De invloed van variaties van zonneactiviteit op het

De invloed van variaties van
zonneactiviteit op het klimaat
Rob van Dorland, KNMI
HOVO cursus klimaat
UU, 26 oktober 2009
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
M
O
H = Homerisch minimum
- - - Korte05
_ Solanki04
S
W
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.)
Veranderingen in
Circulatiepatronen
(Max. – Min.)
Waarnemingen ondersteunen
het beeld van circulatieveranderingen: zuidwaartse
verschuiving van depressiebanen
(Brown & John, 1978)
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%
Langetermijn zonneforcering
Lean, 2005
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 1e helft van de 20e eeuw worden toegeschreven
aan zonneactiviteit.
Hoewel (de magnetische) zonneactiviteit in de 20e 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.