Een bijdrage van Martijn van Mensvoort (volledige bron).
Dit is een vervolg op deel 2 hier.
IX – Discussie & conclusie
{IX-1} In deze studie is gebruik gemaakt van LISIRD TSI van de ‘Laboratory for Atmospheric and Space Physics’ (LASP) van de Universiteit van Colorado Boulder – de wereldleider op het gebied van ruimte onderzoek, inclusief metingen m.b.t. de zon: LASP omvat het zonnespectrum van 1 to 2400 nm. Geen enkel instrument kan de zonnestraling van röntgenstralen t/m infrarood meten, echter het ensemble van de LASP instrumenten kan dit wel. LASP is ook verantwoordelijk voor het SORCE) systeem, een door de NASA gesponsorde satelliet missie waarmee inkomende X-ray, ultraviolet, zichtbaar, bijna infrarood, en de totale zonnestraling (TSI) wordt gemeten.
Volgens de samenstellers zijn in de LISIRD TSI de meest realistische en actuele schattingen voor de zonnevariabiliteit van afgelopen 400 jaar verwerkt. Dit impliceert dat in de LISIRD TSI belangrijke correcties zitten verwerkt waarover in de loop der tijd consensus is ontstaan (de samenstellers presenteren o.a. een lijst met 78 zon gerelateerde datasets waarmee bij de LISIRD dus ook rekening is gehouden).
Voorafgaand aan dit onderzoek is in 2014 een zeer relevantie correctie ontstaan m.b.t. de “minimum-to-minimum trends during solar cycles 21-23“; deze correctie impliceert dat de invloed van de zon marginaal groter blijkt te zijn geweest in de laatste decennia van de 20ste eeuw dan in CMIP modellen in de periode 2010-2014 is verondersteld.
In 2016 hebben de samenstellers bovendien beschreven dat de LISIRD TSI consistent29 is met de data set van Wang (2005)30, welke met maar liefst 2 data sets (met en zonder ‘background’) prominent is vertegenwoordigd in de TSI reconstructie die het IPCC in 2013 in haar AR5 rapport31 heeft gepresenteerd. Dit verklaard waarom een vergelijking van de LISIRD TSI met gedateerde data sets, dan wel data sets waarin wordt gewerkt met ruwe TSI data, een ander beeld in het verloop kan opleveren; in de meeste gevallen zullen deze verschillen kunnen worden toegeschreven aan het ontbreken van correcties bij de andere data sets.
{IX-2} In het werk van Wang wordt een TSI reconstructie grafiek beschreven voor de periode 1716-1996 met een curve waaruit blijkt dat de activiteit van de zon in de loop van de 20ste eeuw vanaf de 1960s bij de maxima is toegenomen. Vreemd genoeg ontbreekt deze opwaartse trend in de weergave van het IPCC voor de reconstructie van Wang, zie figuur 17. Wel wordt in de IPCC versie van Wang met ‘background’ een patroon getoond waarbij de minima in de 21ste eeuw verder oplopen en op een recordniveau zijn beland. De IPCC versie van de data van Wang bevat tevens een reassessment uit 2008 waarbij de consensus TSI waarde is bijgesteld van 1365,4 W/m2 naar 1360,9 W/m2 – deze correctie impliceert dat de minimum TSI waarde sindsdien 4.5 W/m2 lager ligt dan voorheen werd verondersteld.
Figuur 17: TSI volgens Wang (2005) + de IPCC AR5 (2013) versie voor de data van Wang.
{IX-3} In de LISIRD TSI data zitten dus o.a. 2008 en 2014 correcties verwerkt; de data set wordt door de samenstellers als volgt beschreven:
Description – This historical TSI reconstruction is an “unofficial” series using corrections that are believed to reflect the most realistic and up-to-date estimates of solar variability over the last 400 years, such as the recent revisions to sunspot number records.{IX-4} Figuur 18 toont een beschrijving van de relatieve variatie voor 4 verschillende golflengtes op basis van de LISIRD TSI data set29.
Hieruit blijkt dat de variabiliteit binnen het spectrum bij UV licht (dit bevat een kortere golflengte dan visueel licht) relatief groot is (in de orde van ~10%); echter, UV licht betreft ongeveer slechts 0,01% van de TSI.
Figuur 18: Relatieve variatie binnen de zonnecyclus voor 4 verschillende golflengtes binnen de LISIRD TSI data set.
