Sonne macht Klima: Nordamerika

Schwankungen der Sonnenaktivität beeinflussen das Klima. Das zeigen hunderte von paläoklimatologischen Fallstudien. Der IPCC will es nicht wahrhaben, vergräbt den Kopf lieber im Sand. Im Folgenden wollen wir Ihnen aktuelle Studien aus Nordamerika vorstellen. Beginnen wollen wir in den südwestlichen USA und Mexiko, eine Gegend die stark vom nordamerikanischen Monsunregen abhängt. Eine Gruppe um Matthew Jones rekonstruierte das Regengeschehen in der Region für die vergangenen 6000 Jahre und fand solar-verdächtige Frequenzen in den Schwankungen. 22 Jahre entsprechen dem Hale Zyklus, 2000 Jahre sind der Hallstatt-Zyklus, und auch die 500 Jahre sind eine bekannte Sonnengröße. Hier der Abstract der Arbeit, die … weiter lesen

Chinesische Akademie der Wissenschaften findet signifikante Klimabeeinflussung durch solare Aktivitätsschwankungen

In einer Pressemitteilung vom 24. April 2017 gab das Institute of Atmospheric Physics der Chinese Academy of Sciences bekannt, dass es im Rahmen eines umfangreichen Forschungsprogrammes eine signifikante Klimabeeinflussung durch solare Aktivitätsschwankungen gefunden hat (via EurekAltert!): Interdisciplinary studies reveal relationship between solar activity and climate change The solar flux is considered the fundamental energy source of earth’s climate system on long time scales. In recent decades, some studies have noted that the tiny variations in solar activity could be amplified by the nonlinear process in climate system. Therefore, the astronomy factors, such as solar activity, present intriguing and cutting-edge questions … weiter lesen

Einfluss der Sonne auf den Klimawandel erstmals beziffert

Pressemitteilung des Schweizerischen Nationalfonds zur Förderung der Wissenschaflichen Forschung vom 27. März 2017: ———- Einfluss der Sonne auf den Klimawandel erstmals beziffert Modellrechnungen zeigen erstmals eine plausible Möglichkeit auf, wie Schwankungen der Sonnenaktivität einen spürbaren Effekt auf das Klima haben. Gemäss den vom Schweizerischen Nationalfonds geförderten Arbeiten könnte sich die menschgemachte Erderwärmung in den nächsten Jahrzehnten leicht verlangsamen: Eine schwächere Sonne wird voraussichtlich ein halbes Grad Abkühlung beitragen. Es gibt den menschgemachten Klimawandel – und es gibt natürliche Klimaschwankungen. Ein wichtiger Faktor bei diesem unabänderlichen Auf und Ab der Erdtemperatur, das in verschiedenen Zyklen verläuft, ist die Sonne: Ihre Aktivität … weiter lesen

Schwankungen der Sonnenaktivität steuern das Klima: Meeresspiegel in Venedig, Wirbelstürme in Australien, Abflussraten des Amazonas

Immer wieder heißt es, dass Sonnenaktivitätsschwankungen klimatisch im Prinzip vernachlässigbar wären. Sie würden kaum etwas bewirken. Umso erstaunter ist man dann, wenn allmonatlich ein weiterer Fachartikel erscheint, der das glatte Gegenteil dokumentiert. Ein Beispiel aus dem November 2016, als die Geophysical Research Letters eine Arbeit von Adrián Martínez-Asensio und Kollegen zur Beeinflussung des Meeresspiegels durch solare Schwankungen brachten. Die Forscher dokumentierten, dass die herbstlichen Meeresspiegelextreme in Venedig und Triest durch den 11-jährigen Sonnenfleckzyklus gesteuert werden. Im Winter macht sich die Sonne dann sogar in weiteren Küstenorten bemerkbar, nämlich Marseille, Ceuta, Brest und Newlyn. Hier der Abstract des spannenden Papers: Decadal variability … weiter lesen

Purer Zufall: Solares Minimum soll angeblich nichts mit den Kältewintern der 1430er Jahre zu tun haben

Am 21. Dezember 2016 konnte man bei Radio SRF wieder einmal einen klimawandlerischen Lückentext bestaunen. Durch gezieltes Weglassen wichtiger Informationen wurde der Zuhörer effektiv in die Irre geleitet. Dritter Beitrag vom „Echo der Zeit“: Klimaforscher in den USA bringen ihre Daten in Sicherheit In den USA demonstrieren Wissenschaftler auf der Strasse für die Klimaforschung. Einige von ihnen sichern sogar ihre Forschungsdaten auf externen Rechnern, Weil sie befürchten, dass Klimaforschungsdaten unter der Regierung Trump als missliebig gelöscht werden könnten. Begegnung mit Ray Bradley in Bern. Welche Mechanismen greifen, wenn Menschen leugnen, worüber in der Wissenschaft Konsens herrscht – dass der Klimawandel … weiter lesen

Universität Cardiff: Schwankungen der Sonnenaktivität und Vulkanausbrüche waren wichtigste vorindustrielle Klimafaktoren im Nordatlantik

