Handschrift der Sonne in Daten zahlreicher Wetterstationen fordert Meteorologen und Klimaforscher heraus

Von Dr. Ludger Laurenz

Schon im Januar hat der Autor in KALTESONNE über die „Handschrift des 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus in Atmosphäre und Ozeanen“ berichtet (bit.ly/2VIKA7R). Er benutzt für den Nachweis von solarem Einfluss folgenden Ansatz:

Im 11-jährigen Sonnenzyklus (Schwabezyklus) erzeugt die Sonne im Jahr des Sonnenfleckenmaximums einen Startimpuls. Ausgelöst durch diesen Startimpuls, werden in jedem Sonnenfleckenzyklus für etwa 10 Jahre ab dem Sonnenfleckenmaximum wiederkehrende Wettermuster gebildet.

In diesem Beitrag wird die Handschrift der Sonne an den Beispielen mehrerer Wetterstationen aufgezeigt. Der Vergleich zwischen Sonnensignalen einzelner Stationen mit dem Mittelwert größerer Regionen hat gezeigt, dass der solare Einfluss an einzelnen Wetterstationen deutlich klarer ausgeprägt ist als in Mittelwerten über größere Regionen, wie Bundesländern oder Staaten. In Mittelwerten größerer Regionen verblasst das Sonnensignal, weil sich solare Trends auf das Wetter innerhalb des Gebietes je nach Ort gegensätzlich ausprägen.

Der Regen ist die Klimagröße, bei der sich das Sonnensignal am stärksten zeigt (Laurenz et al. 2019, bit.ly/3asBaSa ). Als Grundlage für den Nachweis solaren Einflusses auf den Regen werden die DWD-Monatsniederschlagssummen von 20 über Deutschland verteilten Wetterstationen genutzt. Im Folgenden sind die Ergebnisse von den Standorten und Zeiträumen beschrieben, bei denen sich das Sonnensignal am stärksten zeigt. Solch eindeutige Sonnensignale wie in den folgenden Abbildungen zeigen sich im Mittel der Standorte in nur ein bis zwei Monaten des Jahres. In den anderen Monaten ist das Sonnensignal schwächer oder nicht erkennbar.

Stationen und Zeiträumen mit starkem Sonnensignal

–Feldberg/Schwarzwald, 1947 – 2019, Niederschlagssumme August bis Oktober

–Köln/Bonn, 1957 – 2019, Niederschlagssumme August

–Münster (Münster/Osnabrück), 1859 – 2019, Niederschlagssumme Juni

–Münster (Münster/Osnabrück), 1859 – 2019, Jahresniederschlagssumme

–Feldberg/Schwarzwald, 1947 -2019, Temperaturmittel Februar

–Deutschland, 1951 – 2019, Sonnenscheindauer August – Oktober

Feldberg/Schwarzwald, 1947 – 2019, Niederschlagssumme August bis Oktober

Auf dem Feldberg ist der solare Einfluss auf die Höhe der Niederschlagssumme im Spätsommer/Herbst besonders deutlich ausgeprägt, s. Abbildung 1:

Abbildung 1: Feldberg/Schwarzwald, Sonnenfleckenzyklus und Niederschlagssumme August bis Oktober

Jede Linie in Abbildung 1 kennzeichnet den Verlauf der Niederschlagssumme in einem Sonnenzyklus. Bei der hier verwendeten Einteilung des Sonnenzyklus beginnt der Sonnenzyklus im Jahr des Sonnenfleckenmaximums. Das Jahr 1 ist immer das Jahr des Sonnenfleckenmaximums. Nach dieser Einteilung variiert die Zyklusdauer grundsätzlich zwischen neun und 13 Jahren.

