På senare tid har El Niño uppmärksammats allt mer i media, framför allt under den senaste episoden 1997-98. Det finns inga svårigheter att finna artiklar och annat material om ENSO; tvärtom är det snarare svårt att sovra. Som ett exempel kan nämnas en sida på Internet som har samlat så många El Niño-relaterade nyhetshistorier som möjligt. Man fick ihop 1 000 st, sedan tog utrymmet slut. El Niño har beskyllts för allt möjligt, från surt regn, skorpioner och spindlar, franska revolutionen, tjälskador och trafikskador till en lukt av våt hund.

En del skador är dock direkt eller indirekt relaterade till El Niño. Översvämningar efter katastrofala skyfall har sköljt bort kilometervis med vägar, svår torka leder till svält och omfattande skogsbränder, onormala vattentemperaturer ändrar fiskeförhållanden med nedläggning av fiskeindustrier som följd. Sjukdomar följer ofta i El Niños spår, t. ex. malaria när skyfall och höga lufttemperaturer drastiskt ökar myggförekomsten. Den totala globala kostnaden för 1982-3 års El Niño har framräknats till 8 miljarder dollar.

För att minska kostnaderna för El Niño:s effekter satsar man idag stort på att undersöka fenomenet i detalj. Med hjälp av noggranna mätningar i Stilla havet kan man bygga modeller över hav-atmosfärsystemet och göra förutsägelser om när och hur stor nästa ENSO-episod kommer att bli. Regeringar och enskilda kan då planera utifrån hur klimatet troligen kommer att se ut och t. ex. plantera grödor som tål torka eller förstärka vägar m. a. p. översvämningar. Även i områden utanför tropikerna har man nytta av dessa modeller eftersom vädret här också mer eller mindre påverkas av ENSO genom s. k. "teleförbindelser".

Vad är El Niño?

Vanligtvis råder mer eller mindre balans i hav-atmosfärsystemet i tropiska Stilla havet. Västra delen har normalt en SST på 29-30 °C, medan östra sidan har 22-24 °C. Över varmvattenmassan i västra delen sker stark uppvärmning av atmosfären med kraftig nederbörd som följd. Termoklinen ligger på ca 100-200 m djup. I den östra delen däremot ligger termoklinen normalt vid ytan, pga upwelling av kallt vatten vid Sydamerikas kust. Passadvindarna driver denna upwelling och flyttar allt varmare vatten mot varmvattenbassängen i västra delen av Stilla havet.

El Niño startar när det plötsligt börjar blåsa starka västliga vindar i västra Stilla havet, i stället för de svaga ostvindar som vanligtvis blåser längs Ekvatorn. Västvindarna rör om de övre lagren i havet och utlöser s. k. Kelvin-vågor, med våglängder på tusentals kilometer med störst amplitud vid termoklinen, som plattas ut längs ekvatorn; den stiger i västra delen av Stilla havet och sjunker i den östra (så att upwellingen stoppas). Även längs ekvatorn hindras upwellingen och därmed försvinner det kallvattenbälte som i normala år sträcker sig från Sydamerikas västkust längs ekvatorn.

Detta kalla vatten förhindrar konvektion (centrala ekvatoriella Stilla havet är vanligtvis molnfritt och ganska torrt), men när El Niño bromsar upwellingen av kallt vatten, och SST blir varmare än normalt, ökar konvektionen och kraftiga regnmoln kan utvecklas här i stället för i Indonesien. Samtidigt sjunker lufttrycket över centrala och östra Stilla havet medan det stiger över Indonesien och Australien, vilket försvagar ostvindarna ytterligare och flyttar regnområdena ännu längre österut.

Figur 2. Övre bilden: regnområden (vilka indikeras av moln) och ostvindar under normala år, Nedre bilden: regn och ostvindar under år med El Niño. (Från http://www.pmel.noaa.gov/toga-tao/figure17b.html)

Man tror att upplägget för El Niño sker i varmvattenmassan i västra delen av Stilla havet; den förmår inte transportera ut värme tillräckligt snabbt, värmeinnehållet ökar och om det börjar blåsa västvindar utlöses El Niño som effektivt transporterar bort värmet.