{IX-5} In paragraaf II is het natuurkundige mechanisme beschreven dat verantwoordelijk is voor het impact verschil tussen minima en maxima. Dit mechanisme heeft betrekking op zowel de frequentie, de amplitude en het aantal actieve regionen van de output. De minimum jaren gaan o.a. gepaard met lage frequentie drukgolven met een hoge amplitude, terwijl maximum jaren gepaard gaan met hoge frequentie drukgolven met een lage amplitude. Van zonnevlekken is bekend dat ze gepaard gaan met een afname in de output van zichtbaar licht (= laag frequent licht) in combinatie met een toename in de output van UV licht (= hoog frequent licht) – zie figuur 19.
Laagfrequent licht met een hoge amplitude dringt logischerwijs dieper door in de atmosfeer van de aarde dan hoogfrequent licht met een lage amplitude. Dit biedt enerzijds een (gedeeltelijke) verklaring voor de hoge correlatie tussen de stijgende minima in de zonnecyclus en de temperatuurstijging in de lagere atmosfeer van de aarde. Anderzijds is de stratosfeer van de aarde sinds 1979 afgekoeld; deze periode valt samen met het patroon van de dalende maxima in de zonnecyclus (rond de eeuwwisseling was nog wel sprake van een hogere maxima t.o.v. 1979). Het beschreven natuurkundig mechanisme lijkt een mogelijke verklaring aan te reiken voor de tegengestelde trends tussen enerzijds de temperatuurontwikkeling in de hogere en lagere atmosfeer van de aarde en anderzijds de dalende maxima- en stijgende minima in de output van de zon. Omdat onder invloed van UV licht afbraak plaats vindt van de ozonlaag [O3] kan deze in dit perspectief ook een sleutelrol spelen.
Afbraak van de ozon laag kan immers gepaard gaan met een aanvoer van zuurstof [O] vanuit de hogere atmosfeer, wat een rol kan spelen bij het ontstaan van meer koolstofdioxide [CO2] in de lagere atmosfeer. Ook de theorie die beschrijft dat CO2 verantwoordelijk is voor de afkoeling van de stratosfeer kan m.b.v. het eerder genoemde natuurkundige mechanisme worden weerlegd, ofschoon het al lang duidelijk is dat ozonafbrekende substanties (zoals CFKs) hiervoor verantwoordelijk zijn en niet broeikasgassen zoals CO2. De toename van UV zonnestraling heeft een bijdrage geleverd aan de afbraak van de ozonlaag – welke behoort tot het centrale deel van de stratosfeer. De zonnecyclus heeft ook een vertragend effect gehad op het herstel van de ozonlaag. De dikte van de ozonlaag toont een rechtevenredig verband met de temperatuur van de ozonlaag (lees: de temperatuur van de stratosfeer) en bovendien is de dikte van de ozonlaag afhankelijk van de zonnecyclus. In potentie biedt het natuurkundige mechanisme ook een onderdeel van de verklaring voor het ontbreken van de zogenaamde ‘hot spot‘ in de tropische troposfeer. Bovendien is ook m.b.t. de thermosfeer gerapporteerd dat de temperatuurdaling vooral het gevolg is van ozon afbraak; de invloed van broeikasgassen bij de afkoeling is niet detecteerbaar. Voor de thermosfeer geldt bovendien dat UV straling van de zon de dominante factor vormt wanneer geomagnetische activiteit (van de aarde zelf) op een laag niveau zit.
Figuur 19: NASA beschrijving voor de invloed van de zonnecyclus op diverse delen van het spectrum van de zonnestraling; links betreft: extreem lage UV, midden betreft: hoge UV, en rechts: zichtbaar licht.
{IX-6} Een onderdeel van de onbegrepen relatie tussen de activiteit van de zon en de temperatuurontwikkeling op aarde heeft betrekking op het volgende. Daar waar de variatie bij de TSI cyclus op basis van het gehele spectrum in de orde ligt van 0,1% van de totale output, wordt m.b.t. de output van de UV straling (zie figuur 18) een veel groter verschil aangetroffen – waarbij het percentage op kan lopen tot boven de 10%29. Er zijn indirecte aanwijzingen op basis van algen proxies32 waaruit blijkt dat de hoeveelheid UV straling in de 21ste eeuw op een bijzonder hoog niveau is beland. Dit verklaard tevens waarom UV (naast de invloed van kosmische straling) als één van de mogelijke factoren wordt herkend die een rol kan spelen bij het versterkend mechanisme voor de relatief kleine fluctuaties van de zon13. De overige 2 factoren die hiervoor in aanmerking komen zijn enerzijds de dynamiek rondom minder invloed van kosmische straling (t.g.v. de hogere activiteit van de zon) en anderzijds zonnewind, welke gepaard gaat met complexe variaties in de output van de zon. Dit impliceert: de TSI geeft geen totaalbeeld van de activiteit van de zon. De makers van de LISIRD TSI hanteren de volgende formule voor de variaties binnen de TSI in het verloop van de tijd (Q = basisniveau, F = zonnevlammen [faculae], S = zonnevlekken [sunspots])29:
T(t) = TQ + △TF(t) + △TS(t)
{IX-7} Deze formule toont tevens een basis voor de logica die is gebruikt in dit onderzoek voor de wijze waarop de ‘achtergrond zonnestraling’ [BSI] is berekend; immers, de BSI kan worden herkend als factor die in theorie een benadering vormt voor de combinatie van de TQ en de △TF(t).