Pressemitteilung der University Cardiff vom 6. Dezember 2016: ———— Longest-living animal gives up ocean secrets Analysis of the quahog clam reveals how the oceans affected the climate over the past 1000 years A study of the longest-living animal on Earth, the quahog clam, has provided researchers with an unprecedented insight into the history of the oceans. By studying the chemistry of growth rings in the shells of the quahog clam, experts from the School of Earth and Ocean Sciences have pieced together the history of the North Atlantic Ocean over the past 1000 years and discovered how its role in … weiter lesen

Hinweise auf Klimaeinfluss der Sonne verdichten sich weiter

In unserem Buch „Die kalte Sonne“ haben wir den enormen Einfluss von Sonnenaktivitätsschwankungen auf das Erdklima zeigen können. Die Forschung zum Thema läuft weiter auf Hochtouren. Im Folgenden wollen wir einige jüngere Arbeiten vorstellen. Aus dem März 2016 stammt eine Arbeit von Yamakawa et al. in Quaternary International, in der die Autoren den solaren Klimaeinfluss über die Stratosphäre und die Meeresoberfläche beschreiben: Relationships between solar activity and variations in SST and atmospheric circulation in the stratosphere and troposphere Relationships between solar activity and variations in both sea surface temperature (SST) and atmospheric circulation at the time of the solar maximum … weiter lesen

Eine kleine Sensation, von der Presse unbemerkt: Sonnenaktivität erreichte im späten 20. Jahrhundert nun doch Maximalwerte

In der Vergangenheit wurde uns stets erklärt, die Sonnenaktivität könne nichts mit der Erwärmung im späten 20. Jahrhundert zu tun haben, denn die beiden Kurven würden ja vollkommen entgegengesetzt zueinander verlaufen. Zum Beweis wurden dann Graphiken wie die folgende aus Wikipedia verwendet: Abbildung 1: Vergleich der Entwicklung von globaler Temperatur, CO2 und Sonnenaktivität. Aus Wikipedia. Quelle: Leland McInnes at the English language Wikipedia [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons   Das Problem: Die Sonnenaktivität wird mittlerweile gar nicht mehr allein an den wackeligen Sonnenflecken festgemacht. Das oben dargestellte Diagramm ist ein Update von 2014, das offenbar von einem … weiter lesen

Solares Paradoxon Deutschlands Teil II: Das Klimapendel schlägt zurück

140 Jahre Forschung zu Sonne und Klima in Deutschland

Von Steven Michelbach, Geograph, Bad Mergentheim

Bereits Anfang des 20 Jahrhunderts war die Klimaerwärmung Gegenstand umfassender Untersuchungen. Forscher sprachen schon 1930 von einer regelrechten „Klimaverwerfung“. Ab 1940 setzte eine markante und völlig unerwartete Abkühlung ein. Tausende von Forschern suchten eine Erklärung dafür, ob Atomwaffentestversuche oder das CO2 aus der Nutzung fossiler Brenn­stoffe verantwortlich war. Als Forschungsergebnis stand 1967 schließlich fest: „Die Sonne ist jene Kraft, die Schwankungen und Pendelungen unseres Klimas verursacht. Sie hält den Motor in Gang, der für die Zirkulationssysteme der Atmosphäre und Meere verantwortlich ist. Schwankungen der Sonnenaktivität schlagen sich direkt auf Wetter und Klima in allen Regionen der Erde nieder.“

Irgendwie geriet dieses Wissen in Vergessenheit oder wurde verdrängt. Ab 1980 war plötzlich die CO2-Treibhaustheorie wieder in der Diskussion und beschäftigt die Klimaforschung inzwischen aufs Heftigste. Fast panikartig blickt man in eine vermeintlich bedrohliche Zukunft und ist von jeder Form von eventuellen Rekorden wie Hitzerekorden fasziniert und schockiert. In aller Eile wird die Energieversorgung einer ganzen Nation in großer Hektik umgekrempelt.

Eine alte Weisheit aber besagt, man soll den Fluss überqueren und dabei die Steine unter seinen Füßen spüren. Bezogen auf den Klimawandel und die Energiewende gilt dies ebenso. Jeder gewissenhafte Unternehmer prüft ständig die Betriebsbilanz. Immer wieder schaut er auch zurück, ob die Grundlagen für einmal getroffene Entscheidungen noch haltbar sind.

Im Hinblick auf Klimaveränderungen ist seit Jahrhunderten bekannt, dass es natürliche Schwan­kungen gibt. Gerade deshalb ist es zwingend erforderlich, die Entwicklung konzentriert zu verfolgen. Dabei darf der Blick zurück im Maßstab einzelner Klimaperioden nicht vernachlässigt werden. Auch das vorhandene Datenmaterial muss wiederholt gesichtet und überprüft werden, ob die verwendeten Daten überhaupt noch repräsentativ sind. Hier scheint es erheblichen Arbeitsbedarf im deutschen Klimadatenfundus zu geben. Manche Stationen zeigen einen vermeintlichen Temperaturanstieg durch globalen Klimawandel. Benachbarte Stationen belegen 100 Jahre Stagnation der Temperatur. Was ist da los? Spiegeln sich hier nur Veränderungen im näheren Umfeld in den Daten wider mit der Folge einer notwendigen und konsequenten Disqualifikation der Station, oder entspricht das Gemessene tatsächlich einer natürlichen Entwicklung. Am Beispiel der Extremwerte verschiedener Wetterstationen von der Zugspitze, über den Hohenpeißenberg bis hinunter nach Schwerin in Ostseenähe wird aufgezeigt, welche Kraft tatsächlich für den Klimawandel im deutschen Temperaturdatensatz verantwortlich ist: der Mensch oder die Sonne.

