugesetzt, um den Anteil regenerativer Energien zu erhöhen. Damit werden zwar durch das bio-fueling in Europa rein rechnerisch die Kohlenstoffdioxidemissionen reduziert, in der globalen Abrechnung aber bestenfalls nur verlagert und aufgrund der Brandrodungen die Aufnahme von Kohlenstoffdioxid (CO2) durch das Vernichten der Wälder zusätzlich reduziert. Entsprechend hoch ist die Luftverschmutzung durch Rauch und die Rauchfahne (Abb. 5) führt nicht nur in Indonesien, sondern auch in den benachbarten Ländern zu den typischen Folgeerkrankungen (z.b. der Atemwege), teils mit Todesfolge, zu Einbußen in der Wirtschaft, insbesondere im Tourismus, und zu Verkehrsbehinderungen. Die Schadstoffbelastung der Luft ist schon jetzt so hoch wie bei dem Ereignis 2006, allerdings zu einem früheren Zeitpunkt [18]. Es wird geschätzt, dass die bisherigen CO2-Emissionen der Brände schon höher sind als die Gesamtemission Deutschlands in einem Jahr [19]. Üblicherweise löschen die ganzjährig ergiebigen Niederschläge diese Feuer und Brandrodungen alsbald. Durch die ausbleibenden Niederschläge brennen die Feuer weiter und breiten sich in die Torfschichten aus. Die Wald- und Torfbrände werden zwar nicht durch das aktuelle El Niño Ereignis verursacht, jedoch ist die Regenmenge während El Niño Bedingungen zum natürlichen Löschen der Feuer zu gering. Bei einem Anhalten der El Niño Bedingungen bis in den Sommer hinein ist weiterhin zu erwarten, dass der indische Sommermonsun trockener als üblich ausfällt. Die führt dazu, dass in weiten Regionen Vorder- und Hinterindiens weniger Wasser für Landwirtschaft, Industrie und Bevölkerung zur Verfügung steht, und in den Randregionen des Monsungebietes die Niederschläge ganz ausbleiben. Weiterhin besteht die Wahrscheinlichkeit, dass mehr und stärkere Hurrikans im Ostpazifik auftreten, wenn ein El Niño mit einer warmen Phase der pazifischen dekadischen Oszillation (PDO) einhergeht [9]. Im Zusammenhang mit aktuellen El Niño Ereignisses aufgetretene Schäden 6

7 Es sind - neben den Bränden in Indonesien, welche eine indirekte Folge des El Niño sind - wetterbedingte Schäden auch in anderen Gebieten aufgetreten, die im Zusammenhang mit dem aktuellen El Niño Ereignis stehen. Im US-Bundesstaat Kalifornien gab es Mitte Oktober im Großraum Los Angeles Starkregen mit nachfolgenden Überflutungen und Schlammlawinen, so dass Straßen unpassierbar wurden [13]. Ende Oktober ereignete sich ein Starkregenereignis im Death Valley, einer sonst extrem trockenen Region [14]. Seit Mitte Oktober fallen ergiebige Niederschlage im Süden Brasiliens und Uruguays, welche zu großflächigen Überschwemmungen führen. In Brasilien sind über Menschen von den Fluten betroffen [15]. Ergiebige Niederschläge sind in der zweiten Oktoberhälfte auch Somalia und dem äthiopischen Hochland gefallen [16]. Bisher sind in Somalia rund Menschen von den Fluten betroffen, nach Einschätzung lokaler Experten könnten im weiteren Verlauf des El Niño Ereignisses bis zu Menschen betroffen werden [17]. In der chilenischen Atacamawüste führt der Regen zu einem Aufblühen der Vegetation [20]. Abb. 5: Rauchfahnen der Wald- und Torfbrände in Indonesien am 24. September Links die Insel Sumatra, in der rechten Bildhälfte die Insel Borneo, links oben Malakka-Halbinsel mit Malaysia und Singapur. Rot sind zu dem Zeitpunkt der Aufnahme detektierte Brandherde markiert [18]. Einfluss des El Niño auf den Winter in Europa Auch wenn grundsätzlich Korrelationen zwischen dem Niederschlag in Europa und der ENSO detektiert werden (Abb. 1), wird der Niederschlag in Europa viel stärker durch die nordatlantische Oszillation (NAO) beeinflusst. Eine Vorhersage des Winterniederschlags in Europa auf Basis des aktuellen El Niño Ereignisses alleine ist demzufolge nicht möglich. 7

