Dreiphasige Reaktion des äquatorialen Pazifiks auf CO₂-Antrieb, gesteuert durch sich verschiebende Passatwinde

Warum das für unser zukünftiges Klima wichtig ist

Der tropische Pazifik ist ein zentraler Motor des Erdklimas und prägt Wetterlagen von Monsunen bis zu Hurrikanen. Wissenschaftler wissen, dass eine Zunahme von Kohlendioxid (CO₂) in der Atmosphäre langfristig dazu führt, dass der östliche tropische Pazifik sich in einer El-Niño-ähnlichen Weise erwärmt. Was jedoch in den ersten Jahrzehnten passiert, war rätselhaft. Beobachtungen der letzten Jahrzehnte zeigen in Teilen des östlichen Pazifiks eine überraschende Abkühlung, eher ähnlich einer La-Niña-Phase. Diese Studie verwendet eine sehr große Anzahl von Klimamodellsimulationen, um zu entwirren, wie der äquatoriale Pazifik tatsächlich auf einen plötzlichen CO₂-Anstieg reagiert und was das für das Klima in den kommenden Jahrzehnten bedeutet.

Drei Phasen der Ozeanveränderung

Die Autorinnen und Autoren finden, dass sich der äquatoriale Pazifik nicht gleichmäßig an höheren CO₂-Spiegel anpasst. Stattdessen durchläuft er drei deutlich unterscheidbare Stadien. In den ersten ein bis zwei Jahren, der „Initial“-Phase, variiert das Muster von Erwärmung und Abkühlung im zentralen Pazifik stark von einem Modelllauf zum anderen. Einige Läufe zeigen frühzeitige Abkühlung entlang des Äquators, andere Erwärmung. Diese Streuung wird überwiegend durch interne Klimazufälligkeiten angetrieben, vergleichbar mit natürlichen El-Niño- und La-Niña-Ereignissen, die auch ohne menschlichen Einfluss auftreten. Wegen dieses Rauschens kommen die Forschenden zu dem Schluss, dass ein einzelnes Simulationslauf oder ein einzelnes Modell nicht ausreicht, um zu beurteilen, ob die frühe Modellantwort realistisch ist.

Eine jahrzehntelange, La-Niña-ähnliche Periode

Sobald dieser laute Anfang herausgemittelt ist, tritt das Modell in eine „Fast“-Antwort ein, die die ersten ein bis mehrere Jahrzehnte dominiert. In diesem Stadium verstärkt sich der Temperaturunterschied zwischen dem warmen westlichen Pazifik und dem kühleren östlichen Pazifik, und die von Ost nach West wehenden Passatwinde intensivieren sich. Der zentrale und westliche äquatoriale Pazifik kühlt relativ zu den umliegenden tropischen Gewässern ab, wodurch das Becken insgesamt einen La-Niña-ähnlichen Charakter annimmt, obwohl sich der Planet insgesamt erwärmt. Wenn die Autorinnen und Autoren die Analyse unter einer allmählicheren CO₂-Erhöhung von etwa 1 % pro Jahr wiederholen – näher an der realen Welt – bleibt dieses La-Niña-ähnliche Muster für ungefähr 60 Jahre bestehen, bevor es von etwas anderem abgelöst wird.

Schließlich eine Verschiebung zu El-Niño-ähnlicher Erwärmung

Auf längeren Zeitskalen, jenseits von etwa 50 Jahren nach einem abrupten CO₂-Sprung, geht das System in eine „Late“-Antwort über. Hier erwärmt sich der östliche äquatoriale Pazifik schließlich stärker als der Westen, die Passatwinde schwächen sich, und das vertraute El-Niño-ähnliche Muster tritt auf. Dieser Wechsel geschieht nicht, weil der grundlegende kühlende Einfluss kalten Tiefenwassersusw., das im Osten aufsteigt, verschwindet; im Modell bleibt diese auftriebssbedingte Abkühlung überraschend beständig für mindestens ein Jahrhundert. Vielmehr setzen andere Prozesse sich allmählich dagegen durch. Während die Ozeane langsam Wärme aufnehmen und umverteilen und sich Zirkulationsmuster anpassen, schwächt sich der Abtransport von Wärme vom Äquator ab, sodass die östliche Pazifikoberfläche aufholt und schließlich die Erwärmung im Westen übertrifft.