1997-8 års El Niño började med en smäll, som verkade utlova seklets kraftigaste El Niño. Redan 1996 började västliga vindar blåsa, följda av förflyttning österut av en ökande temperaturanomali under havsytan (+2-3 °K i den västliga varmvattenmassan). När temperturanomalin nådde ytan i östra Stilla havet på hösten 1997 var den +9 °K (Webster & Palmer; Scientific American; Wallace & Vogel; Kassoy).

Figur 3. Schematisk bild av vind och strömförhållanden över Stilla Havet under normala respektive El Niño år. (Från http://www.pmel.noaa.gov/toga-tao/tao-tour.html)

Webster & Palmer förmodar en fortsatt utveckling av El Niño under 1997-8 sålunda:

• Ökad nederbörd i sydvästra USA och längs Sydamerikas västkust (Equador-Peru)
  
• Torka i Indonesien, Nya Guinea och Australien
  
• Om varm SST fortsätter in på våren blir det torka i södra Asien på sommaren men våtare i Centraleuropa
  
• La Niña inträder senare under 1998 (Webster & Palmer)
  

Vad är Southern Oscillation?

Under normala förhållanden är havsytan i västra Stilla havet ungefär en halvmeter högre än i östra delen, p. g. a. att passadvindarna föser vattnet mot väster och att vattentemperaturen är högre här (högre temperatur = lägre densitet = större volym). När passadvindarna slutar blåsa västerut, flyter havsvattnet österut längs höjdgradienten. I maj-juni -82 höjdes havsytan vid Julön (mitt i Stilla havet) flera centimeter och i oktober var vattenståndet vid Equador ca 30 cm högre än normalt. Samtidigt sjönk havsytan i västra Stilla havet (Wallace & Vogel).

Southern Oscillation Index är en jämförelse mellan Tahitis och Darwins lufttryck vid havsytan. Under El Niño är indextalet negativt, medan det är positivt under en La Niña-episod.

Figur 4.Southern Oscillation Index (SOI) jämfört med den globala temperaturen. Märk att SOI-skalan är omvänd för att tydligare visa sambandet mellan SOI och temperatur. (Från http://www.vision.net.au/~daly/soi-temp.html)

Efter att ha studerat satellitdata för den globala temperaturen från 20 år, tycks det tydligt att det är Southern Oscillation som driver de årliga förändringarna i den globala temperaturen. Sex till nio månader efter en SOI-förändring, ändras temperaturen på samma sätt, utom under perioder med extra mycket vulkanism. Vid El Chichons och Pinatubos utbrott svängde SOI som vanligt men den globala temperaturen följde inte med (Daly).

Hur påverkar El Niño klimatet?

• I Australien, Indonesien, nordöstra Brasilien och Afrika blir det vanligtvis torka då de fuktighetsmättade stormarna styrs bort från dessa områden.
  
• I Equador, Peru, Argentina, södra Kina, södra Brasilien och Japan däremot ökar nederbörden kraftigt och orsakar översvämningar.
  
• Antalet tropiska cykloner minskar i Mexikanska golfen och västra Atlanten (endast 1 st aug-sep 1997) medan Stilla havet får en ökning av antalet cykloner (16 st i östra Stilla havet samma tid).
  
• När de storskaliga luftströmningarna störs av El Niño påverkar detta stormbanorna i mellanlatituderna över Nordamerika. Nederbörden ökar i södra USA och Mexiko. Det blir varmare i Alaska, Canada och norra USA. I centrala USA varierar effekterna men vanligtvis minskar snömängderna (Scientific American).
  

Figur 5. Visar hur El Niño påverkar stormbanorna på olika latituder vilket ger ändringar i nederbörd och temperatur. (Från http://www.nic.fb4.noaa.gov/products/analysis_monitoring/impacts/enso.html)

Utanför tropikerna kan El Niño märkas av genom teleförbindelser mellan tropiska regnområden och icke-tropikernas storskaliga cirkulationsmönster, framför allt över norra Stilla havet och Nordamerika. Längre bort har El Niño statistiskt svagare effekter på väderförhållandena. Över huvud taget är El Niños påverkan på atmosfären utanför tropikerna inte direkt, utan snarare en förstärkning av sannolikheten för vissa atmosfärstillstånd (Webster & Palmer).

