Om de zoveel jaar wordt het zeewater voor de kust van Zuid-Amerika warmer dan normaal. Omdat dit meestal gebeurt in de periode rond kerst werd dit verschijnsel door de lokale bevolking omgedoopt tot El Niño, wat uit het Spaans vertaalt het kerstkind betekent. La Niña is de tegenhanger van El Niño. Dan is het oceaanwater juist kouder dan gebruikelijk. Hoe komt dit verschil en wanneer vindt de omslag tussen El Niño en La Niña plaats?

Wat El Niño en La Niña complex maakt is dat het niet alleen om de atmosfeer of oceaan draait, maar juist de combinatie van deze stromingen die elkaar ook nog eens versterken. Dit noemen we een positieve feedback. Klimaatverandering is misschien wel het bekendste voorbeeld van zo’n feedback.

Tussen 1903 en 1923 deed Gilbert Walker onderzoek naar de verandering van luchtdruk in de Stille en Indische Oceaan. Waar stijgende luchtstromen voorkwamen was de luchtdruk op zeeniveau laag. In andere gebieden met dalende luchtstromen was de luchtdruk aan de grond juist hoog. Hij kwam een grotere circulatie op het spoor: de Walker circulatie.

Op aarde komen meer van dit soort patronen voor, bijvoorbeeld de Hadley- en Ferrelcellen in de grootschalige circulatie. Het verschil is dat deze noord-zuid georiënteerd zijn terwijl de Walker circulatie juist west-oost georiënteerd is.

Het verschil in luchtdruk tussen twee meetstations en dus het verschil tussen convectie (stijgen) en subsidentie (dalen) werd aangeduid als de zuidelijke oscillatie. Voor deze Southern Oscillation Index (SOI) wordt het luchtdrukverschil tussen Darwin in Australië en de eilandengroep Tahiti gebruikt.

De luchtdruk is op zijn beurt de aanjager van de wind. Denk bijvoorbeeld aan het ontstaan van stormen. Zodra de luchtdruk in de kern van een lagedrukgebied flink daalt en de lucht krachtiger wordt aangezogen gaat het harder waaien. Toenemende luchtdrukverschillen in de Stille Oceaan zorgen ervoor dat het oppervlaktewater van de oceaan door het krachtiger worden van de wind in beweging komt. Om het verschil tussen El Niño en La Niña uit te leggen beginnen we bij de zogeheten neutrale situatie.

Rond de evenaar waaien de passaatwinden vrijwel altijd van west naar oost. Vroeger maakten de zeilschepen met handelswaar al dankbaar gebruik van deze winden. Daarom worden ze in het Engels ook de trade winds genoemd: handelswinden. De passaatwinden blazen het warme oppervlaktewater richting Indonesië en Australië. Om dit te compenseren welt voor de kust van Ecuador en Peru koud water uit de diepe oceaan omhoog. Vergelijk het met het klotsen van water in een badkuip.

Het warme zeewater in het westen van de Stille Oceaan zorgt ervoor dat de onderste luchtlagen opgewarmd worden. Door de lagere dichtheid beginnen bellen met warme lucht op te stijgen. Convectie komt op gang en dit zorgt voor de vorming van wolken en in een later stadium regen- en onweersbuien. Dit verschil wordt gecompenseerd door dalende luchtstromen voor de westkust van Zuid-Amerika. Om de cirkel van de Walker circulatie rond te krijgen komen we terug bij de passaatwinden.

Zodra het temperatuurverschil en als gevolg daarvan het luchtdrukverschil groter wordt tussen het westen en oosten van de Stille Oceaan nemen de passaatwinden in kracht toe. Het warme zeewater wordt krachtiger opgestuwd en zorgt zelfs voor een iets hogere zeespiegel. De convectie wordt sterker en er komen zwaardere regenbuien voor. Om dit tikje uit het evenwicht te compenseren welt voor de kust van Zuid-Amerika nog kouder water op uit de diepe oceaan. La Niña is begonnen!