 

Allgemeiner Einfluss der Sonne auf die Temperatur

Der heiße Sommer 2015 hat gezeigt, wie Rekordtemperaturen tatsächlich zustande kommen. Es sind klare, wolkenlose Tage an denen es zu den vermeintlichen neuen deutschen Temperatur­rekorden kam. CO2 in der Atmosphäre soll für diese Rekorde verantwortlich gewesen sein.

Allerdings nur tagsüber, denn an der Rekordstation in Kitzingen lag vor und nach diesem Rekord (05.07. 2015 und wiederholt am 7.08.2015) die Minimumtemperatur in den Nächten um ca. 25 °C niedriger als tagsüber. Trotz hoher CO2-Konzentrationen kann es also innerhalb von 12 Stunden zu einem Wärmeverlust von ca. 25 °C kommen. Kann CO2 tatsächlich nur tagsüber Temperatur­rekorde erzeugen, nachts dagegen aber weitgehend wirkungslos sein? Nein! 140 Jahre Klima­forschung in Deutschland haben immer wieder den Einfluss der Sonne auf das Temperatur­geschehen weltweit nachgewiesen. Solche Hitzetage bei klarem Himmel sind eindeutig einer sehr hohen Sonnen­einstrahlung geschuldet. In den Nächten fehlt die Einstrahlung und mangels schützender Wolkendecke purzeln die Temperaturen dann „in den Keller“. Die Klimakunde nennt dies „Steppenklima“, wie es schon lange für den unterfränkischen Raum bekannt ist.

Doch nicht nur hier, überall auf der Erde kann man den Einfluss der Sonne auf die Temperatur am eigenen Leib spüren. Ist man direkt der Sonne ausgesetzt, ist an einem klaren Tag ein kräftiger Sonnenbrand aufgrund der intensiven UV-Strahlung unausweichlich. Dies passiert im Hochgebirge, auf dem flachen Land und am Meer. 90 % der Masse der Atmosphäre befinden sich in den unteren 20 km. Ein Teil der auf der Erde eintreffenden Sonnenenergie wird durch Wolken, Luft und Boden (hier besonders von Schnee) zu 30 % wieder in den Weltraum reflektiert. Die restlichen 70 % werden absorbiert: rund 20 % von der Atmosphäre, 50 % von der Erdoberfläche (Kontinente und Ozeane). Wenn also 50 % der Sonnen­energie bis auf die Erdoberfläche gelangen, dann ist das Auftreten eines Sonnenbrandes verursacht durch einen Teil dieses Strahlungsmixes, dem UV-Anteil, verständlich. Entsprechend müssten dann aber auch die bekannten Strahlungs­schwankungen der Sonne direkt auf der Erdoberfläche im Lebensraum des Menschen wirksam werden und dort festgestellt werden können. Es verwundert schon, warum dann der Einfluss der Sonne auf das Klima so gering sein soll, wie in den Rechenmodellen des PIK e.V. und des IPCC suggeriert wird.

Jahrzehntelange Solarforschung hat ergeben, dass einzelne Anteile der Energieabstrahlung der Sonne sich dabei in durchaus respektablen Schwingungsbreiten oder Amplituden verändern. Die UV-Strahlung schwankt bis um 40 %, bei der Röntgenstrahlung sollen es sogar über 100 % sein, Faktor 2 (!). Die Sonnenfleckenzahl kann zwischen Null und maximal 500 Stück pro Tag variieren. Ähnliches gilt für solare Massenauswürfe, den Sonneneruptionen. Dabei verändert sich auch das Magnetfeld (Ursache der Sonnenflecken und –eruptionen) und auch der Sonnenwind. Wer sich die neuen Fotos der NASA der Raumsonde SDO (Solar Dynamics Observatory) z.B. auf der Webseite der NASA ansieht, kann erkennen, was es bedeutet, wenn im Sonnenmaximum bei hunderten von Sonnenflecken unglaublich große und spektakuläre Energiefreisetzungen stattfinden. Diese beeinflussen zwangsweise auch die Erde. Denn die kleine Erde ist ja gerade nur wenige 107 Sonnendurchmesser von ihrem riesigen Mutterstern entfernt und somit dem riesigen Solarreaktor direkt ausgeliefert.

Link zum Video 5 Jahre Solar Dynamics Observatory SDO hier und hier.

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Neues vom Svensmark-Wolken-Solarverstärker

Vor einigen Jahren beschrieb Henrik Svensmark einen Mechanismus, bei dem solare Aktivitätsschwankungen die Wolkenbedeckung verändern. War dies der gesuchte Solarverstärker? Der vorgeschlagene Prozess enthält eine Reihe von Zwischenschritten, wobei das Sonnenmagnetfeld die kosmische Strahlung mal mehr und mal weniger stark abschirmt, also moduliert. Die kleinen galaktischen Teilchen sollen dann als Kondensationskeime für Wolken dienen. Der Mechanismus leuchtet im Großen und Ganzen ein, und Svensmark konnte zunächst eine schöne Korrelation der Sonnenaktivität mit den Wolken liefern. Dann allerdings liefen die Kurven auseinander. Es war wohl doch etwas komplizierter. Der IPCC freute sich und verwarf das Modell kurzerhand. Vermutlich vorschnell, denn Stück für Stück wird nun allmählich klarer, dass man stärker differenzieren muss: Zwischen verschiedenen Breitengraden, Wolkenstockwerken, Jahreszeiten. Im Folgenden wollen wir für Sie das Neueste zum Wolken-Solarverstärker zusammenfassen.