Im Zyklusjahr 6 ist die Niederschlagssumme fast doppelt so hoch wie in den benachbarten Zyklusjahren 5 und 7. Jeder der sieben Zyklen folgt diesem Trend, inklusive des aktuellen Zyklus (rot gestrichelt). Aus dem gesetzmäßigen Kurvenverlauf in Abbildung 1 lässt sich die Prognose ableiten, dass es im Spätsommer/Herbst 2020 im Schwarzwald eher wenig regnen wird. Wenn das nächste Sonnenfleckenmaximum auf das Jahr 2025 fällt, wie von der NASA vorhergesagt, sollte der Herbst 2030 (Zylkusjahr 6) wegen relativ sicherer hoher Niederschlagsaktivität als Urlaubszeit gemieden werden. Das solare Muster des Feldberges mit der Regensumme im Spätsommer/Herbst ist an den meisten Wetterstationen entlang des Rheins bis zu den Nordseeinseln und Großbritannien nachweisbar.

Grundsätzlich verlaufen die Kurven der Niederschlagssummen zick-zack-förmig. Die Kurven wechseln jährlich zwischen einem oberen und unteren Niveau. Phasenweise laufen die Kurven parallel. Für diese Parallelität ist offenbar der Impuls der Sonne im Jahr des Fleckenmaximums verantwortlich. Zeitweise wandern die Kurven unkoordiniert hin und her. Auch für diese Steuerung könnte von der Sonne ausgehen, mit von Zyklus zu Zyklus unterschiedlichen Verzögerungseffekten.

Die Quasi Biennalen Oszillation (QBO) erzeugt Zick-Zack-Kurven

Die QBO beschreibt eine Schwingung in einem großen erdumspannenden „Windschlauch“ in der Stratosphäre über dem Äquator. Dieser liegt in einer Höhe von rund 16 bis 40 Kilometern. Darin wechselt die Windrichtung periodisch von Ost nach West und West nach Ost. Die Periode schwankt dabei zwischen 22 und 34 Monaten, wobei die mittlere Periode 27 Monate beträgt. Das in Abbildung 1 gezeigt Zick-Zack-Muster wird vermutlich hierdurch hervorgerufen.

Der Zeitpunkt des Windrichtungswechsels in der QBO wird entsprechend Abbildung 2 von der Sonne gesteuert (Wang et al., 2018, bit.ly/2wqCh60 ). Im Jahr des Sonnenfleckenmaximums wird die Windrichtung in der QBO nach eigenen Untersuchungen in jedem Zyklus nach gleichem Muster ausgerichtet. Das in Abbildung 2 ersichtliche zackige Windrichtungsmuster der QBO übertragt sich offensichtlich auf die Strömungssysteme der Troposphäre mit dem Zug von Hoch- und Tiefdruckgebieten, die unserer Wetter formen.

Abbildung 2: Sonnenzyklus und QBO im Mai, in ca. 25 Kilometern Höhe über dem Äquator

Wie schon bei den Niederschlagsdaten vom Feldberg in Abbildung 1 springen die QBO-Index-Kurven zwischen einem oberen und unteren Niveau hin und her. In den ersten fünf Jahren des Sonnenzyklus verlaufen die Kurven fast gesetzmäßig parallel, vermutlich durch einen Impuls der Sonne im Jahr des Fleckenmaximums ausgelöst. Ab dem Zyklusjahr 6 kommt es durch Phasenverschiebungen zu unkoordinierten Zick-Zack-Sprüngen der Kurven.

Der Verlauf der aktuellen Zykluskurve (rot gestrichelt) weicht in den Zyklusjahren 3 und 4 vom Trend der vorhergehenden Zyklen ab. Eventuell war das Sonnensignal im Jahr des Fleckenmaximums 2014 wegen extrem niedriger Sonnenfleckenzahl nicht stark genug, um die Windrichtung in der QBO wie in den vorhergehenden stärkeren Sonnenzyklen für mehrere Jahre gleichsinnig auszurichten.