El Niño skapar våglika störningar i "vorticiteten" (rotation runt vertikalaxeln) i övre troposfären, vilka störningar sträcker sig till mellanlatituderna. Bergskedjor påverkar vågorna genom att trycka ihop virvlarna på höjden, så att de måste breda ut sig horisontellt, och därigenom minska vorticiteten. Detta sänker värmetransporten från tropikerna till mellanlatituderna. Framför allt Himalaya agerar barriär. Därför blir effekterna av ENSO mindre ju längre bort man kommer (DeWeaver & Nigam).

Här är en liknelse för hur de tropiska nederbördsförändringarna påverkar vindmönstren över stora delar av Jorden: stenblock i ett vattendrag skapar virvlar och stående vågor nedströms. Om man flyttar ett stenblock, flyttas vågtopparna och -dalarna också. Tjocka tropiska regnmoln når en mil upp i atmosfären och stör luftströmningen här på samma sätt som stenblocken i vattendraget. De påverkar stormbanor och jetströmmarnas läge och därmed fördelningen av kalla och varma luftmassor över stora delar av jordklotet. El Niños klimatologiska effekter i mellanlatituderna märks bäst under vinterhalvåret.

Fraedrich har studerat hur ENSO påverkar vädersituationen över Europa. "Grosswetter" innebär låg-/högrtrycksfördelningen över Europa och Nordatlanten. Författaren använder sig även av hur detta manifesterar sig vädermässigt i Potsdam och Berlin:

• El Niño (varm episod): mer lågtrycksförhållanden (60-70% av tiden), störst effekter under jan-feb året efter ENSO-episoden, samt stor inbördes variation mellan episoderna.
  
• La Niña (kall episod): mer högtrycksförhållanden (46-90% av tiden), mer soldagar, inte lika kall vinter, störst effekter jan-feb året efter episoden, liten eller ingen variation mellan episoderna, mer förutsägbara effekter (Fraedrich).
  

Figur 6. Figuren visar hur ENSO påverkar vädersituationen över Europa. (Från http://www.nic.fb4.noaa.gov/products/analysis_monitoring/regional_monitoring/clrtan1.gif)

Under 70-80% av alla ENSO-vintrar märks detta mönster. Anomaliförflyttningen beror på en förflyttning av lågtrycksbanorna, pga att högtrycksanomalier uppstår i Nordatlanten-Europa under ENSO-vintrar. Under El Niño-vintrar går lågtrycken söderut, under La Niña-vintrar norrut. Hur går det till? Om Stilla havet blir varmare ger detta en starkare zonal vind i mellanlatituderna samt ett extrastarkt Aleutiskt lågtryck. Detta påverkar vågorna i västvindsbältet så att de blir stående, från Nordamerika till Ryssland. Märk likväl att Europa ligger långt bort från ENSO:s födelseplats och påverkas av mycket annat också: ENSO spelar endast en liten roll i Europas klimat (Fraedrich & Müller).

En annan förklaring är att Golfströmmens läge varierar något år från år. Medellatitudens varians beror till hälften på NAO, men mycket av den övriga variansen beror på ENSO. Detta påverkar vädret i Nordatlanten. Golfströmmen flyttas norrut efter en ENSO-episod (både El Niño och La Niña), p. g. a. att ENSO påverkar passadvindbältet som i sin tur påverkar Golfströmmens fluktuationer och därmed stormbanorna i nordvästra Atlanten (Taylor et al.).

1982-3 års El Niño var ovanligt svår och dessutom närmast komplett oförutsedd. 2500 mm regn föll över Equador och Peru under sex månader. Tropiska cykloner drevs "ur kurs" av de onormala vindarna och slog in i Tahiti och Hawaii, som inte är vana vid sådant väder. Monsunregnen föll över centrala Stilla havet i stället för den västra delen, vilket ledde till svår torka och skogsbränder i Indonesien och Australien. Kraftiga vinterstormar drabbade Kalifornien och södra USA (p. g.a. att jetströmmen flyttades från 40° N till 30° N), med översvämningar som följd, medan flera skidorter i norr och öster blev utan snö och intäkter då vintern var 5 °K varmare än normalt (Wallace & Vogel; Kassoy).