Im November 2014 berichteten M. Kancirova und K. Kudela in Atmospheric Research über eine Studie zur Entwicklung der Wolkenbedeckung und der kosmischen Strahlen auf einem 2634 m hohen Berg in der Slovakei für den Zeitraum 1982–2010. Die Autoren fanden dabei eine stabile Korrelation zwischen Wolken und kosmischer Strahlung, wenn auch schwach ausgeprägt. Hier der Abstract:

Cloud cover and cosmic ray variations at Lomnický štít high altitude observing site
We studied the relation of cloud cover and cosmic rays during the period 1982–2010 measured at Lomnický štít (2634 m above sea level, in the direction of 49.40°N, 20.22°E, geomagnetic vertical cut-off rigidity for cosmic ray ~ 3.85 GV). Daily means are used. It is seen that the correlations are insignificant for averaging shorter than about one year. We have found weak positive correlation for longer averaging times. Difference in distributions of cosmic ray intensity between the days with cloudless and overcast sky level at α = 0.05 is found in the data. In addition to the experiments and clarification of physical mechanisms behind the relations studied here, longer time intervals and analysis at different sites with respect to cut-off rigidity and sea/continents along with the satellite data are important for progress in understanding the cosmic ray–cloud relation questions, at least from the point of view of empirical description of the dependencies.

Im Januar 2015 legten Badruddin & Aslam dann im Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics nach. Sie studierten den Einfluss der kosmischen Strahlung auf den Indischen Sommermonsun. Und sie wurde fündig: Dürrephasen ereigneten sich überwiegend wenn die kosmische Strahlung abnahm, während feuchte Phasen mit zunehmender kosmischer Strahlung gepaart waren. Zudem fanden sie einen Zusammenhang mit der Temperatur. Hier die Kurzfassung:

Influence of cosmic-ray variability on the monsoon rainfall and temperature
We study the role of galactic cosmic ray (GCR) variability in influencing the rainfall variability in Indian Summer Monsoon Rainfall (ISMR) season.
We find that on an average during ‘drought’ (low ISMR) periods in India, GCR flux is decreasing, and during ‘flood’ (high ISMR) periods, GCR flux is increasing. The results of our analysis suggest for a possibility that the decreasing GCR flux during the summer monsoon season in India may suppress the rainfall. On the other hand, increasing GCR flux may enhance the rainfall. We suspect that in addition to real environmental conditions, significant levitation/dispersion of low clouds and hence reduced possibility of collision/coalescence to form raindrops suppresses the rainfall during decreasing GCR flux in monsoon season. On the other hand, enhanced collision/coalescence efficiency during increasing GCR flux due to electrical effects may contribute to enhancing the rainfall. Based on the observations, we put forward the idea that, under suitable environmental conditions, changing GCR flux may influence precipitation by suppressing/enhancing it, depending upon the decreasing/increasing nature of GCR flux variability during monsoon season in India, at least. We further note that the rainfall variability is inversely related to the temperature variation during ISMR season. We suggest an explanation, although speculative, how a decreasing/increasing GCR flux can influence the rainfall and the temperature. We speculate that the proposed hypothesis, based on the Indian climate data can be extended to whole tropical and sub-tropical belt, and that it may contribute to global temperature in a significant way. If correct, our hypothesis has important implication for the sun – climate link.

Weiterhin erwähnenswert ist eine Arbeit von L.Z. Biktash im Dezember 2014 in Advances in Space Research. In dieser Studie geht es ebenfalls um die kosmische Strahlung und ihr Bezug zur globalen Temperatur. Für die Phase 1965–2012 sollen sich die Temperaturmaxima während der Minima der kosmischen Strahlung ereignet haben. Hier die Kurzfassung:

Evolution of Dst index, cosmic rays and global temperature during solar cycles 20–23
We have studied conditions in interplanetary space, which can have an influence on galactic cosmic ray (CR) and climate change. In this connection the solar wind and interplanetary magnetic field parameters and cosmic ray variations have been compared with geomagnetic activity represented by the equatorial Dst index from the beginning 1965 to the end of 2012. Dst index is commonly used as the solar wind–magnetosphere–ionosphere interaction characteristic. The important drivers in interplanetary medium which have effect on cosmic rays as CMEs (coronal mass ejections) and CIRs (corotating interaction regions) undergo very strong changes during their propagation to the Earth. Because of this CMEs, coronal holes and the solar spot numbers (SSN) do not adequately reflect peculiarities concerned with the solar wind arrival to 1 AU. Therefore, the geomagnetic indices have some inestimable advantage as continuous series other the irregular solar wind measurements. We have compared the yearly average variations of Dst index and the solar wind parameters with cosmic ray data from Moscow, Climax, and Haleakala neutron monitors during the solar cycles 20–23. The descending phases of these solar cycles (CSs) had the long-lasting solar wind high speed streams occurred frequently and were the primary contributors to the recurrent Dst variations. They also had effects on cosmic rays variations. We show that long-term Dst variations in these solar cycles were correlated with the cosmic ray count rate and can be used for study of CR variations. Global temperature variations in connection with evolution of Dst index and CR variations is discussed.

