Die Pazifische Dekaden-Oszillation (PDO) ist ein bedeutendes Klimaphänomen, das seinen Schwerpunkt im Nordpazifik, oberhalb von 20 Grad nördlicher Breite, hat. Dieses Phänomen zeichnet sich durch die großräumige Umwälzung riesiger Wassermassen aus, die offenbar auf relativ regelmäßig wiederkehrenden Ozeanströmungen beruht.
Die Oszillation vollzieht sich zwischen sogenannten „warmen“ und „kühlen“ Phasen. Diese Phasen sind von beträchtlicher Dauer und können jeweils zwischen zehn und vierzig Jahren anhalten. Der Verlauf dieser Oszillation wird durch den sogenannten PDO-Index quantifiziert.
Der PDO-Index und seine Phasen
Der PDO-Index wird monatlich ermittelt, indem die Abweichung der Oberflächentemperatur im Nordpazifik vom Durchschnittswert erfasst wird. Positive Werte des Index kennzeichnen die „warmen“ Phasen, während negative Werte auf die „kühlen“ Phasen hinweisen. Abbildung 1 visualisiert diese monatlichen Werte des PDO-Index von 1890 bis September 2022, wobei rote Linien positive (warme) Phasen und blaue Linien negative (kühle) Phasen darstellen. Die schwarze Kurve repräsentiert eine geglättete Darstellung der Werte.
Während einer „warmen“ oder positiven PDO-Phase sind die Oberflächentemperaturen im nordwestlichen Pazifik ungewöhnlich kühl, während sie sich im östlichen tropischen Pazifik relativ warm zeigen. Das genaue Gegenteil ist während der „kühlen“ oder negativen Phase der Fall. Es ist wichtig zu betonen, dass die Bezeichnungen „warm“ und „kühl“ sich primär auf die Temperaturen direkt vor der US-amerikanischen Küste und im tropischen Pazifik beziehen und nicht auf den gesamten Pazifikraum.
Eine wesentliche Erkenntnis ist daher, dass die Begriffe „warm“ und „kühl“ relativ zu betrachten sind und eine US-zentrierte Perspektive widerspiegeln. Die PDO wurde erstmals von Steven Hare von der University of Washington beschrieben.
Die Phasen der PDO sollten nicht allzu wörtlich genommen werden. Obwohl sie relativ deutlich unterscheidbar sind, gibt es auch innerhalb einer „kühlen“ Phase wärmere Jahre und umgekehrt. So gab es trotz der angekündigten Beginn einer „kühlen“ Phase im Jahr 1999 dennoch „warme“ Monate und Jahre, insbesondere 2003 und ab 2014. Die exakte Bestimmung des Beginns und Endes einer Phase ist daher schwierig.
Die Rolle der PDO im Kontext der globalen Erwärmung
Gelegentlich wird die Behauptung aufgestellt, dass die globale Erwärmung maßgeblich durch die PDO verursacht wird. Diese These hält einer genauen wissenschaftlichen Überprüfung jedoch nicht stand. Abbildung 1 zeigt, dass die Schwankungen des PDO-Index um eine Nulllinie oszillieren. Die Pazifische Dekaden-Oszillation ist, ähnlich wie andere zyklische Klimaphänomene, primär eine interne Umverteilung von Energie innerhalb des Klimasystems. Solche kurzfristigen Schwankungen können zwar langfristige Trends überlagern, haben aber keinen Einfluss auf den Gesamt-Energiehaushalt der Erde, da sie keine zusätzliche Energie in das System einspeisen.
Zudem ist der Zusammenhang zwischen dem PDO-Index und globalen Temperaturen nicht eindeutig. Zwar lassen sich über bestimmte Zeiträume Korrelationen erkennen, wie beispielsweise hohe Werte in den 1930er und frühen 1940er Jahren, gefolgt von niedrigeren Werten von etwa 1945 bis 1975. Seit Ende der 1990er Jahre zeigt der PDO-Index jedoch eher einen negativen Trend, während die global gemittelte Oberflächentemperatur einen starken Anstieg mit zahlreichen Rekordjahren nach der Jahrtausendwende verzeichnet. Dies widerspricht der Annahme, die PDO sei ein maßgeblicher Treiber des Temperaturanstiegs.