Tabell 2. Effekter av 1982-1983 års ENSO. Ur "The New York Times", 2 aug 1983 (Från http://enso.unl.edu/ndmc/enigma/tab1enso.htm)

Fortsatta effekter av 1982-1983 års ENSO

1993 var 1982-3 års El Niño alltså inte över, den hade flyttat sig från Sydamerika till nordvästra Stilla havet. El Niño fortsatte att påverka oceanens cirkulation och därmed även atmosfären och klimatet. (Jacobs et al.) El Niño påverkar alltså dynamiken i både ekvatoriella, kustnära och mellanlatitudernas vatten. Varför blandades inte Rossbyvågen ut av virvlar och vind, utan höll samman ett helt decennium? Antagligen pga att 1982-3 års El Niño var så kraftig.

En typisk teleförbindelse mellan tropikerna och högre latituder är intensifieringen av Aleutiska lågtrycket och därmed sammanhängande sydförflyttning av jetströmmen över norra Stilla havet. Detta förändrar vinterns väderförhållanden över Nordamerika. Jetströmmens sydligare läge gör att stormarna i centrala norra Stilla havet (20°-35° N) ökar i frekvens och styrka, vilket gör att förmågan att transportera värme ökar här. Ytvattentemperaturen minskar i de centrala delarna medan vid Nordamerikas västkust temperaturen ökar. Frågan är hur mycket detta påverkar atmosfärscirkulationen. Låg t. ex. Rossbyvågen bakom 1993 års översvämningar i Mississippi (McPhaden)?

Effekter av 1997-1998 års ENSO

• torka över Hawaii pga ett blockerande högtryck;

• mild vinter i fastlandsstaterna;

• orkaner i Florida i februari;

• skyfall i Kalifornien;

• snö i Louisiana i december;

• värme i mellanvästern;

• översvämningar i Texas.

I tropikerna är El Niño mest påtaglig och gav 1997-8 bl a:

• Skyfall och värmebölja i Peru, Colombia och Chile.

• Torka i Centralamerika, Karibien, norra Sydamerika och österut över Sydatlanten.

• Ostadigt väder i centrala och södra Sydamerika liksom centrala och östra Söderhavet.

• Minskad orkanfrekvens i Nordatlanten; ökad orkanfrekvens i södra Stilla havet under sommaren.

• Tio gånger så mycket nederbörd som vanligt i nordöstra Kenya och östra Etiopien.

• Torrt väder i Australien förorsakade skogsbränder.

• Svår torka i Indonesien pga att sommarens torrperiod satte in för tidigt; detta bidrog till de stora skogsbränderna i området.

• Svår torka i Papua Nya Guinea.

• Nya Zeeland drabbades av svår torka i vissa områden medan andra platser, främst kustlandet, översvämmades.

• Värmebölja i Asien från Indien till Kina.

• Opålitlig monsun i Pakistan och nordvästra Indien (Environment Canada).

Hur påverkar La Niña klimatet?

Figur 7. Visar hur La Niña påverkar stormbanorna på olika latituder vilket ger ändringar i nederbörd och temperatur. (Från http://www.nic.fb4.noaa.gov/products/analysis_monitoring/impacts/enso.html)

Andra effekter

Ekvatoriella Stilla havet är atmosfärens största koldioxidkälla. Skillnader i koldioxidflödet i centrala och östra ekvatoriella Stilla havet styrs främst av storleken på den ekvatoriella upwellingen och av advektion av varmt, koldioxidfattigt vatten västerifrån. Båda processerna påverkas kraftigt av El Niño.

Figuren visar deltafCO2 och koldioxidflödet från havet till atmosfären i ekvatoriella Stilla havet. Överst under normala förhållanden (dec -95 till jun -96), underst under El Niño-förhållanden (okt -97 till apr -98). Koldioxidflödet under El Niño-episoden minskade med mer än 100% jämfört med normalförhållanden. Detta märktes av som en minskning i atmosfärens koldioxidökning.