Im Text der Arbeit heißt es:

We demonstrate that the detrended annual means of global surface air temperature in 1965–2012 show the maxima during CRs [Cosmic Rays] and Dst index [of the solar wind] minima. It proves that CRs [Cosmic Rays] play essential role in climate change and main part of climate variations can be explained by Pudovkin and Raspopov’s (1992) mechanism of action CRs [Cosmic Rays] modulated by the solar activity on the state of lower atmosphere and meteorological parameters. Following this we have to seek for another ways of looking for global warming reason, first of all, as a man impact on climate.“

Eine Gruppe um Nicolas Huneeus überraschte im Mai 2014 im Journal of Geophysical Research mit einer etwas versteckten Bestätigung des Sonne-Wolken-Bezugs. Im Rahmen von Modellierungen fanden sie eine bedeutende Beeinflussung der Wolken durch solare Aktivitätsschwankungen. Lesen Sie selbst im Abstract:

Forcings and feedbacks in the GeoMIP ensemble for a reduction in solar irradiance and increase in CO2
The effective radiative forcings (including rapid adjustments) and feedbacks associated with an instantaneous quadrupling of the preindustrial CO2 concentration and a counterbalancing reduction of the solar constant are investigated in the context of the Geoengineering Model Intercomparison Project (GeoMIP). The forcing and feedback parameters of the net energy flux, as well as its different components at the top-of-atmosphere (TOA) and surface, were examined in 10 Earth System Models to better understand the impact of solar radiation management on the energy budget. In spite of their very different nature, the feedback parameter and its components at the TOA and surface are almost identical for the two forcing mechanisms, not only in the global mean but also in their geographical distributions. This conclusion holds for each of the individual models despite intermodel differences in how feedbacks affect the energy budget. This indicates that the climate sensitivity parameter is independent of the forcing (when measured as an effective radiative forcing). We also show the existence of a large contribution of the cloudy-sky component to the shortwave effective radiative forcing at the TOA suggesting rapid cloud adjustments to a change in solar irradiance. In addition, the models present significant diversity in the spatial distribution of the shortwave feedback parameter in cloudy regions, indicating persistent uncertainties in cloud feedback mechanisms.

Hochinteressant auch die Studie einer Forscherguppe um Mai Mai Lam, die ihre Ergebnisse im September 2014 in den Geophysical Research Letters publizierte.

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Neues vom stratosphärischen Solarverstärker

Eines des großen ungelösten Rätsel der Klimawissenschaften ist die Frage, auf welchem Wege solare Aktivitätsschwankungen zu klimatischen Veränderungen führen. Eine Vielzahl von geologisch-paläoklimatologischen Untersuchungen belegt einwandfrei, dass es einen solaren Einfluss auf das Klima gibt. Allerdings wird hierzu ein solarer Verstärkermechanismus benötigt, da die Sonne-Schwankungen im sichtbaren Strahlungsbereich des Lichtes wohl zu gering sind, um den beobachteten Effekt zu erzeugen. In unserem Buch „Die kalte Sonne“ haben wir die beiden wahrscheinlichsten Verstärker-Kandidaten vorgestellt. Zum einen wäre hier der Svensmark-Wolkeneffekt zu nennen, wobei von der Sonne modulierte galaktische Strahlung Keime für Wolken bilden könnte. Zum anderen geht es um die UV-Strahlung, die viel stärker schwankt als der sichtbare Lichtanteil der Sonne. Das UV erzeugt in der Stratosphäre, Ozon. Mittlerweile gibt es sich verdichtenede Hinweise darauf, dass sich das Geschehen in der Stratosphäre auch in die tieferen Atmosphärenstockwerke durchpaust, wo das Wettergeschehen stattfindet. Im Folgenden wollen einen Streifzug durch die neuere Literatur unternehmen. Was gibt es Neues vom stratosphärischen Solarverstärker?

Im November 2012 wartete eine Gruppe um David Thompson in Nature mit einer großen Überraschung auf: Die Forscher hatten einen neuen Datensatz zur Temperaturentwicklung der mittleren und oberen Stratosphäre ermittelt, der sich signifikant von früheren Temperaturkurven unterschied. Hierdurch wurde nun alles durcheinandergewirbelt. Offenbar stimmten die früheren Modelle zur Entwicklung hinten und vorne nicht. Auch Modelle mussten nun plötzlich auf den Prüfstand, die nur die veraltete Temperaturkurve nachvollziehen konnten, nicht jedoch die neue. Dies ist insbesondere bedenklich, da hier Emissionen von CO2 und ozonzerstörenden Gasen eine Rolle spielen. Hier der Abstract der Arbeit:

The mystery of recent stratospheric temperature trends
A new data set of middle- and upper-stratospheric temperatures based on reprocessing of satellite radiances provides a view of stratospheric climate change during the period 1979–2005 that is strikingly different from that provided by earlier data sets. The new data call into question our understanding of observed stratospheric temperature trends and our ability to test simulations of the stratospheric response to emissions of greenhouse gases and ozone-depleting substances. Here we highlight the important issues raised by the new data and suggest how the climate science community can resolve them.