8 Im Gegensatz zur ENSO ist die saisonale Vorhersage der NAO immer noch sehr unsicher. Das Zusammenspiel von Ozean, Meereis, unterer und oberer Atmosphäre ist über dem Nordatlantik viel schwieriger für die Vorhersagemodelle darzustellen. Bei einem NAO Index nahe Null kann der ENSO Effekt jedoch durchschlagen. In diesem Fall wäre im Winter in Europa mit etwas mehr Niederschlag insbesondere an den Westhängen der französischen Alpen und in Südwestdeutschland zu rechnen. Große Gebiete in Europa sind aber nicht von der ENSO beeinflusst. Einfluss des Klimawandels auf El Niño und seine Vorhersage Das Verständnis zur Entstehung von El Niño Perioden ist auch ohne Berücksichtigung des Einflusses des Klimawandels immer noch lückenhaft. So gibt es bis heute unterschiedliche Hypothesen, ob der Trigger für das Einsetzen eines El Niños im Ozean oder in der Atmosphäre gesetzt wird. Daher kann man bis heute lediglich von Saison zu Saison El Niños vorhersagen; weiterreichende Prognosen sind nach wie vor wenig belastbar. Durch den Klimawandel kommen zusätzliche Komplexitäten zum bestehenden Verständnis hinzu. Hier seien nur exemplarisch der Einfluss der grundsätzlich steigenden Meeresoberflächentemperatur, das Abschmelzen des antarktischen Eises mit der Wechselwirkung auf den Meeresspiegel, die offene Frage zur sich ändernden Wärmekopplung zwischen Atmosphäre und Ozean mit der kontrovers diskutierten Auswirkung auf die generelle Neigung der Thermokline im Pazifik [21] und die Abhängigkeit der Frequenz der ENSO von Veränderungen des Third Pole, also der Eismasse in Tibet [22], erwähnt. Dies erschwert die bestehenden Vorhersagekapazitäten, da die Modelle erst mal an diese sich ändernden Randbedingungen angepasst werden müssen. So hatte sich das aktuelle El Niño Ereignis eigentlich schon im Frühjahr 2014 angedeutet [2], um dann aber in seiner Ausprägung gerade unterhalb des Schwellwertes für eine El Niño Diagnose zu verbleiben. Das Charakteristikum der jüngeren historischen El Niño Ereignisse in 1997/1998 und 2009/2010 besteht darin, dass der SOI einen markanten Anfang des El Niño Ereignisses nach einer La Niña Phase aufweist. Bei dem aktuellen El Niño Ereignis ist dies aufgrund des schwachen vorangegangenen El Niño Ereignisses in 2014 nicht gegeben (Abb. 3). Schließlich zeigen die ENSO Modelvorhersagen eine auffallende Aufweitung bezüglich des Endes des aktuellen El Niño, während die vorangegangenen El Niño Ereignisse beinahe abrupt endeten, insbesondere der stärkste in 1997/1998 im Frühjahr Die generell gültige Erkenntnis, dass kein El Niño Ereignis dem anderen gleicht, wird durch den Klimawandel verstärkt, mit entsprechenden Konsequenzen für die Vorhersagbarkeit von Ereignis und Auswirkungen. Gleichzeitig bleibt natürlich klar, dass die ENSO an sich eine natürliche Variabilität darstellt, die nicht auf den Klimawandel zurückzuführen ist. Einfluss des Klimawandels auf die Auswirkungen von El Niño Bedingungen Aufgrund der globalen Erwärmung erhöht sich die Verdunstung und beschleunigt sich der globale Wasserkreislauf und zwar meist im Sinne einer Verschärfung bestehender Anomalien. Dies wurde im SREX Bericht des Weltklimarates (IPCC) [23] unter dem Schlagwort wet gets wetter, dry gets drier treffend zusammengefasst. Dies gilt auch für die Anomalien, die durch natürliche Klimavariabilitäten, wie dem ENSO Phänomen, im Niederschlagsgeschehen entstehen. Durch die Verstärkung der Niederschlagsextreme durch den Klimawandel wird aber auch die Resilienz gegen die Auswirkungen von Trockenzeiten erniedrigt, da diese generell auf einem höherem Temperaturniveau und damit bei erhöhter Verdunstung durchgestanden werden müssen. Darüber hinaus sind extreme Niederschläge nach Dürreperioden auch 8

