mini|Durchschnittlicher jährlicher Index der Interdekadischen Pazifischen Oszillation.
Die Interdekadische Pazifische Oszillation (englisch Interdecadal Pacific Oscillation, IPO) ist ein großräumiges Muster der Meeresoberflächentemperatur-Variabilität im Pazifischen Ozean, das auf Zeitskalen von etwa 15 bis 30 Jahren zwischen einer positiven (warmen) und einer negativen (kalten) Phase wechselt. Der Begriff wurde 1999 von Scott Power et al. eingeführt, um die interdekadische Modulation der El Niño-Southern Oscillation (ENSO)-Auswirkungen auf den australischen Niederschlag zu beschreiben.S. Power, T. Casey, C. Folland, A. Colman, V. Mehta (1999): Inter-decadal modulation of the impact of ENSO on Australia. In: Climate Dynamics. Band 15 (1999), S. 319–324. DOI:10.1007/s003820050284. Nahezu zeitgleich identifizierten Folland et al. dasselbe Muster in einer beckenweiten Analyse pazifischer Meeresoberflächentemperaturen.C. K. Folland, D. E. Parker, A. W. Colman, R. Washington (1999): Large scale modes of ocean surface temperature since the late nineteenth century. In: Antonio Navarra (Hrsg.): Beyond El Niño: Decadal and Interdecadal Climate Variability. Springer, Berlin 1999. ISBN 978-3-540-63662-5, S. 73–102. Die IPO gehört neben der eng verwandten Pazifischen Dekaden-Oszillation (PDO) und der Atlantischen Multidekaden-Oszillation (AMO) zu den wichtigsten Mustern natürlicher Klimavariabilität auf dekadischen (ein Jahrzehnt) bis multidekadischen Zeitskalen (mehrere Jahrzehnte umfassend).
Räumliche Struktur und Phasen
Das räumliche Muster der IPO ähnelt einer vergrößerten Version des ENSO-Musters und wird in der Fachliteratur oft als „ENSO-ähnliche dekadische Variabilität“ bezeichnet.Yuan Zhang, John M. Wallace, David S. Battisti (1997): ENSO-like Interdecadal Variability: 1900–93. In: Journal of Climate. Band 10 (1997), Ausgabe 5, S. 1004–1014. DOI:10.1175/1520-0442(1997)010<1004:ELIV>2.0.CO;2. In der positiven Phase ist der zentrale und östliche äquatoriale Pazifik überdurchschnittlich warm, während der nordwestliche und der südwestliche Pazifik in mittleren Breiten kühler als normal sind. In der negativen Phase kehrt sich dieses Muster um: Der tropische Pazifik kühlt ab, und die außertropischen Regionen erwärmen sich relativ. Das Sea Surface Temperature (SST)-Anomaliemuster der IPO ist annähernd symmetrisch um den meteorologischen Äquator bei etwa 5° N und erstreckt sich bihemisphärisch über den gesamten Pazifik.C. K. Folland, J. A. Renwick, M. J. Salinger, A. B. Mullan (2002): Relative influences of the Interdecadal Pacific Oscillation and ENSO on the South Pacific Convergence Zone. In: Geophysical Research Letters. Band 29 (2002), Ausgabe 13, S. 21-1-21-4. DOI:10.1029/2001GL014201.
Während des 20. Jahrhunderts wurden drei vollständige Phasen identifiziert: eine positive Phase von etwa 1922 bis 1944, eine negative Phase von etwa 1946 bis 1977 und eine erneut positive Phase von etwa 1978 bis 1998, gefolgt von einer negativen Phase, die um die Jahrtausendwende begannM. J. Salinger, J. A. Renwick, A. B. Mullan (2001): Interdecadal Pacific Oscillation and South Pacific climate. In: International Journal of Climatology. Band 21 (2001), Ausgabe 14, S. 1705–1721. DOI:10.1002/joc.691.Benjamin J. Henley (2017): Pacific decadal climate variability: Indices, patterns and tropical–extratropical interactions. In: Global and Planetary Change. Band 155 (2017), S. 42–55. DOI:10.1016/j.gloplacha.2017.06.004. Allerdings zeigt eine 2000-jährige IPO-Rekonstruktion auf Grundlage des Law-Dome-Eisbohrkerns in der Ostantarktis, dass negative Phasen historisch gesehen kurz (im Mittel 7 Jahre) und selten sind (nur rund 10 Prozent der Zeit), während der vorherrschende Zustand neutral bis positiv ist und typischerweise mehrere Jahrzehnte andauert (im Mittel rund 60 Jahre, bei allerdings großer Streuung). Die instrumentelle Aufzeichnung seit 1900 überrepräsentiert demnach die negativen Phasen erheblich.Tessa R. Vance, Anthony S. Kiem, Lenneke M. Jong, Jason L. Roberts, Christopher T. Plummer, Andrew D. Moy, Mark A. J. Curran, Tas D. van Ommen (2022): Pacific decadal variability over the last 2000 years and implications for climatic risk. In: Communications Earth & Environment. Band 3, (2022), Artikel 33. DOI:10.1038/s43247-022-00359-z.
