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:
An abrupt slowdown of Atlantic Meridional Overturning Circulation during 1915–1935 induced by solar forcing in a coupled GCM
In this study, we explore an abrupt change of Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) apparent in the historical run simulated by the second version of the Flexible Global Ocean–Atmosphere–Land System model – Spectral Version 2 (FGOALS-s2). The abrupt change is noted during the period from 1915 to 1935, in which the maximal AMOC value is weakened beyond 6 Sv (1 Sv = 106 m3 s−1). The abrupt signal first occurs at high latitudes (north of 46° N), then shifts gradually to middle latitudes (∼35° N) three to seven years later. The weakened AMOC can be explained in the following. The weak total solar irradiance (TIS) during early twentieth century decreases pole-to-equator temperature gradient in the upper stratosphere. The North polar vortex is weakened, which forces a negative North Atlantic Oscillation (NAO) phase during 1905–1914. The negative phase of NAO induces anomalous easterly winds in 50–70° N belts, which decrease the release of heat fluxes from ocean to atmosphere and induce surface warming over these regions. Through the surface ice–albedo feedback, the warming may lead to continuously melting sea ice in Baffin Bay and Davis Strait, which results in freshwater accumulation. This can lead to salinity and density reductions and then an abrupt slowdown of AMOC. Moreover, due to increased TIS after 1914, the enhanced Atlantic northward ocean heat transport from low to high latitudes induces an abrupt warming of sea surface temperature or upper ocean temperature in mid–high latitudes, which can also weaken the AMOC. The abrupt change of AMOC also appears in the PiControl run, which is associated with the lasting negative NAO phases due to natural variability.
Ein weiteres Paper zur solaren Beeinflussung atlantischer Ozeanzyklen – und speziell der NAO – erschien in den Annales Geophysicae. Sfîcă und Kollegen berichteten dort im Februar 2015:
The influence of solar activity on action centres of atmospheric circulation in North Atlantic
We analyse the response of sea level pressure and mid-tropospheric (500 hPa) geopotential heights to variations in solar activity. We concentrate on the Northern Hemisphere and North Atlantic in the period 1948–2012. Composite and correlation analyses point to a strengthening of the North Atlantic Oscillation and weakening (i.e. becoming more zonal) of the Pacific/North American pattern. The locations of points with lowest and highest sea level pressure in the North Atlantic change their positions between low and high solar activity.
Springen wir nun in den Pazifik. Dort gibt es das Phänomen des „El Niño–Southern Oscillation“ (ENSO). Daniel Howard, Nir Shaviv and Henrik Svensmark konnten nun zeigen, dass die globalen Meeresspiegel-Schwankungen (abzüglich des Langzeit-Anstieg-Trends) zu mindestens 70% von der ENSO sowie Sonnenaktivitätsschwankungen gesteuert werden. Das Forscherteam veröffentlichte seine Ergebnisse im Mai 2015 im Journal of Geophysical Research:
The solar and Southern Oscillation components in the satellite altimetry data
With satellite altimetry data accumulating over the past two decades, the mean sea level (MSL) can now be measured to unprecedented accuracy. We search for physical processes which can explain the sea level variations and find that at least 70% of the variance in the annually smoothed detrended altimetry data can be explained as the combined effect of both the solar forcing and the El Niño–Southern Oscillation (ENSO). The phase of the solar component can be used to derive the different steric and eustatic contributions. We find that the peak to peak radiative forcing associated with the solar cycle is 1.33 ± 0.34 W/m2, contributing a 4.4 ± 0.8 mm variation. The slow eustatic component (describing, for example, the cryosphere and large bodies of surface water) has a somewhat smaller peak to peak amplitude of 2.4 ± 0.6 mm. Its phase implies that warming the oceans increases the ocean water loss rate. Additional much smaller terms include a steric feedback term and a fast eustatic term. The ENSO contributes a peak to peak variation of 5.5 ± 0.8 mm, predominantly through a direct effect on the MSL and significantly less so indirectly through variations in the radiative forcing.
Siehe auch Ausarbeitungen von Joseph Fletcher zum Thema Sonne/ENSO.