Köln/Bonn, 1957 – 2019, Niederschlagssumme August

Nicht weniger stark als auf dem Feldberg zeigt sich das Sonnensignal an der am Rhein gelegenen Wetterstation Köln/Bonn, s. Abbildung 3. Die Wetterstation liegt am nördlichen Rand der Mittelgebirge.

Abbildung 3 : Sonnenzyklus und Niederschlagssumme im August, Köln/Bonn

Die Handschrift der Sonne ist vom Zyklusjahr 2 bis 6 deutlich zu erkennen. Die Kurven folgen einem von der Sonne vorgegebenen gesetzmäßigen Trend. Offensichtlich geht von der Sonne im Jahr des Fleckenmaximums ein Impuls aus, der ein wiederkehrendes Niederschlagsmuster in den folgenden 6 Jahren erzeugt.

Münster (Münster/Osnabrück), 1895 – 2019, Niederschlagssumme Juni

Münster liegt nur 200 km von der Nordsee entfernt, im eher maritim geprägten Einflussbereich. Schon im ersten KALTESONNE-Beitrag (bit.ly/2VIKA7R) wurde gezeigt, dass die Dürre 2018 und 2019 vom Sonnenimpuls im Jahr des Fleckenmaximums ausgelöst wurde. Der solare Einflussauf die Niederschlagshöhe ist im Juni am stärksten ausgeprägt, s. Abbildung 4.

Abbildung 4 : Sonnenzyklus und Niederschlagssumme im Juni, Münster/Osnabrück

Das Besondere an den Daten der Wetterstation Münster/Osnabrück ist die Länge der Datenreihe, die bis 1859 zurückreicht, mit insgesamt 15 Sonnenzyklen. Der Kurvenschwarm in Abbildung 4 aus diesen 15 Zyklen zeigt ein starkes Sonnensignal, besonders wenn das Zyklusjahr 3 mit dem Zyklusjahr 5 verglichen wird. Das Jahr 5 ist im Rahmen des Sonnenfleckenzyklus auf Dürre programmiert. Im aktuellen Bezug entspricht Zyklusjahr 5 dem extrem trockenen und heißen Jahr 2018. Wenn das nächste Sonnenfleckenmaximum auf das Jahr 2025 fällt, ist 2029 mit hoher Wahrscheinlichkeit mit ähnlich trocken-heißer Witterung wie 2018 zu rechnen.

Münster (Münster/Osnabrück), 1859 – 2019, Jahresniederschlagssumme

Der solare Einfluss auf die Niederschlagssumme in Münster ist auch im Trend der Jahresniederschlagssumme vorhanden, s. Abbildung 5. Im Sonnenfleckenminimum programmiert die Sonne den Niederschlagstrend auf „Dürre“. Vom Zyklusjahr 7 auf 8 steigt die Niederschlagssumme spontan um 120 mm.

Die Programmierung des Niederschlagtrends durch die Sonne ist die Hauptursache der Dürre (und Hitze) der beiden letzten Jahre in Münster und nach eigenen Berechnungen auch in Deutschland. Erst 2021 ist wieder eine höhere Jahresniederschlagssumme wahrscheinlich.

Abbildung 5: Sonnenzyklus und Jahresniederschlagssumme, Münster/Osnabrück

Feldberg/Schwarzwald, 1947 -2019, Temperaturmittel Februar

Das Sonnensignal ist in den Temperaturdaten einzelner Wetterstationen wesentlich seltener nachweisbar als in den Niederschlagsdaten. Auf dem Feldberg ist das Sonnensignal, vermutlich wegen der exponierten Höhenlage (1200 m), auch in der Temperatur vorhanden, s. Abbildung 6.