Abgrenzung von der Pazifischen Dekaden-Oszillation
mini|Tripolindex (TPI) für die Interdekadische Pazifische Oszillation (IPO) Die IPO und die Pazifische Dekaden-Oszillation (PDO) sind eng miteinander verwandt und werden in der Literatur teilweise synonym verwendet; ihre zeitlichen Verläufe korrelieren mit mehr als 0,8. Der wesentliche Unterschied besteht im räumlichen Bezugsrahmen: Die PDO beschreibt primär die nordpazifische Komponente,Nathan J. Mantua, Steven R. Hare, Yuan Zhang, John M. Wallace, Robert C. Francis (1997): A Pacific interdecadal climate oscillation with impacts on salmon production. In: Bulletin of the American Meteorological Society. Band 78 (1997), S. 1069–1079. DOI:10.1175/1520-0477(1997)078<1069:APICOW>2.0.CO;2. die IPO hingegen erfasst das gesamte Pazifikbecken einschließlich der tropischen und südpazifischen Anteile und besitzt daher eine bihemisphärische Struktur. Als südpazifisches Gegenstück der PDO wurde die South Pacific Decadal Oscillation (SPDO) identifiziert.Xianyao Chen, John M. Wallace (2016): Orthogonal PDO and ENSO Indices. In: Journal of Climate. Band 29 (2016), Ausgabe 10, S. 3883–3899. DOI:10.1175/JCLI-D-15-0684.1. Alle drei Muster werden zusammenfassend als Pacific Decadal Variability (PDV) bezeichnet.
Benjamin J. Henley et al. entwickelten 2015 den Tripole Index (TPI), der die IPO als Differenz zwischen den SST-Anomalien im zentralen äquatorialen Pazifik und dem Mittelwert der SST-Anomalien im westlich-zentralen subtropischen Nord- und Südpazifik berechnet. Dieser Index hat sich als Standardmaß für die IPO durchgesetzt.Benjamin J. Henley, Joelle Gergis, David J. Karoly, Scott Power, John Kennedy, Chris K. Folland (2015): A Tripole Index for the Interdecadal Pacific Oscillation. In: Climate Dynamics. Band 45 (2015), S. 3077–3090. DOI:10.1007/s00382-015-2525-1.
Physikalische Mechanismen
Die IPO ist kein einzelner physikalischer Mechanismus, sondern ein statistisches Muster, das aus dem Zusammenwirken mehrerer ozeanischer und atmosphärischer Prozesse hervorgeht. Matthew Newman et al. formulierten 2016 das inzwischen breit akzeptierte Paradigma, wonach die PDO – und damit im Wesentlichen auch die IPO – eine Überlagerung mehrerer Prozesse darstellt: tropische ENSO-Dynamik, atmosphärische Telekonnektion von den Tropen in die außertropischen Breiten, stochastische atmosphärische Antriebe des nordpazifischen SST-Feldes über Wärmeflüsse und Ekman-Transport sowie ozeanische Rossby-Wellen-Dynamik.Matthew Newman, Michael A. Alexander, Toby R. Ault et al. (2016): The Pacific Decadal Oscillation, revisited. In: Journal of Climate. Band 29 (2016), Ausgabe 12, S. 4399–4427. DOI:10.1175/JCLI-D-15-0508.1. Die thermische und dynamische Trägheit des Ozeans verleiht dem Muster seinen niederfrequenten Charakter, während die atmosphärische Kopplung für die räumliche Kohärenz sorgt.
Ein zentraler Aspekt ist die tropisch-extratropische Wechselwirkung: Dekadische Änderungen in der Häufigkeit und Intensität von El Niño- und La-Niña-Ereignissen projizieren sich über die „atmosphärische Brücke“ in die außertropischen Ozeane, wo sie durch die Trägheit der ozeanischen Durchmischungsschicht zu niederfrequenten SST-Anomalien „gerötet“ werden.Claude Frankignoul, Klaus Hasselmann (1977): Stochastic climate models, Part II Application to sea-surface temperature anomalies and thermocline variability. In: Tellus, Band 29, Ausgabe 4, S. 289–305. DOI:10.3402/tellusa.v29i4.11362. Umgekehrt können extratropische SST-Anomalien über den sogenannten Seasonal Footprinting Mechanism den tropischen ENSO-Zyklus beeinflussen.Daniel J. Vimont, John M. Wallace, David S. Battisti (2003): The Seasonal Footprinting Mechanism in the Pacific: Implications for ENSO. In: Journal of Climate. Band 16 (2003), Ausgabe , S. 2668–2675. DOI:10.1175/1520-0442(2003)016<2668:TSFMIT>2.0.CO;2. Weder die tropische noch die extratropische Komponente allein kann die IPO antreiben, sondern es handelt sich um eine fortlaufende tropisch-extratropische Rückkopplung auf dekadischen Zeitskalen.Scott Power, Rob Colman (2006): Multi-year predictability in a coupled general circulation model. In: Climate Dynamics. Band 26 (2006), S. 247–272. DOI:10.1007/s00382-005-0055-y.
