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Nordatlantische Oszillation
Unter der Nordatlantischen Oszillation (NAO) versteht man in der Meteorologie die Schwankung des Druckverhältnisses zwischen dem Islandtief im Norden und …
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Definition und Messung
Die Nordatlantische Oszillation (NAO) bezeichnet in der Meteorologie die Schwankung des Druckverhältnisses zwischen dem Islandtief im Norden und dem Azorenhoch im Süden über dem Nordatlantik. Sie wird als dimensionsloser Index beschrieben und beeinflusst die Westwinde, die Stärke und Zugbahn von Stürmen sowie den Niederschlag in Eurasien. Deshalb ist sie für das Wetter und Klima Europas besonders wichtig.
Der NAO-Index wird üblicherweise aus der Differenz der standardisierten Luftdruck-Anomalien zwischen Lissabon, Gibraltar oder Ponta Delgada auf den Azoren und Reykjavík auf Island berechnet. Moderne Verfahren verwenden numerische Wettermodelle. Dabei werden die langjährigen monatlichen Mittel der 500-hPa-Höhenanomalie im Atlantikraum zwischen 20° nördlicher Breite und dem Nordpol bestimmt. Eine statistische Hauptkomponentenanalyse (EOF beziehungsweise RPCA) ermittelt die mittlere Lage der Luftmassen und ihre Varianz. Der Index ist dann die interpolierte mittlere tägliche Abweichung vom monatlichen Basiswert. Diese Methode berücksichtigt auch andere Telekonnektionsmuster, also großräumige Fernverbindungen zwischen Wetter- und Klimaschwankungen.
Untersuchungen an Korallen zeigen, dass das Zusammenspiel von Islandtief und Azorenhoch bereits während der letzten Warmzeit vor 122.000 Jahren das Wetter in Zentraleuropa und im Nahen Osten beeinflusste.
Phasen der NAO
Bei einem positiven NAO-Index sind Azorenhoch und Islandtief gut ausgebildet. Dadurch verstärkt sich meist die Westwinddrift, und die Großwetterlagen wechseln schnell.
Eine neutrale NAO kann zwei unterschiedliche Situationen bezeichnen: Beide Aktionszentren entwickeln sich mäßig, sodass durchschnittliches Wetter entsteht. Oder eines der Zentren ist stark und das andere schwach. Dann verlagern sich die klimatischen Einflüsse ungewöhnlich weit nach Norden oder Süden.
Bei einem negativen NAO-Index sind Azorenhoch und Islandtief nur schwach ausgeprägt. Die Westwinddrift ist weitgehend unterbrochen. Dadurch können sich stabile Blockierungslagen mit länger anhaltendem Schön- oder Schlechtwetter bilden.
Eine stark negative Phase, auch Reversal genannt, liegt vor, wenn das Azorenhoch ungefähr den Platz des Islandtiefs und das Islandtief den Platz des Azorenhochs einnimmt. Diese Wetterlage wird als High-over-Low-Lage bezeichnet. Schnelle und starke Wechsel des Index zwischen positiven und negativen Werten können wegen der raschen Verlagerung der Luftmassen häufiger Extremwetter auslösen.
Zeitliche Schwankungen
Der NAO-Index verändert sich auf verschiedenen Zeitskalen. Die Varianz der monatlichen Basis-Indizes ist im Spätwinter und Herbst mit ungefähr 0,5 klein. Im Hochwinter liegt sie bei etwa 1. Im Sommerhalbjahr ist sie größer; Spitzen zwischen 1 und 2 treten im Mai, Juli und September auf. Diese Unterschiede beschreiben die Stabilität der Wetterlagen.
Neben Schwankungen über einige Tage und über die Jahreszeiten gibt es mehrjährige Perioden von 2 bis 5 Jahren, die möglicherweise mit der quasi-zweijährigen Schwingung zusammenhängen. Darüber liegen Schwankungen mit einem Rhythmus von 12 bis 15 Jahren, die als dekadische Oszillation bezeichnet werden, sowie Schwankungen von etwa 70 Jahren im Zusammenhang mit der Atlantischen Multidekaden-Oszillation (AMO). Verändert sich der NAO-Index über Zeiträume von 30 Jahren oder mehr deutlich, wirkt sich dies auch auf das Klima Europas aus.
Folgen positiver und negativer Phasen
Eine positive NAO bringt Grönland meist kaltes und trockenes Wetter, während die Westwinddrift milde und feuchte atlantische Luft nach Europa führt. In den gemäßigten Breiten Europas treten häufiger starke Niederschläge, milde Temperaturen und Winterstürme auf. Der Jetstream, ein mehrere Kilometer hoch verlaufendes Windsystem zwischen ungefähr 30° und 60° nördlicher Breite, lenkt Tiefdruckgebiete direkt nach Nordeuropa. Beispiele für Winterstürme unter diesen Bedingungen sind Anatol, Lothar und Martin im Jahr 1999. Im Mittelmeerraum ist es durch den Einfluss des Azorenhochs meist trockener; über Nordafrika verstärken sich die Passatwinde.