Abbildung 6: Sonnenzyklus und Temperaturmittel im Februar, Feldberg/Schwarzwald

Das Sonnensignal ist den Zyklusjahren 3 bis 5 deutlich zu erkennen. Im Jahr 5 liegt die Monatsmitteltemperatur im Februar um 4 °C niedriger als im Zyklusjahr 4. Der aktuelle Zyklus mit Beginn im Jahr 2014 (s. rote gestrichelte Linie) verläuft bis 2018 im Bereich des mittleren Trends. 2019 und 2020 liegt die Februartemperatur auf außergewöhnlich hohem Niveau. Ob dafür ein spezieller Sonnenimpuls des aktuellen Zyklus verantwortlich ist, müssen weitere Untersuchungen zeigen.

Deutschland, 1951 – 2019, Sonnenscheindauer August – Oktober

Im  Mittel von Deutschland ist die Sonnenscheindauer solar geprägt. Das stärkste Sonnensignal zeigt sich im Zeitraum August bis Oktober, s. Abbildung 7.

Abbildung 7: Sonnenzyklus und Sonnenscheindauer von August bis Oktober, Mittel von Deutschland

Das Sonnensignal zeigt sich von Zyklusjahr 2 bis 8, mit der größten Übereinstimmung der Kurven in den Zyklusjahren 5 bis 8. Im aktuellen Zyklus (rote, gestrichelte Linie) ragen die beiden letzten Jahre 2018 und 2019 mit extrem hohen Werten heraus, ein Verdachtsmoment für ein außergewöhnliches Sonnensignal.

Sonnensignale von der Stratosphäre über die Troposphäre bis in den Pazifik

Das Sonnensignal ist in allen Zonen der Atmospäre und der Ozeanoberfläche nachweisbar. Zu Beginn dieses Beitrages wurde das Sonnensignal anhand des QBO-Index in der Stratosphäre nachgewiesen. In der Troposphäre ist das Sonnensignal im Nordatlantischen Oszillationsindex nachweisbar, mit der stärksten Ausprägung im Januar, s. Abbildung 8.

Abbildung 8: Sonnenzyklus und Nordatlantische Oszillation, 1957 bis 2019, Januar

Die solare Handschrift konzentriert sich auf die Zyklusjahre 4 bis 6. Im aktuellen Zyklus ragt das Jahr 2020 mit extrem hohem NAO-Index nach oben heraus. Über das Sonnensignal in der NAO wird in der Literatur immer wieder berichtet. (Wahab et al., 2016, https://bit.ly/3asQQow).

Das Sonnensignal ist auch im Temperaturtrend des äquatorialen Pazifik bzw. im Multivariaten ENSO Index (MEI) nachweisbar, s. Abbildung 9. Der Temperaturtrend der Pazifikoberfläche und darüber liegenden Luftmasse wird durch den MEI beschrieben.

Abbildung 9: Sonnenzyklus und MEI, 1957 bis 2019, in 6 Zweimonatszeiträumen

Die Mittelwertekurven der 4 Sonnenzyklen folgen einem systematischen Trend. In allen 4 Zyklen liegt das stärkste El Nino-Ereignis im Zyklusjahr 9. Die Systematik des Kurvenverlaufs wird wahrscheinlich durch das Sonnensignal  des Schwabezyklus erzeugt. Die Sonne bestimmt offenbar den Zeitpunkt von warmem El Nino und kühlem La Nina. Aus Abbildung 9 lassen sich Prognosen für das zeitliche Auftreten von El Nino und La Nina ableiten.

Zusammenfassende Hypothesen

Im 11-jährigen Sonnenzyklus (Schwabezyklus) erzeugt die Sonne im Jahr des Sonnenfleckenmaximums einen Startimpuls. Ausgelöst durch diesen Startimpuls werden in jedem Sonnenfleckenzyklus für etwa 10 Jahre ab dem Sonnenfleckenmaximum wiederkehrende Wettermuster gebildet.

Der Vergleich zwischen Sonnensignalen einzelner Stationen mit dem Sonnensignal im Mittelwert größerer Regionen hat gezeigt, dass der solare Einfluss an einzelnen Wetterstationen deutlicher ausgeprägt ist als in Mittelwerten über größere Regionen wie Bundesländer oder Staaten.