Auch Katja Matthes vom Kieler Geomar ist zusammen mit Kollegen an der Erforschung des stratosphärischen Solarverstärkers beteiligt. Hier gelangten in den letzten Jahren gleich drei Arbeiten zur Publikation, die wir hier vorstellen möchten. So erschien im September 2012 im Journal of Geophysical Research ein Paper, das von Christof Petrick angeführt wurde. In der Studie geht es um solare UV-Schwankungen, die stratosphärische Veränderungen hervorrufen, die sich über Ozeanzyklen in die Ozeane fortpflanzen. Die Matthes-Gruppe nennt dies „Top-Down-Mechanismus“. Hier der Abstract:

Impact of the solar cycle and the QBO on the atmosphere and the ocean
The Solar Cycle and the Quasi-Biennial Oscillation are two major components of natural climate variability. Their direct and indirect influences in the stratosphere and troposphere are subject of a number of studies. The so-called „top-down‘ mechanism describes how solar UV changes can lead to a significant enhancement of the small initial signal and corresponding changes in stratospheric dynamics. How the signal then propagates to the surface is still under investigation. We continue the „top-down‘ analysis further down to the ocean and show the dynamical ocean response with respect to the solar cycle and the QBO. For this we use two 110-year chemistry climate model experiments from NCAR’s Whole Atmosphere Community Climate Model (WACCM), one with a time varying solar cycle only and one with an additionally nudged QBO, to force an ocean general circulation model, GFZ’s Ocean Model for Circulation and Tides (OMCT). We find a significant ocean response to the solar cycle only in combination with a prescribed QBO. Especially in the Southern Hemisphere we find the tendency to positive Southern Annular Mode (SAM) like pattern in the surface pressure and associated wind anomalies during solar maximum conditions. These atmospheric anomalies propagate into the ocean and induce deviations in ocean currents down into deeper layers, inducing an integrated sea surface height signal. Finally, limitations of this study are discussed and it is concluded that comprehensive climate model studies require a middle atmosphere as well as a coupled ocean to investigate and understand natural climate variability.

Im April 2013 publizierte die Matthes-Gruppe mit Ermolli et al 2013 im Fachblatt Atmospheric Chemistry and Physics eine weitere Studie zum Thema. Die Hauptnachricht: Klimamodelle unterschätzten bislang die UV-Schwankungen um einen Faktor von 4-6. Das ist enorm. In Wirklichkeit waren die UV-Schwankungen also im Mittel 5 mal so hoch wie angenommen. Ermolli und Kollegen prognostizieren, dass auch die atmosphärischen Effekte entsprechend viel größer sind als zuvor modelliert. Hier der Abstract:

Recent variability of the solar spectral irradiance and its impact on climate modelling
The lack of long and reliable time series of solar spectral irradiance (SSI) measurements makes an accurate quantification of solar contributions to recent climate change difficult.
Whereas earlier SSI observations and models provided a qualitatively consistent picture of the SSI variability, recent measurements by the SORCE (SOlar Radiation and Climate Experiment) satellite suggest a significantly stronger variability in the ultraviolet (UV) spectral range and changes in the visible and near-infrared (NIR) bands in anti-phase with the solar cycle. A number of recent chemistry-climate model (CCM) simulations have shown that this might have significant implications on the Earth’s atmosphere. Motivated by these results, we summarize here our current knowledge of SSI variability and its impact on Earth’s climate.
We present a detailed overview of existing SSI measurements and provide thorough comparison of models available to date. SSI changes influence the Earth’s atmosphere, both directly, through changes in shortwave (SW) heating and therefore, temperature and ozone distributions in the stratosphere, and indirectly, through dynamical feedbacks. We investigate these direct and indirect effects using several state-of-the art CCM simulations forced with measured and modelled SSI changes. A unique asset of this study is the use of a common comprehensive approach for an issue that is usually addressed separately by different communities.
We show that the SORCE measurements are difficult to reconcile with earlier observations and with SSI models. Of the five SSI models discussed here, specifically NRLSSI (Naval Research Laboratory Solar Spectral Irradiance), SATIRE-S (Spectral And Total Irradiance REconstructions for the Satellite era), COSI (COde for Solar Irradiance), SRPM (Solar Radiation Physical Modelling), and OAR (Osservatorio Astronomico di Roma), only one shows a behaviour of the UV and visible irradiance qualitatively resembling that of the recent SORCE measurements. However, the integral of the SSI computed with this model over the entire spectral range does not reproduce the measured cyclical changes of the total solar irradiance, which is an essential requisite for realistic evaluations of solar effects on the Earth’s climate in CCMs.
We show that within the range provided by the recent SSI observations and semi-empirical models discussed here, the NRLSSI model and SORCE observations represent the lower and upper limits in the magnitude of the SSI solar cycle variation.
The results of the CCM simulations, forced with the SSI solar cycle variations estimated from the NRLSSI model and from SORCE measurements, show that the direct solar response in the stratosphere is larger for the SORCE than for the NRLSSI data. Correspondingly, larger UV forcing also leads to a larger surface response.
Finally, we discuss the reliability of the available data and we propose additional coordinated work, first to build composite SSI data sets out of scattered observations and to refine current SSI models, and second, to run coordinated CCM experiments.