Im Ozean kann der Eisexport aus der Arktis zunehmen. Die Oberflächentemperaturen zeigen eine dreipolige Struktur: Die Labradorsee wird durch kalte Winterstürme kälter, während sich die Region des Golfstroms erwärmt, weil Golfstrom und Nordatlantischer Strom mehr warmes Wasser nach Norden transportieren. Verstärkte Passatwinde kühlen den äquatorialen Atlantik durch stärkeren Auftrieb kalten Tiefenwassers ab. In Skandinavien verlängert sich die Wachstumszeit von Flora und Fauna um etwa 20 Tage. In der Labradorsee können sinkendes kaltes Oberflächenwasser und die damit verbundenen Bedingungen die Bestände von Kabeljau und Dorsch vermindern. Der Passat kann außerdem Saharastaub weit auf den Atlantik hinaus transportieren; sein Einfluss auf die Meeresbiologie ist nicht vollständig geklärt. Vor der afrikanischen Küste ersetzt nährstoffreiches Tiefenwasser das weggetriebene Oberflächenwasser, wodurch dort viele Fische vorkommen.
Bei einer negativen NAO wird Grönland durch Luftströmungen vom amerikanischen Festland vergleichsweise warm. Die schwächeren Westwinde erreichen Nordeuropa seltener und verlagern sich eher zum Mittelmeerraum. In Mitteleuropa können dadurch Kaltlufteinbrüche aus Nordosten oder – bei südwestlicher Höhenströmung – subtropische Wärme auftreten. Nordeuropa gerät im Winter stärker unter den Einfluss des asiatischen Kältehochs. Bei stark negativen Werten können diese Bedingungen über Russland bis nach Mitteleuropa reichen und dort im Sommer Hitze sowie im Winter Kälte bringen. Im Mittelmeerraum fällt wegen der südwärts verlagerten Westwinddrift mehr Niederschlag. Blockierungslagen können lang anhaltende Hitze- oder Kältewellen verursachen.
Im Nordatlantik ziehen sich arktische Eismassen und Grönlandgletscher scheinbar zurück; diese Veränderungen verlaufen jedoch deutlich langsamer als die NAO-Schwankungen. Die dreipolige Temperaturstruktur kehrt sich um: Die Labradorsee wird durch wärmere Festlandsluft wärmer, während es vor der Ostküste der USA wegen des schwächeren Golfstroms eher kühler bleibt. Schwächere Passatwinde vermindern die Abkühlung des äquatorialen Atlantiks. Im kühleren Wasser im Bereich des Golfstroms können die Muschelbestände wachsen; in der Labradorsee steigen die Fischbestände bei höheren Temperaturen. Der zusätzliche Niederschlag im Mittelmeerraum kann Weintrauben- und Olivenernten begünstigen.
Ozeanzirkulation und Fernwirkungen
Die NAO beeinflusst den vertikalen Wasseraustausch im Nordatlantik, besonders in der Labradorsee und im Europäischen Nordmeer. Überwiegend positive NAO-Lagen in den letzten beiden Jahrzehnten führten zu verstärkter Tiefenwasserbildung im Nordwestatlantik. Kalte Winter an der Ostküste Kanadas begünstigen dort die konvektive Erneuerung mittlerer und tiefer Wasserschichten. Diese Prozesse tragen zur Bildung und zum Transport des Nordatlantischen Tiefenwassers bei und halten die weltweite thermohaline Zirkulation in Gang.
Die Intensität der Konvektionsströme hängt weniger von den Jahreszeiten als von mehrjährigen bis jahrzehntelangen NAO-Schwankungen ab. In der Labradorsee war die Konvektion in den späten 1960er-Jahren deutlich schwächer und flacher als heute. Seitdem ist das Wasser dort kälter und salzärmer geworden; die Konvektionsströme reichen inzwischen bis in über 2300 Meter Tiefe. Im Europäischen Nordmeer wurde die Konvektion in den letzten Jahren dagegen eher unterdrückt; dort sind die Tiefengewässer wärmer und salzreicher.
Die Arktische Oszillation (AO) ähnelt der NAO räumlich, reicht aber über den Nordpol bis in den Nordpazifik und kann deshalb nicht vollständig getrennt von ihr betrachtet werden. Der AO-Index beschreibt tendenziell vor allem das Verhältnis von Azorenhoch zu Islandtief, während der NAO-Index die Intensität beider Aktionszentren im Vergleich zum Standarddruck erfasst.
Es gibt Hinweise auf einen Zusammenhang zwischen NAO und Pacific Decadal Oscillation (PDO): Jahrzehnte mit hohem winterlichem NAO-Index fallen mit Jahrzehnten mit hohem PDO-Index zusammen. Viele La-Niña-Ereignisse werden dabei mit strengen europäischen Wintern in Verbindung gebracht. Für den Zeitraum 1945 bis 1970 stützt sich diese Annahme; eine gemeinsame Ursache, etwa eine Telekonnektion über den Nordpol und die amerikanischen Landmassen, ist jedoch nicht geklärt.
Die Südliche Oszillation (SO) scheint keinen direkten starken Einfluss auf die NAO zu haben. Untersuchungen schreiben ihr für europäische Winter nur Temperaturänderungen von unter 1/10 °C zu, im Sommer noch weniger. Nach dem derzeitigen Forschungsstand beeinflussen dagegen die El-Niño-/La-Niña-Zyklen (ENSO) die NAO. Da ENSO die Nord- und Südhalbkugel betrifft, gilt sie als fundamentaler Wettermotor.