Das solare Wettermuster des Schwabezyklus ist beim Niederschlag ausgeprägter als bei der Sonnenscheindauer oder Temperatur.

Eigentlich dürfte es die gezeigten solaren Wettermuster nicht geben. Sowohl der IPCC als auch führenden Klimaforschungs- und Klimafolgenforschungseinrichtungen in Deutschland betonen bis heute, dass von der Sonne kein bedeutender Einfluss auf den Wettertrend ausgehen kann. Dafür sei die Variabilität der Sonnenaktivität innerhalb des Schwabezyklus viel zu gering.

Mit diesem Beitrag werden insbesondere die Klimawissenschaftler angesprochen, die den aktuellen Klimawandel fast allein auf die Zunahme der CO2-Konzentration zurückführen und zur Stellungnahme hinsichtlich des nachgewiesenen solaren Einflusses auf den Wettertrend aufgefordert.

Mit dem aufgezeigten solaren Einfluss wird die Argumentation gestützt, dass die Sonne der Haupttreiber für Klimaveränderungen und die aktuelle Warmzeit ist. Die im ersten KALTESONNE-Beitrag dargestellte positive Korrelation zwischen der Anzahl der Sonnenflecken im Jahr des Fleckenmaximums und der Temperaturanomalie im äquatorialen Pazifik unterstützt die Annahme, dass die globale Erwärmung der letzten Jahrzehnte solar beeinflusst ist (s. bit.ly/2VIKA7R, Abbildung 7).

Mit Hilfe der These vom Impuls der Sonne im Jahr des Fleckenmaximums sind erstmalig Prognosen des monatlichen Niederschlagstrends bis zu 10 Jahre im Voraus möglich. Die bisher gefundenen Muster sind aber nur in 10 bis 20 Prozent des Jahres so eindeutig, dass eine Trendprognose Sinn ergibt.

Auch in der restlichen Zeit des Jahres ist ein solarer Einfluss auf die Wettermuster zu vermuten. Allerdings muss nach dem oder den Schlüsseln gesucht werden, die den solaren Einfluss aufzeigen. Ein Schlüssel dürfte bei den Phasenverschiebungen und unterschiedlichen Verzögerungen in der Wirkungskette Sonne, Stratosphäre und Troposphäre liegen. Sollte ein solcher Verzögerungsschlüssel gefunden werden, wären noch wesentlich bessere Wettertrend-Prognosen als in diesem Beitrag skizziert möglich sein.

Klimaforschung sollte die Sonne als zentrale Einflussgröße einbeziehen. Es ist Aufgabe von Sonnenphysikern und Atmosphärenforschern, die Signale der Sonne zu identifizieren, die eine den Wettertrend beeinflussende Wirkung haben.

Alle EDV-gestützten Klimaprojektionen und Zukunftsszenarien, die bisher die Sonne nicht als wesentlichen Wetter- und Klimagestalter einbezogen haben, dürften wertlos sein. Erst mit Einbeziehung der Sonne als wichtigen Wetter- und Klimagestalter in die Computerprogramme ist mit belastbaren Zukunftsprojektionen zu rechnen.

Quellen:

Laurenz, 2020: https://kaltesonne.de/handschrift-des-11-jaehrigen-sonnenfleckenzyklus-in-atmosphaere-und-ozeanen/

Laurenz, L., H.-J. Lüdecke, S. Lüning (2019): Influenceof solar activity on European rainfall. J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 185: 29-42, doi: 10.1016/j.jastp.2019.01.012

Jack C.Wang et al., (2018): Modeling study of the ionospheric responses to the quasi-biennial oscillations of the sun and stratosphere, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics  doi: 10.1016/j.jastp.2017.07.024

M.A.Wahab et al., (2016):  Interrelationship between the North Atlantic Oscillation and Solar cycle,  International Journal of Advanced Research, Volume 4, Issue 1, 261-266, bit.ly/3asQQow