{IX-8} Uit de analyse in dit artikel blijkt dat de TSI na een correctie waarbij de invloed van zonnevlekken grotendeels is verwijderd in combinatie met een fase correctie, een zeer hoge correlatie oplevert met de temperatuur: r = 0,98 [p=0,000]. De correlatie tussen CO2 en de temperatuur heeft een vergelijkbare hoge omvang: +0,97 [p=0,000]; echter, ook de correlatie tussen de zonnestraling en CO2 is bijzonder hoog met een omvang van +0,93 [p=0,000]. Vooral uit figuur 6, figuur 13 en figuur 16 blijkt dat de zon afgelopen 150 jaar een dynamiek toont met een oscillatie die in hoge mate overeenkomt met het verloop van de temperatuur. Ook in de laatste decennia wordt tussen beide een duidelijke parallel aangetroffen die weinig ruimte laat voor de invloed van CO2. De hoge correlatie in combinatie met de overeenkomstige oscillatie verklaart het temperatuurverloop in de kern geheel; beide perspectieven tonen ook een duidelijk parallel in de vorm van records. Tenslotte kan hierbij de dalende trend bij de maxima van de TSI in verband worden gebracht met de temperatuurdaling in de stratosfeer.
In paragraaf VII is beschreven dat de toename in de activiteit van de zon ook een (beperkte) rol heeft gespeeld bij de toename van CO2. Want de opwarming van het oceaan systeem heeft sinds 1850 een bijdrage geleverd van ongeveer 15% bij de toename van CO2. Mogelijk dat de zon indirect ook via andere fenomenen (zoals bijvoorbeeld UV en/of zonnewind) een nog grotere rol heeft gespeeld bij de stijging van CO2, doch hierover lijkt weinig bekend te zijn.
Wel is bekend dat de invloed van CO2 op de temperatuur tenminste t/m 1940 zeer beperkt is geweest. De impact kan getalsmatig pas vanaf de jaren ’80/’90 duidelijker zichtbaar zijn geworden. Daarom kan het correlationele verband tussen CO2 en de temperatuur over de periode 1850 t/m 1980 grotendeels als een spurieuse correlatie worden omschreven die primair is ontstaan op basis van de groei van de wereldbevolking – welke waarschijnlijk de basis vormt voor de “unprecedented” stijging van CO2 en de overige broeikasgassen sinds het begin van de industriële revolutie.
{IX-9} Fundamenteel bezien kan de gehele keten van oorzaak en gevolg als volgt worden beschreven:
1) De toename in de activiteit van de zon heeft sinds het Maunder minimum gezorgd voor een temperatuurstijging op aarde van bijna 1,5°C en een stijging van ongeveer 20 ppm CO2 (= ~14,7% van de totale CO2 groei).
2) De combinatie van de temperatuurtoename en meer CO2 heeft een positieve invloed gehad op de groei van zowel plantaardig voedsel (vergroening van de aarde) als dierlijk voedsel voor de mens.
3) De toename in de activiteit van de zon heeft dus ook een rol gespeeld bij de explosie in de omvang van de wereldbevolking. Via technologie, waartoe in een brede context ook landbouw en veeteelt mogen worden gerekend, wordt voedsel nu op een meer efficiente manier geproduceerd. Het is bekend dat de groei van landbouw en veeteelt een belangrijke rol speelt bij de toename van broeikasgassen, waarvan de meervoudige moleculen koolstofdioxide [CO2], methaan [NH4] en stikstofdioxide [N2O] het meest bekend zijn.