Wie Winde und Landerwärmung den Ozean lenken

Um zu verstehen, was diese Phasen steuert, verfolgen die Autorinnen und Autoren die Energieflüsse im oberen Ozean. Sie bestätigen, dass das klassische „Ozeanthermostat“ – bei dem stärkere Schichtung im Ozean den Auftrieb unterstützt und so den östlichen Pazifik kühl hält – die Region tatsächlich kühlt, und zwar kontinuierlich, nicht nur zu Beginn. Was das System jedoch von La-Niña-ähnlich zu El-Niño-ähnlich kippen lässt, ist die Art und Weise, wie Winde Wärme in Nord–Süd-Richtung transportieren. In der Fast-Phase treiben stärkere Passatwinde Oberflächenwasser vom Äquator weg, ziehen warmes Wasser zu höheren Breiten und verstärken so die äquatoriale Abkühlung. Später, wenn diese Winde schwächer werden, wird weniger Wärme exportiert und der äquatoriale Pazifik erwärmt sich. Ein wichtiger Auslöser für die frühe Verstärkung der Winde ist, dass Landflächen, insbesondere in der Nordhalbkugel, bei einem CO₂-Sprung schneller erwärmen als die Ozeane. Dieser Land‑Meer- Kontrast verschiebt tropische Regenbänder und stärkt bestimmte Hochdrucksysteme, die ihrerseits die Passatwinde über dem Pazifik intensivieren. Während sich die Ozeane langsam erwärmen und der Kontrast der Erwärmungsraten zwischen Land und Meer abnimmt, entspannt sich dieses Windmuster und das Erwärmungsmuster der Late-Phase kann sich einstellen.

Was das für die kommenden Jahrzehnte bedeutet

In Alltagssprache übersetzt legt die Studie nahe, dass das Klimasystem nach einem Anstieg der CO₂-Werte Jahrzehnte in einem La-Niña-anfälligen Zustand verweilen könnte – mit stärkeren Passatwinden und einem kühleren als erwarteten östlichen Pazifik –, bevor es sich schließlich in Richtung einer El-Niño-ähnlichen Welt neigt. Da der heutige CO₂-Gehalt etwa halb so hoch ist wie das, was seit vorindustrieller Zeit dazugekommen ist, schließen die Autorinnen und Autoren, dass wir uns noch weitgehend in dieser Fast-, La-Niña-ähnlichen Phase befinden. Das könnte helfen zu erklären, warum Beobachtungen in den letzten Jahrzehnten ein verstärktes pazifisches Passatwindsystem zeigen, obwohl langfristige Projektionen auf ein späteres Abschwächen hindeuten. Der Zeitpunkt des letztendlichen Wechsels zu einem El-Niño-ähnlichen Muster bleibt unsicher und hängt von interner Klimavariabilität, Veränderungen der Luftverschmutzung und anderen Faktoren ab, doch die Botschaft ist klar: Nahfristige und langfristige Veränderungen im tropischen Pazifik werden von unterschiedlichen Mechanismen bestimmt, und das Verständnis der wind- und landgesteuerten Fast-Antwort ist entscheidend, um regionale Klimaauswirkungen in den kommenden Jahrzehnten abzuschätzen.

Zitation: Moreno-Chamarro, E., Günther, M., Putrasahan, D. et al. Three-stage response of the equatorial Pacific to CO₂ forcing controlled by shifting trade winds. npj Clim Atmos Sci 9, 79 (2026). https://doi.org/10.1038/s41612-026-01391-y

Schlüsselwörter: äquatorialer Pazifik, Passatwinde, CO2-Antrieb, El Niño und La Niña, tropischer Klimawandel