Figur 8. Visar deltafCO2 och koldioxidflödet från havet till atmosfären i ekvatoriella Stilla Havet under normala förhållanden (överst) och under El Niño förhållanden (underst). (Från http://www.pmel.noaa.gov/co2/elnino.html)

El Niño är inget nytt fenomen, även om det i våra dagar verkar som om det blir kraftigare och mer frekvent. Det kan dock ha att göra med den globala nyhetsspridningen och -hysterin (Hype Watch).

De europeiska kolonisatörerna beskrev den kraftiga ENSO-episoden 1789-93, som började i Sydasien-södra Indien år 1790, ett år innan effekten märktes i Stilla havet. Monsunen uteblev i flera år (med en del katastrofala skyfall emellanåt). Torka följde även i Australien (1791), Mexiko (1791-3), Antillerna (aug 1791), de Atlantiska öarna som t. ex. St Helena (1792-4) och södra Afrika (1789-99). Nilens flöde minskade 1790-7 pga minskad nederbörd i Etiopiska höglandet. Hungersnöd, sjukdomar och krig följde i El Niños spår.

En möjlig förelöpare till denna El Niño-tid tros vara en ovanligt kall vinter i Västeuropa 1787-8, följd av en sen, våt vår och sommartorka. Detta kan ha satt igång Franska revolutionen. Det finns alltså en koppling mellan NAO och den Indiska sommarmonsunen, som sedan utlöser ENSO-episoder (Grove).

Spår av tidigare El Niños och modeller

Evans et al. har tittat på grundämnena i korallers "årsringar" för att detektera SST-anomalier i centrala ekvatoriella Stilla havet, närmare bestämt vid Julön. Tidsserien sträcker sig mellan 1938 och -93. Man har studerat O-18 och kvoten Sr/Ca. Man har framtagit ett index kallat NINO-C (årsmedelvärdet april-mars av syreisotopen) som drivs av SST-anomalier i centrala Stilla havet. Det kan användas för att se teleförbindelser till luft- och nederbördsanomalier i Nord- och Sydamerika, Afrika, Australien, Indien och Sydostasien. Vid jämförande studier har man även sett att sydöstra USA tycks reagera på förhållandena i östra Stilla havet i stället. (Evans et al.)

Quinn et al. har studerat sydamerikanska kolonisatörers m. fl. efterlämnade skrifter för att se t ex vind- och strömpåverkan på segelfartygens segeltider, storleken på fysiska skador och förstörelse, nederbörd och översvämningar, dödlighet hos marina organismer och guanofåglar, invasion av tropiska nekton, höjning av havsytetemperaturen och vattennivån, fiskeproduktionen m. m. Arkeologiska spår är t. ex. katastrofala översvämningar 1100 e. Kr. i det gamla Chimu-riket i Peru och 500 f. Kr. i Moche-riket.

Man har tabellfört alla El Niño-episoder efter styrka. Moderata eller kraftigare återkommer vart 3.8 år. Starka eller kraftigare har en cykel på 6-7 år. Mycket starka El Niños återkommer oregelbundet. Klimatförändringar kan ligga bakom eller spåras till vissa episoder med extra många och starka El Niños, framför allt 1607-24, 1701-28, 1812-32, 1864-91, 1925-32. Här kan man tala om decennielånga El Niños (Quinn et al.). För att förstå hur ENSO fungerar och för att kunna förutsäga dess framtida utveckling, bygger man modeller över fenomenet. Man kan använda GCM, oceancirkulationsmodeller eller sammankopplade hav-atmosfärmodeller.

Hur har El Niño-modellerna utvecklats? Cane och Zebiak tog Newtons rörelselagar och termodynamikens lagar och applicerade dem till det sammankopplade hav-atmosfärsystemet i tropiska Stilla havet. Det är en enkel men användbar modell som klarar av förutsägelser flera årstider framåt. Den är dock känslig när det gäller input p.g.a. stora systematiska fel. Idag används kopplade hav-atmosfärsmodeller mer och mer (Webster & Palmer). Modellernas indata består av hav-atmosfärsystemets nuvarande tillstånd, uttryckt som vindhastigheter, havsströmmar, havsnivå och termoklinens djup längs ekvatorn. Utdata är hur hav-atmosfärsystemet kan tänkas se ut om några månader upp till ett år. Dessa kan användas för att planera sådd, dammkapaciteter, torrperiodsåtgärder m. m. Framför allt tropiska länder har nytta av El Niño-modellernas förutsägelser, eftersom de både drabbas hårdast av klimatanomalierna och är de områden för vilka modellerna fungerar bäst (Wallace & Vogel).

