Forschende identifizieren drei Phasen des Klimawandels im tropischen Pazifik
Klimamodelle zeichnen ein übereinstimmendes Bild davon, wie der Klimawandel sich im Pazifik auf lange Sicht darstellen wird: Die Erwartung ist, dass sich im tropischen Pazifik mit steigenden globalen Temperaturen allmählich ein Muster ausbilden wird, das dem Phänomen „El Niño“ ähnelt. Dabei erwärmt sich die Meeresoberfläche im Osten stärker als im Westen, die Passatwinde wehen schwächer, und damit verlangsamt sich auch die Walker-Zirkulation, also das vorherrschende atmosphärische Strömungsmuster in dieser Region. Allerdings ist diese Erwartung bisher noch nicht eingetreten. Stattdessen hat sich der östliche tropische Pazifik in den vergangenen Jahrzehnten abgekühlt. Eine neue Studie des Max-Planck-Instituts für Meteorologie zeigt, dass diese Abkühlung sich als eine von drei charakteristischen Phasen verstehen lässt, die die Antwort der Region auf den steigenden Kohlendioxid-Gehalt der Atmosphäre kennzeichnen.
Modellexperimente zeigen Reaktion auf steigenden CO2-Gehalt
Mit dem Klimamodell MPI-ESM erstellte das von Eduardo Moreno-Chamarro geleitete Forschungsteam ein großes Ensemble von 280 Simulationen, in denen der Kohlendioxid-Gehalt der Atmosphäre auf einen Schlag vervierfacht wird. Solch ein idealisierter „CO2-Hammer“ erzwingt eine sehr deutliche Antwort der Simulationen und erlaubt den Forschenden, die typische Reaktion auf einen CO2-Anstieg zu entschlüsseln. Durch die Vielzahl der Simulationen können sie zudem die Antwort auf den CO2-Anstieg von natürlichen Schwankungen unterscheiden.
In den Simulationen lassen sich drei Phasen der Veränderungen im tropischen Pazifik – initial, kurz- und langfristig – voneinander unterscheiden. Die initiale Phase ist durch zufällige Schwankungen gekennzeichnet, und ein großräumiges Muster gibt es noch nicht. Innerhalb weniger Jahre bildet sich unabhängig von der initialen Antwort eine Abkühlungstendenz im östlichen tropischen Pazifik heraus, welche die Antwort auf den Antrieb durch CO2 darstellt. Erst nach mehreren Jahrzehnten dominiert das El-Niño-artige Muster, bei dem die Erwärmung im Ostpazifik die im Westpazifik überholt und die Passatwinde schwächer werden. Auch in einem realistischeren Szenario, in dem der CO2-Gehalt der Atmosphäre nicht instantan, sondern allmählich um ein Prozent pro Jahr ansteigt, gibt es diese drei Phasen. Die Übergänge von einer Phase in die nächste treten allerdings entsprechend mit Verzögerung ein.
„Wenn man die Ergebnisse dieser idealisierten Experimente auf den anthropogenen Klimawandel bezieht, bedeutet das, dass die jüngste Entwicklung im tropischen Pazifik konsistent mit der zweiten Phase ist“, erklärt Moreno-Chamarro. „In den kommenden Jahrzehnten könnten wir dann den Übergang zur dritten Phase erwarten.“
Ursachen des Übergangs
Die Forschenden führen die Abkühlung in der zweiten Phase zum Teil auf den „Ozean-Thermostat“ zurück – einen Mechanismus, bei dem kühleres Wasser aus tieferen Schichten im östlichen tropischen Pazifik aufsteigt. Die Studie zeigt, dass dieser Kühleffekt über alle Phasen hinweg relativ konstant bleibt und den Übergang zum späteren Erwärmungsmuster nicht erklärt. Dies stellt frühere Annahmen in Frage, wonach der Kühleffekt des Thermostat-Mechanismus mit der Zeit nachlassen würde. Die aktuelle Studie deutet allerdings darauf hin, dass andere Prozesse dafür verantwortlich sind, dass sich das Temperaturmuster ändert.
Der entscheidende Faktor für den Übergang scheint zu sein, dass sich der Abtransport von Wärme vom Äquator verändert. Während der zweiten Phase unterstützen stärkere Passatwinde diesen Abtransport von Wärme und verstärken damit die Abkühlung im tropischen Pazifik. Während sich das Klima weiter erwärmt, schwächen sich die Passatwinde ab, und weniger Wärme wird vom Äquator weg transportiert. Infolgedessen erwärmt sich der östliche Pazifik.
Diese Veränderungen der Passatwinde wiederum hängen mit dem Temperaturunterschied zwischen Land und Ozean zusammen. In den frühen Phasen erwärmen sich die Kontinente – insbesondere auf der Nordhalbkugel – schneller als die Meeresoberfläche, was die atmosphärische Zirkulation und die Passatwinde beschleunigt. Mit der Zeit, wenn der Ozean „aufholt“ und sich der Temperaturunterschied zwischen Land und Ozean verringert, schwächen sich die Passatwinde ab. Weitere aktuelle Arbeiten am Institut sollen neben der Rolle der Landerwärmung auch klären, wie das Abschmelzen des antarktischen Eises und kleinräumige Ozeanprozesse diese Temperaturmuster ebenfalls beeinflussen könnten.
Originalpublikation
Moreno-Chamarro, E., Günther, M., Putrasahan, D., Zhang, J., and Kang, S. M. (2026) Three-stage response of the equatorial Pacific to CO₂ forcing controlled by shifting trade winds. npj Climate and Atmospheric Science, DOI: 10.1038/s41612-026-01391-y
Kontakt
Dr. Eduardo Moreno-Chamarro
Max-Planck-Institut für Meteorologie
eduardo.chamarro@mpimet.mpg.de