Zodra de passaatwinden afzwakken vindt het kantelpunt naar El Niño plaats. Soms klappen de passaatwinden zelfs helemaal om van oost-west naar west-oost. Het zeewater komt hierdoor vrijwel tot stilstand, waardoor de temperatuur van het oppervlaktewater langs de gehele evenaar begint te stijgen. Het kan op sommige plaatsen zelfs drie graden warmer worden dan tijdens de neutrale of La Niña situatie! De wisseling vindt meestal om de drie tot zeven jaar plaats. Het aanzwellen van de passaatwinden zorgt voor de terugkeer naar de neutrale situatie.

Door diverse weerbureaus en instanties die de temperatuur van het zeewater in de gaten houden, bijvoorbeeld het Australische BOM (Bureau of Meteorology), worden een aantal criteria aangehouden die de start van een El Niño of La Niña event markeren. Dit gebeurt voornamelijk door anomalieën (afwijkingen) van de zeewatertemperatuur te middelen over een bepaalde regio. De bekendste is de Niño 3.4 index. 

Waar komt die waarde 3.4 dan precies vandaan? In de Stille Oceaan zijn tegenwoordig vier regio's gedefinieerd die nog te herleiden zijn naar oude scheepsroutes. 

Niño 1+2 ligt tussen 90 en 80 graden westerlengte en de meeste oostelijke van het stel, pal voor de kust van Zuid-Amerika.

Niño 3 ligt tussen 150 en 90 graden westerlengte. Dit was vroeger het aandachtsgebied voor het monitoren en voorspellen van El Niño, maar later bleek dat de sleutel voor het ontrafelen van deze oceaan-atmosfeer interactie verder westelijk lag.

Dan komen we uit bij Niño 3 + 4 samen gelegen tussen 170 en 120 graden westerlengte. Het gebied Niño 3.4 ligt met het centrum precies op 150 graden westerlengte en bestrijkt een deel van beide regio's. Er wordt in veel gevallen een lopend gemiddelde van de zeewatertemperatuur gebruikt over een periode van vijf maanden. Zodra de afwijking van de zeewatertemperatuur voor een halfjaar aaneengesloten hoger is dan +/- 0.4 graden is een El Niño of La Niño begonnen.

De Oceanic Niño Index (ONI) is de definitie door wordt gebruikt door het Amerikaanse NOAA (National Ocean and Atmospheric Administration). Dezelfde regio als de Niño 3.4 index wordt gebruikt, maar de drempel ligt net even anders. De Amerikanen gaan namelijk uit van een lopend gemiddelde van drie maanden. Over een periode van ten minste vijf aaneengesloten maanden moet de afwijking meer dan +/- 0.5 graden bedragen. De verschillende waarden en tijdvakken kunnen hierboven beschreven kunnen er dus voor zorgen dat El Niño door verschillende instanties op een net iets ander moment wordt uitgeroepen.

Op plaatsen waar het eerder droog was, is het tijdens een El Niño of La Niña fase juist kletsnat. Hierdoor kunnen problemen met droogte of overvloedige regenval per continent of land enorm verschillen. Hoe verder je van de Stille Oceaan komt, hoe kleiner de impact over het algemeen is. In Nederland is er slechts een zwak signaal voor een iets nattere lente tijdens El Niño. Eén ding wat wel een wereldwijd fenomeen is, is dat de gemiddelde temperatuur op aarde tijdens een El Niño jaar aan de hoge kant is vergeleken met een La Niña jaar.

Daarbij is het goed om te vermelden dat door klimaatverandering de jaargemiddelde temperatuur continu in een stijgende lijn zit, waardoor het effect van La Niña bijna te verwaarlozen valt. 

El Niño wordt ook gekoppeld aan de vermindering van de hoeveelheid tropische stormen en orkanen in de Atlantische Oceaan. Het omgekeerde geldt voor La Niña, want dan komen er juist meer van dit soort weersextremen voor.

Een veel gestelde vraag is: wat is het effect van klimaatverandering op El Niño en La Niña? In ons huidige klimaat komt een extreem event grofweg eens in de 20 jaar voor. In klimaatprognoses wordt aangegeven dat deze termijn krimpt en dat we circa om de 10 jaar rekening moeten houden met weersextremen door El Niño en La Niña.