In unserer Monatskolumne “Die Sonne im August 2015“ hatten wir bereits eine weitere aktuelle Matthes-Arbeit besprochen, Thiéblemont et al., die im September 2015 in Nature Communications erschien. Laut der Arbeit ist die Nordatlantische Oszillation mit einer Verzögerung von 1-2 Jahren an die Sonnenaktivität gekoppelt. Die Forscher benutzten ein Klimamodell, das die Atmosphäre bis zu einer Höhe von 140 km modelliert  und somit die Wirkung der UV-Strahlung auf die Chemie der Stratosphäre, etwa der Ozonbildung, besser berücksichtigen kann. Hier der Abstract:

Solar forcing synchronizes decadal North Atlantic climate variability
Quasi-decadal variability in solar irradiance has been suggested to exert a substantial effect on Earth’s regional climate. In the North Atlantic sector, the 11-year solar signal has been proposed to project onto a pattern resembling the North Atlantic Oscillation (NAO), with a lag of a few years due to ocean-atmosphere interactions. The solar/NAO relationship is, however, highly misrepresented in climate model simulations with realistic observed forcings. In addition, its detection is particularly complicated since NAO quasi-decadal fluctuations can be intrinsically generated by the coupled ocean-atmosphere system. Here we compare two multi-decadal ocean-atmosphere chemistry-climate simulations with and without solar forcing variability. While the experiment including solar variability simulates a 1–2-year lagged solar/NAO relationship, comparison of both experiments suggests that the 11-year solar cycle synchronizes quasi-decadal NAO variability intrinsic to the model. The synchronization is consistent with the downward propagation of the solar signal from the stratosphere to the surface.

Mithilfe eines Klimamodells, das auch die Stratosphäre berücksichtigt, konnte ein Forscherteam um Lon Hood einen Einfluss des 11-Jahres-Sonnenzyklus in der winterlichen Temperaturentwicklung des Pazifiks nachweisen. Das macht Hoffnung. Die Arbeit erschien im Oktober 2013 im Journal of Climate. Hier der Abstract:

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Die Sonne im August 2015 und der klimatische UV-Verstärker in der Stratosphäre

Von Frank Bosse und Fritz Vahrenholt Die Sonne war auch im August 2015 schwach und nur zu 71 % so aktiv wie im Mittel dieses Zyklusmonats. Die festgestellte SSN betrug 64,6 und das Mittel aller Zyklen 1…23 errechnet sich zu 91. Über den gesamten Zyklus stellt sich der Verlauf so dar: Abb.1: Die monatliche SunSpotNumber (SSN) im solaren Zyklus (SC) 24 (rot), ein durchschnittlicher Zyklus als Mittelwert der Monate der Zyklen 1…23 (blau) und der ähnliche SC 5 (schwarz).   Der Zyklus ähnelt immer mehr dem 5. Solarzyklus von 1798 bis 1810 – mitten im Dalton Minimum. Der damalige Zyklus … weiter lesen

Nordatlantischer Ozeanzyklus (NAO) an Sonnenaktivität gekoppelt: Neue Studie findet zeitlichen Verzug der NAO von 3 Jahren gegenüber Sonnensignal

In unserem Buch „Die kalte Sonne“ hatten wir beschrieben, dass das Klima signifikant von Ozeanzyklen und Sonnenaktivitätsschwankungen gesteuert wird. Das Klimaestablishment mochte dies damals gar nicht. Mittlerweile hat sich das Blatt grundlegend gewendet. Eine Vielzahl von Wissenschaftlern forscht zum Thema und publiziert nahezu im Wochentakt hierzu. Es wird zudem immer klarer, dass wohl auch die Ozeanzyklen zu einem gewissen Grad an die Sonnenaktivität gekoppelt sind. Eine hochinteressante Studie hierzu konnte man im Mai 2015 in den Environmental Research Letters finden. Ein Forscherteam um M. B. Andrews vom Hadley Centre des britischen Met Office untersuchte den Zusammenhang zwischen Nordatlantischer Oszillation (NAO) und solaren Aktivitätsschwankungen. Es ist seit längerer Zeit bekannt, dass die NAO in den positiven Bereich umschwenkt, wenn die Sonne stärker wird. Negative NAO-Werte fallen hingegen oft mit einer schwachen Sonnenaktivität zusammen. Für alle NAO-Neulinge erläutert Wikipedia:

Unter der Nordatlantischen Oszillation (NAO) versteht man in der Meteorologie die Schwankung des Druckverhältnisses zwischen dem Islandtief im Norden und dem Azorenhoch im Süden über dem Nordatlantik. Bei einem positiven NAO-Index sind sowohl Azorenhoch als auch Islandtief gut ausgebildet. Dies führt in den meisten Fällen zu einer starken Westwinddrift, die milde und feuchte Luft nach Europa führt. In Extremfällen bringt diese sogar zahlreiche Stürme mit sich. So resultierten die Winterstürme und Orkane 1999 (Anatol, Lothar, Martin) aus solch einer Lage. Bei einem negativen NAO-Index sind die Aktionszentren (Islandtief und Azorenhoch) nur schwach ausgeprägt, womit auch die Westwinddrift „einschläft“. So führen häufige Kaltlufteinbrüche aus Nordosten in Mitteleuropa immer wieder zu entsprechend kalten Wintern. Die abgeschwächte Westwinddrift verlagert sich südwärts und führt im Mittelmeerraum zu feuchterem Wetter.

