지구의 기후 시스템은 대기와 해양의 복잡하고 끊임없는 상호작용을 통해 유지된다. 그 중에서도 적도 태평양에서 주기적으로 발생하는 해수면 온도 변동인 엘니뇨와 라니냐는 전 세계의 강수량과 기온 분포를 뒤흔드는 가장 강력한 대규모 기후 변동 인자다. 이 두 현상은 서로 반대되는 상반된 국면을 가지며, 지구 전체의 대기 순환 구조를 주기적으로 재편하는 핵심적인 지구과학적 메커니즘이다.
이러한 현상을 이해하기 위해서는 먼저 평상시 적도 태평양의 해양 및 대기 상태를 살펴볼 필요가 있다. 평상시 적도 부근에는 동쪽에서 서쪽으로 부는 지속적인 바람인 무역풍이 불고 있다. 이 무역풍의 영향으로 따뜻한 표층 해수는 태평양 서쪽인 인도네시아와 호주 주변 해역으로 지속해서 밀려가 쌓이게 되며, 이로 인해 서태평양의 해수면 높이는 동태평양보다 상대적으로 높아지고 수온도 따뜻하게 유지된다. 반대로 페루와 칠레 등 남미 해안이 위치한 동태평양에서는 서쪽으로 이동한 표층수를 채우기 위해 심해의 차갑고 영양염이 풍부한 물이 표면으로 솟아오르는 용승 현상이 활발하게 일어난다. 이로 인해 평상시에는 동태평양의 수온이 서태평양에 비해 낮고 기앞은 높으며, 서태평양은 따뜻하고 다습한 저기압 상태를 이룬다. 그러나 수년에 한 번씩 이 거대한 균형이 깨지면서 엘니뇨 현상이 발생한다. 엘니뇨는 적도 동태평양과 중태평양의 해수면 온도가 평년보다 지속해서 높아지는 현상을 뜻한다. 그 원인은 주로 무역풍의 약화에 기인한다. 적도 부근에서 동서 방향으로 불던 무역풍이 약해지거나 일시적으로 반대 방향으로 불어오면, 서태평양에 갇혀 있던 따뜻한 해수가 중,동태평양 쪽으로 다시 퍼져나간다. 이로 인해 남미 연안에서 일어나던 차가운 해수의 용승 현상이 억제되고, 동태평양의 해수면 온도가 비정상적으로 상승한다. 대기 순환의 중심 또한 이동하여 평소 건조하던 남미 해안가에는 폭우와 홍수가 빈발하고, 반대로 평소 비가 많던 동남아시아와 호주 일대에는 극심한 가뭄과 산불이 발생하는 등 전 세계적인 기후 대변동이 일어난다.
반대로 라니냐는 엘니뇨와 정확히 반대되는 국면으로, 적도 태평양의 해수면 온도가 평년보다 낮아지는 현상이다. '작은 여자아이'를 뜻하는 스페인어에서 유래한 라니냐는 평상시의 무역풍이 유독 강력하게 발달할 때 발생한다. 무역풍이 지나치게 강해지면 서태평양으로 밀려가는 따뜻한 해수의 양이 폭발적으로 늘어나고, 그 반작용으로 동태평양 해안에서는 심해의 차가운 물이 평소보다 훨씬 거세게 솟아오르는 극단적인 용승 현상이 벌어진다. 이 과정에서 동태평양의 수온은 비정상적으로 냉각된다. 라니냐가 발생하면 동남아시아와 호주 지역에는 집중호우와 홍수 위험이 커지는 반면, 남미 서해안과 북미 남부 지역에는 유례없는 가뭄과 한파가 찾아오는 등 국지적 기후 이상이 초래된다.
이러한 엘니뇨와 남방 진동을 통틀어 과학계에서는 엔소라는 거대한 결합 시스템으로 명명하고 연구한다. 엔소 주기는 해수면 온도 변화뿐만 아니라 대기 기압의 시소게임 같은 변동을 동반하기 때문에, 전 지구적인 대기 대순환의 흐름을 통째로 바꾼다. 기상학자들은 해양에 설치된 부이 네트워크와 인공위성 관측 데이터를 활용하여 표층 및 심층의 수온 변화를 실시간으로 모니터링하고 장기 예보 모델을 구축한다. 결국 엘니뇨와 라니냐는 지구가 스스로 에너지를 재분배하며 균형을 찾아가는 거대한 대기,해양 순환의 숨결이자, 지구촌의 식량 생산과 기상 재해 예측에 직접적인 영향을 미치는 중요한 지구과학적 주기이다.