Die Behauptung, der IPCC vernachlässige die PDO und andere natürliche Klimafaktoren, ist ebenfalls unzutreffend. Der IPCC berücksichtigt interne Klimavariabilität wie die PDO und widmet sich kontinuierlich der Erforschung natürlicher Klimafaktoren. Klimamodelle integrieren Ozeanströmungen und natürliche Klimaschwankungen, und die Forschung zur PDO ist ein fester Bestandteil der Klimawissenschaft.
Die Prognosen einiger Forscher, die eine deutliche Abschwächung oder gar einen Rückgang der globalen Temperaturen aufgrund von PDO- und Sonnenaktivitätszyklen vorhersagten, haben sich als falsch erwiesen. Die tatsächliche Temperaturentwicklung seit 2015 zeigt stattdessen eine Reihe von außergewöhnlich warmen Jahren, was die These einer durch natürliche Zyklen bedingten Abkühlung widerlegt.
Sonnenaktivität und ihre Rolle im Klimasystem
Neben der PDO spielt auch die Sonnenaktivität eine Rolle im Klimasystem, wenn auch ihre direkte Auswirkung auf die globale Erwärmung begrenzt ist. Die Sonne weist verschiedene Aktivitätszyklen auf, wobei der bekannteste der 11-jährige Sonnenfleckenzyklus ist.
Die Sonnenaktivität beeinflusst das Klima hauptsächlich über die Variation der eintreffenden Sonnenstrahlung. Während eines Sonnenfleckenmaximums ist die Sonne geringfügig heller, was zu einer leichten Erwärmung der Erdatmosphäre führen kann. Diese Schwankungen sind jedoch im Vergleich zu den Effekten anthropogener Treibhausgase gering.
Die Rekonstruktion der Sonnenaktivität über Jahrtausende, beispielsweise durch die Analyse von Eisbohrkernen und Baumringen, zeigt, dass die Sonnenzyklen auch in der Vergangenheit existierten. So korrelieren Schwankungen des antarktischen Festeises mit bekannten Sonnenzyklen wie dem Gleißberg-Zyklus (ca. 90 Jahre) und dem Suess-De Vries-Zyklus (ca. 240 Jahre).
Wissenschaftliche Modelle, die die Übertragung des solaren Signals von der Stratosphäre bis zum Erdboden untersuchen, deuten darauf hin, dass die Mechanismen zur Beeinflussung des Klimas durch solare Aktivität heute und in der Vergangenheit ähnlich funktionieren.
Die Analyse von Klimadaten zeigt, dass die globale Erwärmung in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts teilweise durch eine zunehmende Sonneneinstrahlung bedingt war. Danach jedoch stagnierten die Sonnenaktivität nahezu, während der Temperaturanstieg sich beschleunigte. Satellitenmessungen seit den 1970er Jahren bestätigen, dass die Sonnenstrahlung seitdem keinen Anstieg mehr zeigt, während die globale Temperatur weiter steigt.
Die Milanković-Zyklen, die auf Schwankungen der Erdumlaufbahn und der Erdachsenneigung zurückzuführen sind, sind für langzeitliche Klimaschwankungen wie Eiszeiten verantwortlich. Sie beeinflussen die Sonneneinstrahlung auf der Erde über Zeiträume von Zehntausenden von Jahren. Diese Zyklen können die globalen Temperaturen erheblich beeinflussen, aber sie erklären nicht die kurzfristigen Erwärmungstrends der letzten Jahrzehnte.
Zusammenfassung
Die Pazifische Dekaden-Oszillation (PDO) ist ein natürliches Klimaphänomen, das Wärme innerhalb des Erdsystems umverteilt und somit kurzfristige und regionale Temperaturschwankungen verursachen kann. Sie überlagert den gemessenen Langfrist-Trend der Erderwärmung, erklärt diesen jedoch nicht. Die langfristige und weltweite Erwärmung des Klimasystems ist unbestreitbar auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen. Ebenso beeinflusst die Sonnenaktivität das Klima, jedoch in einem deutlich geringeren Ausmaß als der menschliche Einfluss.