Det stora problemet vid modellering av ENSO och klimatet i övrigt är att havet-atmosfären är ett icke-linjärt system, där små variationer i utgångspunkten (t. ex. olika synoptiska vädertillstånd) ger helt olika resultat. ENSO-episoder märks bäst av i Europa om vintern, om de alls ger någon effekt här (Stockdale et al.).

Figur 9. Prognosticerade effekter av ENSO i Europa vintertid. (Från http://www.ogp.noaa.gov/enso/europe.html)

Vad ligger bakom El Niño?

Eruptioner på solen stärker solvinden och försvagar inkommande kosmisk strålning på Jorden. Detta påverkar molntäcket över Jorden: svag kosmisk strålning ger minskad molnmängd (p. g. a. att joniserade sekundära partiklar fungerar som kondensationskärnor). Man har observerat 3% minskning av molnigheten, vilket motsvarar en förändring i solinstrålningen med 1.5 W/m2, en inte obetydlig skillnad i ett så synnerligen komplext system som hav-atmosfärsystemet.

Molneffekten är störst över Indonesien och andra ställen med hög molnighet. Detta leder till ökad solinstrålning, ökad Hadley-cirkulation och och därmed förstärkta passadvindar mot Indonesien, som då blir upplagt för en El Niño. Motsatta förhållanden (svag solvind, stark kosmisk instrålning) torde vara gynnsamma för La Niña. Ytterligare effekter av soleruptioner är ökningen av solens UV- och röntgenstrålning. UV-strålningen fångas upp av ozonskiktet, som värms upp. Detta stör cirkulationen i stratosfären, som påverkar troposfären genom att Hadley-cirkulationen intensifieras. Hadley-cirkulationen påverkar i sin tur de förhållanden som ger upphov till El Niños. De kan sedan utlösas av tropiska cykloner och åskväder, vilka i sin tur förstärks av stark röntgenstrålning från solen (Landscheidt).

Handler & Andsager är övertygade om att vulkaner orsakar ENSO-episoder: Minskad solinstrålning leder till ENSO pga anormal transport av luft från havshögtryck mot södra Eurasien. Vanligtvis är det tvärtom. Vulkaniskt stoft minskar solinstrålningen över Eurasien, som svalnar på sommaren. Lufttrycket blir högre än vanligt samtidigt som lufttrycket blir lägre än vanligt i högtrycken i norra och södra Stilla havet. Tryckgradienten mellan högtrycken och ITCZ minskar och därmed minskar ju även vinden i passadvindbältet - vilket är just vad El Niño är (Handler & Andsager).

Nicholls däremot är nästan lika övertygad om motsatsen: Om man tittar på varje utbrott var för sig, och inte sammansatt ("composite"), kan man se att SST och SOI ändras innan flera utbrott. Dessutom föregicks flera El Niños inte av något utbrott alls. Vulkaniskt stoft kanske svarar för 25% av El Niños, inte som Handler & Andsager hävdar, alla (Nicholls).

Hur mäts och upptäcks El Niño?

Figur 10. Bojar som ingår i TOGA-programmet i den så kallade Tropical Atmosphere Ocean (TAO) Array och som mäter oceanografisk och meteorologisk data. (Från http://www.pmel.noaa.gov/toga-tao/gif/tao-array-huge.gif)

För att kunna mäta variablerna i TOGA-programmet utplacerades ett stort nät av vind- och temperaturmätare, den sk Tropical Atmosphere Ocean (TAO) Array. Den består av ca 70 förankrade bojar som mäter lufttemperatur, relativ luftfuktighet, vind, SST och vattentemperatur ned till 500 m djup. Oceanografiska och meteorologiska data sänds i realtid via NOAA:s satelliter till PMEL i Seattle. TAO är en viktig del av det globala systemet för klimatobservationer och dess data kan studeras på Internet. Det är ett internationellt samarbete mellan USA, Frankrike, Japan och Taiwan (McPhaden på nätet).

Referenser