De invloed van variaties van zonneactiviteit op het klimaat

De invloed van variaties van zonneactiviteit op het klimaat

HOVO cursus klimaat UU, 26 oktober 2009

Rob van Dorland, KNMI

Onderwerpen lezing

  Rol van de zon op het klimaat

  Effect van variaties van zonneactiviteit op klimaatverandering:

  De veranderlijke zon

  Mechanismen klimaatinvloed

  Aanwijzingen invloed zon

Verdeling stralingsenergie aarde

Inkomende zonne-energie in equinox situatie

Geografische verdeling warmteoverschot

Warmtemotor en circulatie

Algemene circulatie

Solar Induced Climate Change, (Scientific Assessment, 2006)

  Solar variability influencing climate:

Prof. dr. C. de Jager, KNIOZ (SRON)

  Solar forcing of climate: evidence from the past:

dr. G.J.M. Versteegh, KNIOZ, Univ. Bremen

  The solar-terrestrial link from a climate point of view:

dr. R. van Dorland, KNMI

Probleem Analyse

  Welke zonneparameters zijn relevant voor klimaatverandering?

  Wat zijn de fysisch/chemische mechanismen?

  Hoe gevoelig is het klimaat systeem voor veranderingen op de zon?

  Gevoeligheid voor stralingsperturbaties

  Versterkende mechanismen

  Mondiale versus regionale respons

VERANDERING OP KORTE TERMIJN – ZONNEVLEKKEN Leven uren tot dagen, soms weken; magnetische velden met sterkten van ca. 10.000 maal aardmagnetisch veld (De Jager, 2006)

OMRINGEND AKTIEF GEBIED

Leeft maanden. Lussen: elektrische stromen van miljarden Ampères; verhitting door dissipatie van magnetisme; daardoor UV straling (De Jager, 2006)

Nabij vlek: zonnevlam.

Duur: minuten. Heet plasma van ca. 50 miljoen graden. Gemiddelde energie-uitstoting ≈ een miljard Hirojima bommen (De Jager, 2006)

Ook geassocieerd: Coronale Massa Emissie.

Gemiddelde energie per CME: ca. tien miljard Hirojima bommen (De Jager, 2006)

Solar Cycles

  Schwabe cycle (sunspots, ~11 years)

  Hale cycle (magnetic, ~22 years)

  Gleissberg cycle (~86 years)

  Suess and de Vries cycles (~206 years)

  Hallstadt cycle (~2300 years)

Zonnevlekken getallen

Wolf (gestreept) en Groep (getrokken)

Historische reeksen

H = Homerisch minimum

H

O

W S M

- - - Korte05 _ Solanki04

Mogelijke

beïnvloeding klimaat door

zonneactiviteit:

1. Variaties in totaal

uitgestraalde energie 2. UV variaties

3. Variaties kosmische

straling

Korte termijn variaties

  Verandering lichtkracht tussen minimum en maximum: ca 0.08% leidt tot mondiaal gemiddelde

temperatuurfluctuaties van hooguit 0.05 graden

  Verandering UV-straling tussen minimum en maximum leidt tot ozonveranderingen van enkele procenten in stratosfeer en genereert vooral circulatieveranderingen

  Fluctuatie kosmische straling resulteerde in veranderingen bewolking tussen 1984-1991 (minder dan 1 cyclus):

analysemethode is bekritiseerd

Metingen:

a) zonnevlekken

b) magnetische activiteit c) kosmische straling

d) lichtkracht e) temperatuur

bron: Lockwood & Froehlich, 2007

Ozonvariaties stratosfeer (Max. – min.)

Waarnemingen ondersteunen het beeld van circulatie-

veranderingen: zuidwaartse

verschuiving van depressiebanen (Brown & John, 1978)

Veranderingen in Circulatiepatronen

(Max. – Min.)

DE HELIOSFEER:

Meer of minder gevuld met gemagnetiseerd zonneplasma;

door magnetische afscherming beïnvloedt dit de intensiteit van op aarde ontvangen kosmische straling

Zonnevlekken en Magnetische index (aa)

Cosmische Straling – Bewolking

(Svensmark & Friis-Christensen, 1997)

Evaluatie Svensmark Hypothese

Indirecte mechanismen:

TSI + UV variaties

  TSI -> Oceaan temperatuur subtropen

  UV -> ozon -> windverandering stratosfeer ->

verandering subtropisch hogedrukgebied

  TSI+UV -> stabiliteit -> bewolking subtropen

Variaties kosmische straling (CRI)

  CRI -> verandering ionenconcentratie hoge atmosfeer -> ozonverandering stratosfeer ->

verandering windpatronen troposfeer

Invloed zon uit lineaire regressie

Langetermijn zonneforcering Maunder Minimum - nu

  Magnetische activiteit van de zon - zichtbaar in de aa-index (magneetveld nabij aardoppervlak)

  Magnetische activiteit van de zon/heliosfeer - fluctuaties in kosmische straling - kosmogene isotopen

  Vergelijking variabiliteit zon-achtige sterren (vooral Ca emissies)

  Modellering lichtkrachtvariaties: zonnevlekken getallen en lengte van zonnevlekkencyclus

  Oude reconstructies: ΔS₀ = 0.15 - 0.4%

  Nieuwe reconstructies: ΔS₀ = 0.11 - 0.2%

Lean, 2005

Langetermijn zonneforcering

Attributie temperatuurreconstructies aan zonneforcering

Richting een nieuw Maunder Minimum?

Komende decennia

  Vanuit de astrofysica komen steeds meer signalen dat de zon in de komende decennia inactief zal blijven

  Gevolg: afkoeling, maar hoeveel?

  Sceptici: nieuwe Kleine IJstijd in aantocht

  Wetenschap: een mondiale afkoeling van circa 0.2°C (maximaal 0.5°C) over enkele decennia

  Vanwege de geschatte menselijke invloed van circa 0.2°C per decennium wordt in dit geval een tempering van de temperatuurstijging verwacht

Conclusies

  Kwantificering van het klimaateffect door langetermijn variaties van zonneactiviteit is/blijft problematisch.

  Volgens de huidige inzichten is de bandbreedte van de mondiale

temperatuurtrend van MM tot nu 0.05 - 0.5°C (beste schatting: 0.2°C)

  Waarschijnlijk kan een deel (circa 0.1°C) van de waargenomen

temperatuurstijging in de 1^e helft van de 20^e eeuw worden toegeschreven aan zonneactiviteit.

  Hoewel (de magnetische) zonneactiviteit in de 20^e eeuw het hoogste niveau bereikte van de laatste 10,000 jaar, is de activiteit in de laatste 50 jaar

nagenoeg constant. De waargenomen temperatuurstijging sinds 1976 kan dan ook niet verklaard worden m.b.v. zonneactiviteit.

  Er zijn vooralsnog geen aanwijzingen dat kosmische straling een significante invloed op de temperatuur heeft.