Die Entstehung des Klimaphänomens El Niño war lange Zeit rätselhaft und ist bis heute nicht ganz geklärt. Heute weiß man, dass ein El-Niño-Ereignis mit zwei wichtigen Strömungssystemen in der Atmosphäre zu tun hat – der Hadley-Zirkulation und der Walker-Zirkulation. Die Hadley-Zirkulation ist eine Art Luftströmungswalze, die weltweit in den Tropen wirkt. Aufgrund der in den Tropen ganzjährig hochstehenden Sonne erwärmen sich Luftmassen, die dann aufsteigen und in Richtung der Pole nord- beziehungsweise südwärts strömen. Der Kreis schließt sich, indem in den unteren Schichten der Atmosphäre Luftmassen in Richtung Äquator nachströmen, die dann ihrerseits aufsteigen. Die Kreisbewegung kommt dadurch zustande, dass sich die vom Äquator polwärts strömende Luft nach und nach abkühlt, bis sie im Bereich des nördlichen und südlichen Wendekreises, etwa auf Höhe des 23. Breitengrads, wieder absinkt. Dieser Kreislauf wurde nach seinem Entdecker benannt, dem englischen Physiker George Hadley. Da sich die Erde dreht, werden die absinkenden Luftmassen auf dem Weg von den Wendekreisen zurück zum Äquator in Richtung Westen abgelenkt, sodass der Wind auf der Nordhalbkugel aus Richtung Nordost (Nordostpassat) und auf der Südhalbkugel aus Richtung Südost (Südostpassat) weht. Diese stetigen Winde führen dazu, dass das oberflächennahe Wasser des tropischen Pazifiks in westlicher Richtung von der Küste Süd­amerikas weggeschoben wird. Dieser stete Druck in Richtung Westen führt dazu, dass der Meeresspiegel im Westpazifik vor Südostasien bis zu 60 Zentimeter höher als vor der Westküste Südamerikas ist.
In dem Maße, wie die Westdrift das Oberflächenwasser vor Südamerika von der Küste fortdrückt, strömt kaltes und nährstoffreiches Wasser aus der Tiefe an die Meeresoberfläche nach. Dieses Phänomen wird als Auftrieb bezeichnet. Dieses kalte Wasser schiebt sich zunächst wie eine Kaltwasserzunge in den Pazifik und wird dann auf seinem weiteren Weg nach Westen stetig erwärmt, bis die Wassermassen vor Südostasien schließlich eine Temperatur von etwa 30 Grad Celsius erreichen. Aufgrund der Wärme verdunstet das Wasser vor Südostasien in großen Mengen, sodass sich dort verstärkt Wolken bilden und sich ein tropisch-warmes und regenreiches Regenwaldklima entwickeln konnte.
Das andere Strömungssystem, die Walker-Zirkulation, tritt hingegen nur im Pazifik auf. Sie verläuft quer zur Hadley-Zirkulation in West-Ost-Richtung. Die nach ihrem Entdecker, dem englischen Physiker ­Gilbert Walker, benannte Zirkulation wird durch Luftdruckunterschiede im Westpazifik und im zentralen Pazifik angetrieben.
In der Regel liegt über dem westlichen Pazifik im Bereich Südost­asiens ein stabiles Tiefdruckgebiet und über dem zentralen Pazifik ein Hochdruckgebiet. Das führt dazu, dass permanent Luftmassen aus dem Bereich des hohen Drucks nach Westen in den Bereich des niedrigen Drucks strömen. Hier steigt warme und feuchte Luft auf, die über Süd­ostasien zur Wolkenbildung und zu Regenfällen führt. Diese Luft strömt dann in der Höhe direkt nach Osten und damit schräg zur Hadley-Zir­kulation. Über dem südamerikanischen Kontinent sinkt die Luft dann ­wieder ab und strömt zurück gen Westen. Da sich die Luftfeuchtigkeit bereits über Südostasien in starken Regenfällen entlädt, ist die Luft, die an der Westseite Südamerikas absinkt, sehr trocken. In der Summe resultiert aus der Walker-Zirkulation und der Hadley-Zirkulation eine stark nach Westen gerichtete Winddrift in den tieferen Schichten der Atmosphäre, wodurch ein stabiles Auftriebssystem aufrechterhalten wird.