Uit dit onderzoek is gebleken waarom de invloed van CO2 op de temperatuur op basis van empirische gegevens in het klimaat systeem nog steeds niet duidelijk kan worden aangetoond. De invloed van de natuurlijke variabiliteit in de vorm van de combinatie van een oscillatie + een opwaartse trend die voor diverse records heeft gezorgd, blijkt de ontwikkeling van de temperatuur in principe geheel te verklaren. Bovendien blijkt uit alle bekende natuurlijke cycli (dag/nacht cyclus, seizoenen cyclus & ijstijden cyclus) dat CO2 de temperatuur volgt en niet andersom.
{IX-10} In paragraaf III is bij figuur 2 beschreven dat in het perspectief van de minimum jaren van de TSI de zon verantwoordelijk is voor tenminste 75% tot 95% van de temperatuurstijging. In paragraaf VII is op basis van de gemiddelde waarden tijdens een magnetische cyclus duidelijk geworden dat de bovengrens tot 100% reikt, echter de hierbij gebruikte rekenmethode toont voor de periode vanaf 1996 een minder nauwkeurig beeld t.g.v. de fase-correctie. De diverse records tijdens de 2010s bij zowel de TSI als de BSI bevestigen dat de laatste decennia sprake is van omstandigheden bij de zon die gepaard gaan met een uitzonderlijk hoge interne magnetische activiteit. Dit blijkt ook o.a. uit zonnevlekken, die ontstaan t.g.v. de toroïdale magnetische component. Op basis van zonnevlekken kan bovendien worden gesteld dat de omstandigheden bij de zon zelfs uitzonderlijk mogen worden genoemd in het perspectief van de afgelopen 8.000 jaar.
{IX-11} In termen van de stralingsforcering wordt door Shaviv beschreven dat de versterkende factor m.b.t. TSI fluctuaties in de orde van 5 tot 7 ligt24. De implicatie van een grote impact van de zon wordt samengevat door Shaviv in een recente VIDEO presentatie (april 2018), waarbij ongeveer de helft tot 2/3 van de temperatuurstijging in de 20ste eeuw wordt toegeschreven aan de zon en de klimaatgevoeligheid wordt daarom ingeschat op respectievelijk een waarde tussen 1,5°C en 1,0°C. Dit verklaart tevens waarom het IPCC vast is blijven houden aan een bandbreedte met een ondergrens van 1,5°C; want een lagere waarde veronderstelt dat de impact van de natuurlijke variabiliteit hoger is dan 50%.
Sinds het Maunder minimum is de LISIRD TSI gestegen met gemiddeld ongeveer 1 W/m2; via een versterkende factor van 8,75 tot 10 (zie paragraaf VI) levert dit een impact op die kan worden vergeleken met een waarde van 8.75 tot 10 W/m2. Bij de BSI ligt de omvang van de versterkende factor hoger met een omvang in de orde van 8/5 van de TSI waarden; dit resulteert voor de BSI in een impact waarde van 14 tot 16 W/m2. De omvang van deze getallen mag groot lijken op het eerste gezicht, maar ligt bijvoorbeeld wel bijna een factor 10 lager dan de versterkingsfactor die nodig is voor een significante impact van UV fluctuaties (welke een significante rol spelen bij de veel grotere afkoeling van de stratosfeer – t.o.v. de opwarming van opwarming van de lagere atmosfeer).
Voor CO2 wordt het uitgangspunt gebruikt dat de stralingsforcering op basis van een verdubbeling van CO2 in de orde ligt van 3,7 W/m2. Sinds 1650 is de CO2 gestegen van ongeveer 276 ppm naar gemiddeld ongeveer 412 ppm in 2019 wat overeenkomt met een stijging van bijna 49,3%; dit resulteert in een stralingsforcering van bijna 1,82 W/m2. Deze waarde ligt in de orde van 11.4% tot hooguit 13.0% van de impact van de zon op basis van de versterkingsfactor bij de BSI. Bij de TSI levert de combinatie met de versterkingsfactor voor CO2 een impact van 18,2% tot 20.8%. Op basis van de versterkende factor voor het perspectief van de BSI kan worden geconcludeerd dat de zon verantwoordelijk is voor ruim 87% tot 88,6% van de opwarming sinds het Maunder minimum. Daarnaast is in paragraaf III op basis van de minimum jaren een percentage beschreven met een bandbreedte tussen ruim 75% en 95% en in paragraaf VI is een bandbreedte beschreven met een benedengrens van 57% (op basis van een weinig realistische aanname) en een bovengrens van 100%. De combinatie van deze 3 perspectieven levert een gemeenschappelijke bandbreedte op waarbij het percentage voor de invloed van de zon kan variëren tussen de 87% en 88,6%, wat op basis van een stabiele versterkende factor bij de BSI voor de periode vanaf 1650 ruimte laat voor een klimaatgevoeligheid met een waarde van gemiddeld ongeveer maximaal 0,39°C (dit betreft de bovengrens van de bandbreedte 0,39°C tot 0,34°C die is gebaseerd op de genoemde percentages). Op basis van het midpoint van de 3 beschreven bandbreedtes (~83,8%) wordt voor de klimaatgevoeligheid een gemiddelde waarde gevonden die ongeveer 0,1°C hoger ligt: maximaal ~0,49°C. De term ‘maximaal’ wordt hier gebruikt omdat naast de invloed van de zon en CO2 in potentie ook andere factoren hierbij een rol kunnen spelen – zoals de impact van schonere lucht en andere broeikasgassen.