9 folgenschwerer, wie die bereits jetzt eingetretenen Schadengeschehen mit den oben angeführten Beispielen zeigen. Anpassungsmaßnahmen sind im Bereich Wassermanagement und Wasserwirtschaft angezeigt. Diese bieten aufgrund der saisonalen Vorhersagbarkeit des Niederschlages insbesondere in ENSO sensitiven Regionen bereits als no regret Maßnahme das Potential zur Erhöhung der Resilienz. Der Klimawandel liefert aufgrund seiner verstärkenden Wirkung auf das Niederschlagsgeschehen dann eine zusätzlich verbesserte Kosten-Nutzen-Analyse für derartige strategische Maßnahmen. Fazit Auch das aktuelle El Niño Ereignis zeigt mit dem bereits jetzt festzustellenden Schadengeschehen, dass durch den Klimawandel die Resilienz des Menschen gegen eine natürliche Variabilität, wie dem El Niño Phänomen, reduziert wird. Gleichzeitig sind neue Anstrengungen zur Vorhersagbarkeit des El Niño Phänomens auf der saisonalen Skala aufgrund der sich erhöhenden Komplexität der Randbedingungen notwendig. Beiden Entwicklungen trägt der DWD Rechnung, indem in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg und der Universität Hamburg ein saisonales Vorhersagesystem entwickelt wurde [24], das in naher Zukunft operationell saisonale Trends berechnen wird. Das deutsche System strebt zudem die Beteiligung an dem europäischen Multi-Modell-Projekt für Saisonale Vorhersagen (EUROSIP) an, um so auch die Verbesserung der El Niño Vorhersage zu unterstützen. Quellen und weitere Informationen [1] Ziese, M., Schneider, U., Becker, A.: Hochwasserschäden durch beginnenden El Niño an Pazifikküste Südamerikas; Hintergrundbericht des DWD vom 29. April 2015; PDF.pdf? blob=publicationfile&v=2 [2] Fröhlich, K., Becker, A., Andersson, A., Müller, W., Baehr, J.: El Niño im Winter 2014/15 wahrscheinlich; Hintergrundbericht des DWD vom 21. Juli 2014: blob=pub licationfile&v=9 [3] atafiles/monthlysoiphase base.txt; download am 26. Oktober 2015 [4] Schneider, U., Becker, A., Finger, P., Meyer-Christoffer, A., Rudolf, B., Ziese, M., (2015): GPCC Full Data Reanalysis Version 7.0 at 1.0 : Monthly Land-Surface Precipitation from Rain-Gauges built on GTS-based and Historic Data. DOI: /DWD_GPCC/FD_M_V7_100 [5] Meyer-Christoffer, A., Becker, A., Finger, P., Rudolf, B., Schneider, U., Ziese, M., (2015): GPCC Climatology Version 2015 at 1.0 : Monthly Land-Surface Precipitation Climatology for Every Month and the Total Year from Rain-Gauges built on GTS-based and Historic Data. DOI: /DWD_GPCC/CLIM_M_V2015_100 [6] Wittich, K.-P., Ziese, M., Becker, A.: Selbst am Ende der Regenzeit: Keine Entspannung für Dürreperiode in Kalifornien; Hintergrundbericht des DWD vom 17. April 2015; blob=publicationfile&v=2 [7] download am 28. Oktober 2015 [8] Hartmann, K.: Tödliche Gier nach Palmöl; Frankfurter Rundschau, Jahrgang 71, Nr. 240, S. 40 9

10 [9] Haeseler, S.: Hurrikan PATRICIA trifft mit einer Stärke der Kategorie 5 auf die Pazifikküste Mexikos; Hintergrundbericht des DWD vom 28. Oktober 2015; a.pdf? blob=publicationfile&v=2 [10] Ziese, M., Becker, A., Finger, P., Meyer-Christoffer, A., Rudolf, B., Schneider, U., (2011): GPCC First Guess Product at 1.0 : Near Real-Time First Guess monthly Land-Surface Precipitation from Rain-Gauges based on SYNOP Data. DOI: /DWD_GPCC/FG_M_100 [11] letzter Zugriff am 29. Oktober 2015 [12] letzter Zugriff am 29. Oktober 2015 [13] html; letzter Zugriff am 19. Oktober 2015 [14] letzter Zugriff am 29. Oktober 2015 [15] letzter Zugriff am 29. Oktober 2015 [16] letzter Zugriff am 29. Oktober 2015 [17] letzter Zugriff am 29. Oktober 2015 [18] ; letzter Zugriff am 29. Oktober 2015 [19] letzter Zugriff am 29. Oktober 2015 [20] b4; letzter Zugriff am 30. Oktober 2015 [21] Timmermann, A., Oberhuber, J., Bacher, A., Esch, M., Latif, M. und E. Roeckner, 1999: Increased El Niño frequency in a climate model forced by future greenhouse warming. In: Nature. 398, 1999, S doi: / [22] persönliche Kommunikation mit Prof. Dr. H. Paeth, [23] IPCC, 2012: Managing the Risks of Extreme Events and Disasters to Advance CLimate Change Adaptation. A Special Report of Working Goups I and II o the IPCC. [24] Baehr, J., Fröhlich, K., Botzet, M., Domeisen, D., Kornblueh, L., Notz, D., Piontek, R., Pohlmann, H., Tietsche, S., Mueller, W. A., 2015; The prediction of surface temperature in the new seasonal prediction system based on the MPI-ESM coupled climate model; Climate Dynamics, 44, doi: /s Hinweis: Die im Bericht aufgeführten Daten geben den Stand der Niederschrift wieder. 10