Ob die IPO eine echte Oszillation mit bevorzugter Periodizität oder die niederfrequente Antwort des Klimasystems auf eine zufällige Anregung ist, ist weiterhin Gegenstand der Forschung. Das Spektrum des PDO-Index weist eher die Eigenschaften von rotem Rauschen auf dekadischen Zeitskalen auf als einen scharfen spektralen Peak.Xianyao Chen, John M. Wallace (2016): Orthogonal PDO and ENSO Indices. In: Journal of Climate. Band 29 (2016), Ausgabe 10, S. 3883–3899. DOI:10.1175/JCLI-D-15-0684.1. Einige Studien haben zudem untersucht, ob externe Antriebe wie vulkanische Eruptionen mit multidekadischer Taktung Phasenwechsel der IPO auslösen können, bisher ohne abschließendes Ergebnis.Stacy E. Porter, Ellen Mosley-Thompson, Lonnie G. Thompson, Aaron B. Wilson (2021): Reconstructing an Interdecadal Pacific Oscillation Index from a Pacific Basin–Wide Collection of Ice Core Records. In: Journal of Climate. Band 34 (2021), Ausgabe 10, S. 3839–3852. DOI:10.1175/JCLI-D-20-0455.1.
Klimatische Auswirkungen
Modulation der globalen Oberflächentemperatur
mini|Klimaanomalien im Indopazifik während der IPO-Phasen mini|Vermeintlicher Stillstand der globalen Erwärmung.
Die IPO beeinflusst die globale mittlere Oberflächentemperatur erheblich. Positive IPO-Phasen gehen mit beschleunigter Erwärmung einher, während negative Phasen die Erwärmungsrate verlangsamen.Yu Kosaka, Shang-Ping Xie (2013): Recent global-warming hiatus tied to equatorial Pacific surface cooling. In: Nature. Band 501 (2013), S. 403–407. DOI:10.1038/nature12534.Nicola Maher, Alexander Sen Gupta, Matthew H. England (2014): Drivers of decadal hiatus periods in the 20th and 21st centuries. In: Geophysical Research Letters, Band 41 (2014), Ausgabe 16, S. 5978–5986. DOI:10.1002/2014GL060527. Die prominenteste Auswirkung war die sogenannte „Erwärmungspause“ (global warming hiatus) der frühen 2000er Jahre, als die negative IPO-Phase zu einer Verlangsamung des Anstiegs der globalen Oberflächentemperatur beitrug. Eine beispiellose Verstärkung der pazifischen Passatwinde um etwa 30 Prozent – assoziiert mit der negativen IPO-Phase – reichte aus, um den tropischen Pazifik zu kühlen und den Atmosphäre-Ozean-Wärmeaustausch zu verstärken. Die zusätzliche ozeanische Wärmeaufnahme verringerte die globale mittlere Oberflächentemperatur 2012 um 0,1–0,2 °C und kann einen Großteil der beobachteten Erwärmungspause erklären.Matthew H. England, Shayne McGregor, Paul Spence, Gerald A. Meehl, Axel Timmermann, Wenju Cai, Alex Sen Gupta, Michael J. McPhaden, Ariaan Purich, Agus Santoso (2014): Recent intensification of wind-driven circulation in the Pacific and the ongoing warming hiatus. In: Nature Climate Change. Band 4 (2014), S. 222–227. DOI:10.1038/nclimate2106. Der verstärkte Passatwind trieb die pazifische flache Umwälzzirkulation an und verlagerte Wärme aus der Oberfläche in die Thermokline des westlichen Pazifiks. Henley und King berechneten, dass die IPO-Phase die Trajektorie zur Erreichung des 1,5-°C-Ziels von Paris um ein volles Jahrzehnt modulieren kann.Benjamin J. Henley, Andrew D. King (2017): Trajectories toward the 1.5 °C Paris target: Modulation by the interdecadal Pacific oscillation. In: Geophysical Research Letters. Band 44 (2017), Ausgabe 9, S. 4256–4262. DOI:10.1002/2017GL073480.
Regionale Auswirkungen