Sonne

Die globale und regionale Temperaturentwicklung wird von zahlreichen Klimafaktoren beeinflusst. Eine verlässliche quantitative Gewichtung der verschiedenen natürlichen und anthropogenen Prozesse ist – trotz anderslautender Einlassungen durch den Weltklimarat – noch immer nicht möglich. Die finnischen Forscher Samuli Helama und Jari Holopainen haben jetzt die Frühlings-Temperaturentwicklung der vergangenen 260 Jahre für Südwest-Finnland statistisch auf Korrelationen hin untersucht und geprüft, ob es Anzeichen für die Beteiligung solarer Aktivitätsschwankungen und ozeanischer Zyklen gibt. Die Arbeit erschien kürzlich in der angesehenen geowissenschaftlichen Fachzeitschrift Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 

Die Wissenschaftler fanden, dass die Temperatur stark an die Nordatlantische Oszillation (NAO) gekoppelt war, die im Prinzip den Luftdruck-Unterschied zwischen dem Islandtief und dem Azorenhoch darstellt. Dies betrifft vor allem die letzten 160 Jahre, wobei die Luftdruck-Messdaten zur Rekonstruktion der NAO aus der Zeit vor 1850 möglicherweise nicht zuverlässig sind, schreiben die Autoren. 

Nun gingen die Forscher noch einen Schritt weiter und fragten sich, wodurch nun wiederum eigentlich die NAO gesteuert wurde. Und sie entdeckten dabei Überraschendes. Über lange Strecken des 20. Jahrhunderts fanden sie eine statistisch signifikante Korrelation zwischen der Sonnenfleckenentwicklung und dem NAO-Index. Die Korrelationen wurden besser, wenn Zeitintervalle im 10er-Jahresmaßstab betrachtet wurden und die Daten entsprechend gefiltert wurden. Eine bedeutende Beeinflussung der NAO durch die Sonne wurde auch in etlichen anderen Studien bereits nachgewiesen. 

weiter lesenNeue Finnische Studie belegt Kopplung zwischen Sonne und NAO sowie NAO und Temperatur

Heute wagen wir uns einmal an die vorderste Front der Forschung und möchten eine Idee des Öko-Modellierers David Stockwell vorstellen, der sich Gedanken gemacht hat, in welcher Weise die Sonnenaktivität auf das Klima wirken könnte. Vorab sei gesagt, dass seine Gedanken noch rein spekulativ sind und momentan nur in Form von zwei unveröffentlichten Manuskripten vorliegen (Stockwell 2011a und Stockwell 2011b). Außerdem kann man hierzu Beiträge in Stockwells Blog Niche Modelling lesen.

Ausgangspunkt ist die Tatsache, dass sich die Gesamt-Sonnenstrahlung (Total Solar Irradiance, TSI) nur im Zehntelprozent-Bereich ändert, was nur sehr geringe Temperaturänderungen hervorrufen würde, wenn allein der direkte TSI-Effekt wirken würde. Da sich in den geologischen Daten der vergangenen 10.000 Jahre jedoch eine kräftige solare Steuerung des Klimas nachweisen klar läßt, muss es einen oder mehrere Effekte geben, die als Solarverstärker auftreten. In unserem Buch „Die kalte Sonne“ haben wir in Kapitel 6 die UV- und kosmischen Strahlungsverstärker detailliert beschrieben.

Stockwell beschäftigt sich in seinem Modell nur mit der Gesamt-Sonnenstrahlung. Er weist zu recht darauf hin, dass zwei Drittel der Erdoberfläche von Ozeanen bedeckt sind und diese auf Wärmezufuhr sehr träge reagiert. Das heißt aber auch, dass Energie, die die Sonne in den Ozean einstrahlt, nicht sofort wieder vollständig verloren geht, wenn die Einstrahlung wieder nachlässt. Thermische Gleichgewichte stellen sich zudem sehr langsam ein. Hierauf haben wir auch in unserem Buch „Die kalte Sonne“ auf S. 116-119 hingewiesen. So hielt der starke Sonnenzyklus Nummer 19 um 1960 nur eine 11-Jahresperiode an bevor die Sonnenaktivität in Zyklus 20 wieder drastisch zurückging. Die Zeit war dabei einfach viel zu kurz, als dass sich im trägen Klimasystem ein Gleichgewicht zur hohen Sonnenaktivität des 19. Zyklus hätte einstellen können.

