M2 Dekadische und multidekadische Variabilität

Thema

Die dekadische und multidekadische Variabilität des Klimasystems ist in niederfrequente Moden organisiert, die die durchschnittlichen Klimabedingungen über ganze Jahrzehnte modulieren. Dies steht im Gegensatz zur El Niño-Southern Oscillation (ENSO), die dieselben durchschnittlichen Klimabedingungen in Zyklen von nur wenigen Jahren moduliert. Die wichtigsten niederfrequenten Moden dieser dekadischen und multidekadischen Variabilität sind die Pazifische Dekadenoszillation (PDO) mit einer dominanten Periode zwischen 20 und 30 Jahren und die Atlantische Multidekadenoszillation (AMOO) mit einer Periode zwischen 60 und 80 Jahren. Anders als die El Niño-Southern Oscillation, die ein wohldefinierter, intern gekoppelter Oszillator ist, handelt es sich bei diesen niederfrequenten Moden nicht um rein wohldefinierte interne Oszillatoren, sondern vielmehr um Variabilitätsmuster, die aus der Wechselwirkung zwischen Tiefsee und Atmosphäre entstehen und möglicherweise auch durch externe Einflüsse wie vulkanische Aktivität, Sonneneinstrahlung oder Aerosole moduliert werden.

Die wichtigsten niederfrequenten Moden dieser dekadischen und multidekadischen Variabilität sind die Pazifische Dekadenoszillation (PDO) mit einer dominanten Periode zwischen 20 und 30 Jahren und die Atlantische Multidekadenoszillation (AMO) mit einer Periode zwischen 60 und 80 Jahren. Die PDO kann als die dominante Mode der Meeresoberflächentemperaturvariabilität im außertropischen Nordpazifik verstanden werden und entsteht physikalisch durch zwei unterschiedliche Mechanismen. Der erste Mechanismus ist die stochastische Integration: Die Meeresoberfläche des Nordpazifiks integriert die täglich einwirkenden hochfrequenten atmosphärischen Einflüsse, ähnlich wie ein Schwungrad schnelle, zufällige Impulse absorbiert und in eine viel langsamere, gleichmäßigere Bewegung umwandelt. Allein diese stochastische Integration erzeugt eine Meeresoberflächentemperaturvariabilität, bei der langsame, niederfrequente Schwankungen deutlich mehr Energie besitzen als schnelle, hochfrequente Schwankungen – ein Muster, das als rotes Rauschen bekannt ist –, ohne dass die PDO selbst einen internen Oszillator benötigt, um diese niederfrequente Variabilität zu erzeugen.

Der zweite Mechanismus der Pazifischen Dekadenoszillation (PDO) ist die niederfrequente Ozean-Atmosphäre-Rückkopplung, vermittelt durch den subtropischen Wirbel im Nordpazifik und langsame, westwärts gerichtete Ozeanströmungen. Diese ähneln den Mechanismen, die die Thermokline bei der El Niño-Südlichen Oszillation (ENSO) umverteilen, wirken jedoch auf einer deutlich langsameren Zeitskala. Diese niederfrequenten Ozean-Atmosphäre-Rückkopplungen ergänzen die zuvor beschriebene stochastische Integration und vervollständigen gemeinsam das räumliche und zeitliche Muster der PDO.

Die Atlantische Multidekadenoszillation (AMO) ist mit multidekadischen Schwankungen der Stärke der Atlantischen Meridionalen Umwälzzirkulation (AMOC) verbunden, jener Zirkulation, die Wärme in den Nordatlantik transportiert: Eine stärkere AMOC erwärmt den Nordatlantik, während eine schwächere AMOC ihn abkühlt. Die durch die Atlantische Multidekaden-Oszillation (AMO) hervorgerufene Erwärmung oder Abkühlung des Nordatlantiks hat globale Fernwirkungen: Sie beeinflusst die Niederschläge in der Sahelzone, die Hurrikanaktivität im Atlantik, die asiatischen Monsune und die Temperaturen in der Arktis.

Zukunftsprognosen deuten darauf hin, dass sich die Atlantische Meridionale Umwälzzirkulation (AMOC) unter dem Einfluss der anthropogenen Erwärmung abschwächen wird, was die AMO und ihre globalen Fernwirkungen grundlegend verändern könnte. Innerhalb der beobachteten AMO den Anteil, der auf ihre eigene interne Variabilität zurückzuführen ist, von dem Anteil zu unterscheiden, der durch Aerosole oder Treibhausgase bedingt ist, stellt eine zentrale Herausforderung der Klimaforschung dar – dieselbe Herausforderung, die bei der zuvor beschriebenen Pazifischen Dekaden-Oszillation (PDO) darin besteht, intern erzeugte niederfrequente Variabilität von den eingangs erwähnten möglichen externen Einflüssen zu unterscheiden.

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