Abb. 3.30 > Für gewöhnlich treiben stetige Passatwinde das Wasser von der Küste Südamerikas auf den Pazifik hinaus. Dadurch steigt vor Südamerika kaltes und nährstoffreiches Tiefenwasser auf. Während eines El-Niño-Ereignisses schwächen sich die Winde ab, sodass jetzt warmes Wasser Richtung Amerika strömt.

Bei einem El-Niño-Ereignis kommt es zu einer Veränderung der Luftdruckverhältnisse: Über Südostasien erhöht sich der Luftdruck, im zentralen Pazifik sinkt er. Dadurch schwächen sich die Winddrift und damit auch der Wassertransport von Ost nach West immer weiter ab. Diese Luftdruckveränderung geht schließlich so weit, dass sich das Luftdruckverhältnis umkehrt. Über Südostasien bildet sich ein Hochdruck-, über dem zentralen Pazifik ein Tiefdruckgebiet. Die westwärts wehenden Winde schwächen sich deutlich ab, und es kann sogar passieren, dass ­es zu einer Umkehr der Windrichtung kommt. In der Folge strömt das warme Oberflächenwasser aus Richtung Südostasien nach Südamerika. An der trockenen südamerikanischen Westküste entstehen nun oftmals für die Region ungewöhnlich starke Niederschläge. Warum es zu dieser Umkehr des Luftdrucks kommt, ist trotz intensiver Forschung noch immer nicht geklärt.
Der Name „El Niño“ stammt aus dem Spanischen und heißt auf Deutsch übersetzt: „das Kind“ beziehungsweise „das Christkind“. Er geht auf südamerikanische Fischer zurück, die seit Langem wissen, dass ein El-Niño-Ereignis um die Weihnachtszeit herum seinen Höhepunkt erreicht. Wissenschaftler bezeichnen das Phänomen heute als ENSO. Diese Abkürzung steht für El Niño/Südliche Oszillation. Damit wird betont, dass dieses Phänomen im Süden auftritt und durch das Schwanken (Oszillation) des Luftdrucks zwischen Ost und West angetrieben wird. Ein El-Niño-Ereignis kann mehr als zwölf Monate andauern.

Abb. 3.31 > Die Hadley-Zirkulation ist eine Luftströmungswalze, die in den Tropen wirkt und Luft zwischen dem Äquator und den Wendekreisen bewegt.

Neben El Niño gibt es eine weitere Abweichung von dem üblichen Luftdruckregime im Pazifik, das als La Niña, das Mädchen, bezeichnet wird. Bei einem La-Niña-Ereignis verstärkt sich der übliche Luftdruck­unterschied. Dabei nimmt der Luftdruck im westpazifischen Tiefdruck­gebiet weiter ab, während er im Hochdruckgebiet über dem zentralen Pazifik weiter zunimmt. Dadurch nehmen die Winde, die in westlicher Richtung wehen, an Stärke zu und damit auch der Wassertransport von Südamerika nach Südostasien.
Heute weiß man, dass es neben El Niño und La Niña noch andere Varianten dieses Phänomens gibt. So sind El-Niño-Ereignisse bekannt, die nicht den ganzen Pazifik überspannen. Zwar ändert sich das Luftdruckverhältnis zwischen dem Westpazifik und dem zentralen Pazifik, doch breitet sich das warme Wasser nicht bis nach Südamerika aus. 2004 veröffentlichten japanische Forscher einen Fachartikel, in dem sie diese ungewöhnliche El-Niño-Variante beschrieben. Demnach ändern sich die Luftdrücke über dem Pazifik folgendermaßen: Zum einen bildet sich im zentralen Pazifik ein Tiefdruckgebiet aus. Gleichzeitig entstehen sowohl im Westen als auch im Osten des Pazifiks Hochdruckgebiete, sodass der Wind aus beiden Richtungen, nämlich aus West und Ost, zum Tiefdruckgebiet im zentralen Pazifik strömt, wo die warme Luft dann aufsteigt und Wolken bildet. Diese regnen im zentralen Pazifik ab. Die japanischen Forscher bezeichneten diese Form mit dem Ausdruck „modoki“, einer Wendung in der japanischen Sprache, die auf Substantive folgt und diese relativiert. Sie bedeutet „ähnlich, aber verschieden“. Seitdem wird diese Variante in der Fachwelt als El Niño Modoki tituliert.

Abb. 3.32 > Beim seltenen Phänomen El Niño Modoki strömt der Wind aus West und Ost zum Tiefdruckgebiet im zentralen Pazifik.