Stockwell sieht den Ozean als einen großen Wärmespeicher, der im Laufe der Zeit die eingestrahlte Sonnenenergie als Wärme akkumuliert. Er nennt sein Modell daher „solares Akkumulationsmodell“. Anstatt die TSI-Werte normal in einer Kurve aufzutragen, wählte Stockwell daher eine kumulative Darstellung, wobei er TSI-Anomaliewerte von Jahr zu Jahr einfach addierte. Stück für Stück würde sich der Ozean in Richtung Gleichgewicht bewegen.

Die Überraschung war groß, als er die kumulative TSI-Kurve mit der real gemessenen Temperaturkurve verglich. Die Ähnlichkeit war so enorm, dass sein Modell 76% der Temperaturentwicklung der letzten 60 Jahre nachbilden konnte, wenn er auch kurze vulkanische  Abkühlungseffekte zusätzlich einbezog (siehe Abbildung 1). Die Temperaturen korrelierten mit der akkumulierten, integrierten Sonnenstrahlung dabei sehr viel besser als mit der einfachen, direkten Strahlung der Sonne.

Abbildung 1: HadCRUT-Temperaturen (schwarz), kumulative Sonnenstrahlung/TSI (blau), kumulative Sonnenstrahlung plus Vulkane (rot). Aus Stockwell (2011a).

weiter lesenFood for Thought: Klimawirkung der Sonne durch Akkumulation der Sonnenenergie im Ozean?

Einer der großen, verborgenen Diskussionspunkte der Klimadebatte ist die Rolle der Wolken. Wolken sind der Sonnenschirm der Erde, und sie hindern einen großen Teil der Sonnenstrahlung daran, auf die Erdoberfläche zu gelangen und dort ihre Wärmewirkung zu entfalten. Eine Änderung der Wolkenbedeckung um nur wenige Prozentpunkte hat signifikante klimatische Auswirkungen, das ist klar.

Da ist es interessant, einmal auf die Entwicklung der globalen Wolkenbedeckung der letzten 30 Jahre zu schauen (Abbildung 1). In diesen Zeitraum fällt auch ein Teil der letzten Haupterwärmungsphase 1977-2000, während der sich die Erde um ein halbes Grad erwärmt hat (Abbildung 2). Das Ergebnis ist überraschend – aber eigentlich irgendwie auch wieder nicht. Die Daten zeigen nämlich, dass die Wolkenbedeckung just im Moment der Haupterwärmungsphase spürbar zurückgegangen ist, so dass mehr Sonnenenergie den Erdboden erreichen konnte. Es stellt sich sogleich die Frage nach Henne und Ei. Waren die ausgedünnten Wolken möglicherweise der Grund für die Erwärmung? Oder hat die Erwärmung zu Veränderungen in der Atmosphäre geführt, die dann zu einer verminderten Wolkenbedeckung geführt haben?

Zwischen den beiden Möglichkeiten liegen ganze Klimawelten. Viele Klimarealisten sehen die Sonnenaktivität via kosmische Strahlung und Wolkenkondensationskeime als Wolkenregisseur. Weltklimaratsanhänger hingegen sehen das CO₂ als Haupterwärmungsantrieb an, wobei die zunehmende Wärme die Wolkendecke angeblich verringern soll. Im Klimarealisten-Fall würde CO₂ nur eine untergeordnete Rolle spielen, während die Wolken im IPCC-Fall einem positiven Rückkopplungsprozess für CO₂ entsprechen würden, was (zusammen mit Wasserdampft als starkem Treibhausgas) die Klimawirkung des CO₂ signifikant verstärken würde.

Abbildung 1: Globale monatliche Wolkenbedeckung 1983-2009. Insgesamt ist im Zeitraum eine Abnahme der Wolkendecke um mehrere Prozent zu erkennen. Überlagert ist eine Schwingung, die offenbar eng mit dem 11-Jahres-Sonnenfleckenzyklus verbunden ist. So fällt zum Beispiel das Wolkenmaximum 1987 in ein Minimum der Sonnenaktivität und das Wolkenminimum um 2000 in ein Sonnenmaximum. Abbildung von climate4you.com nach The International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP) 

weiter lesenErwärmung durch weniger Wolken oder weniger Wolken durch Erwärmung?