Andrews und Kollegen versuchten den empirischen NAO-Sonnen-Bezug nun in einem Simulationsmodell nachzuvollziehen. In vorangegangenen Versuchen hatten die Modelle die Größenordnung des Effekts nicht in den Griff kriegen können. Diesmal jedoch hatten die Forscher mehr Glück. Sie erkannten, dass sie wohl einen zeitlichen Verzug von 3 Jahren übersehen hatten, mit dem die NAO der Sonne hinterherhinkt. Andrews und Kollegen erkennen darin einen Hinweise, dass weitere Prozesse eine Rolle spielen, außer der bisher berücksichtigten reinen atmosphärischen Aufheizung und dynamischen Folgeeffekten. Im Folgenden die Kurzfassung der Arbeit:

A simulated lagged response of the North Atlantic Oscillation to the solar cycle over the period 1960–2009
Numerous studies have suggested an impact of the 11 year solar cycle on the winter North Atlantic Oscillation (NAO), with an increased tendency for positive (negative) NAO signals to occur at maxima (minima) of the solar cycle. Climate models have successfully reproduced this solar cycle modulation of the NAO, although the magnitude of the effect is often considerably weaker than implied by observations. A leading candidate for the mechanism of solar influence is via the impact of ultraviolet radiation variability on heating rates in the tropical upper stratosphere, and consequently on the meridional temperature gradient and zonal winds. Model simulations show a zonal mean wind anomaly that migrates polewards and downwards through wave–mean flow interaction. On reaching the troposphere this produces a response similar to the winter NAO. Recent analyses of observations have shown that solar cycle–NAO link becomes clearer approximately three years after solar maximum and minimum. Previous modelling studies have been unable to reproduce a lagged response of the observed magnitude. In this study, the impact of solar cycle on the NAO is investigated using an atmosphere–ocean coupled climate model. Simulations that include climate forcings are performed over the period 1960–2009 for two solar forcing scenarios: constant solar irradiance, and time-varying solar irradiance. We show that the model produces significant NAO responses peaking several years after extrema of the solar cycle, persisting even when the solar forcing becomes neutral. This confirms suggestions of a further component to the solar influence on the NAO beyond direct atmospheric heating and its dynamical response. Analysis of simulated upper ocean temperature anomalies confirms that the North Atlantic Ocean provides the memory of the solar forcing required to produce the lagged NAO response. These results have implications for improving skill in decadal predictions of the European and North American winter climate.

Auch andere Modellierer haben die solare Steuerung der atlantischen Ozeanzyklen näher unter die Lupe genommen. Lin et al. berichteten im Juni 2014 in Climate of the Past Discussion über eine Simulation zu einer abgebremsten atlantischen Ozeanzyklik (AMOC) im Zeitraum 1915-1935. Die Autoren sehen den Anstieg der Sonnenaktivität nach 1914 als einen der Auslöser an und konnten den Effekt in ihrer Simulation abbilden. Hier der Abstract:

weiter lesenNordatlantischer Ozeanzyklus (NAO) an Sonnenaktivität gekoppelt: Neue Studie findet zeitlichen Verzug der NAO von 3 Jahren gegenüber Sonnensignal

Sonne macht Klima: Neues aus der Antarktis

Die Antarktis ist ein phantastisches Freiland-Forschungslaboratorium. Eine Vielzahl von Forschungsstationen ist über den Kontinent verteilt, darunter auch die russische Station Wostok. Mithilfe von Eisbohrkernen wurde die Klimageschichte der vergangenen 11.000 Jahre detailliert rekonstruiert. Im Januar 2015 veröffentlichten Zhao und Feng im Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics eine Studie in der sie die Temperaturentwicklung mit dem Verlauf der Sonnenaktivität verglichen. Die Forscher entdeckten in der Temperaturkurve charakteristische Zyklen, die dem solaren Suess-de Vries Zyklus (208 Jahre) und Eddy Zyklus (1000 Jahren) entsprechen. Auffällig war ein leichter Zeitverzug zwischen solarem Auslöser und Temperaturreaktion von 30-40 Jahren. Die Wissenschaftler schlussfolgern, dass Sonnenaktivitätsschwankungen … weiter lesen

Sonne macht Klima: Neues aus Amerika

Die Sonne ist ein wichtiger Klimafaktor, auch in Amerika. Im Mai 2014 bekräftigten Gorji Sefidmazgi und Kollegen dies in einer Arbeit in Nonlinear Processes in Geophysics. Die Forscher untersuchten die Temperaturentwicklung des US-Bundesstaats North Carolina für die vergangenen 60 Jahre. Dabei fanden sie, dass die Schwankungen fast vollständig mit Sonnenaktivitätsschwankungen und Ozeanzyklen erklärbar wären. Hier die Kurzfassung: Trend analysis using non-stationary time series clustering based on the finite element method In order to analyze low-frequency variability of climate, it is useful to model the climatic time series with multiple linear trends and locate the times of significant changes. In this … weiter lesen