{IX-12} In een overzicht van 142 klimaatgevoeligheid studies wordt bij 2 studies een waarde lager dan 0,5°C gerapporteerd, waaronder een studie van Specht et al. (2016)33 waarin een klimaat sensitiviteit van 0,4°C wordt gerapporteerd op basis een mathematisch model dat is gericht op thermodynamica in combinatie met wolken (de zon speelt hierbij geen rol). Aanvullend kan hierbij worden vermeld dat op basis van onderzoek dat is gericht op het emissiespectrum van CO2 in combinatie met de jaarlijkse wolkenbedekking een nog lagere klimaatsensitiviteit is aangetroffen: maximaal 0,2°C (van den Beemt, 2019).
{IX-13} Wanneer geen rekening wordt gehouden met de versterkende factor voor de invloed van de zon dan ontstaat de indruk dat de invloed van CO2 op basis van theoretisch gronden relatief groot is. Op basis van een zeer sterke correlatie tussen de BSI en de temperatuur, die beide gepaard gaan met een overeenkomstige dynamiek in de vorm van een soortgelijke oscillatie plus recente records, kan worden geconcludeerd dat het niet realistisch is om geen rekening te houden met een (forse) versterkende factor die representatief is voor de impact van de zon.
{IX-14} In de introductietekst is gerefereerd naar een beschrijving van het Max Planck Instituut (2004)3 waaruit blijkt dat de activiteit van de zon afgelopen decennia gemiddeld op record niveau is beland voor de afgelopen 8.000 jaar. Ter illustratie worden hieronder 2 grafieken getoond die zijn gebaseerd op isotopen die als proxy worden gebruikt voor de activiteit van de zon; beide grafieken tonen een verloop met de vorm van een ‘hockeystick’.
Figuur 20: Zonnevlekken proxies tonen grafieken met de vorm van een ‘hockeystick’34.
{IX-15} In figuur 20 toont de bovenste grafiek boven de stippellijn een beeld waaruit blijkt dat sinds 1930 sprake is geweest van hoge activiteit op basis van zonnevlekken, terwijl in de 19de en 18de eeuw dat niveau van activiteit nooit langer dan 2 decennia op rij stand hield. Overigens, figuur 11 levert een vergelijkbaar beeld op, met het verschil dat bij de TSI een beeld wordt aangetroffen waarbij in de 19de eeuw sprake is van verhoogde activiteit gedurende een aaneengeschakelde periode van 50 jaar. Op basis van de LISIRD TSI kan deze periode exact worden vastgesteld: 1826-1876 (bij de BSI gaat het om de periode 1827-1876). Hiermee kan worden verklaard waarom de afname in de activiteit van de zon in de periode van de 1950s t/m de 1970s relatief weinig impact heeft gehad op de temperatuur. Immers, ondanks de flinke daling die wordt waargenomen bij de maximum jaren bleef de daling bij de minimum jaren steken op een niveau ruim boven de 1360,75 W/m2. De daling van de temperatuur tussen 1944 en 1976 kan deels zijn ontstaan vanuit het oceaan systeem zelf – waarbij interne cycli ook een rol kunnen hebben gespeeld. T.g.v. het voortdurende hoge niveau van de activiteit van de zon bleef de neerwaartse temperatuur druk hierbij beperkt. De PAGES 2k proxies tonen in figuur 11 een beeld waaruit geenszins blijkt dat afkoeling tijdens het einde van de 19de eeuw en het begin van de 20ste eeuw meer impact had dan de afkoeling in de 2de helft van de 20ste eeuw. Mogelijk is de impact van de afkoeling bij de instrumentele metingen op basis van de HadCRUT4 tussen 1878 en 1911 enigszins overschat met een temperatuurdaling van maar liefst -0,58°C. Tussen de jaren 1880 en 1911 zit bijvoorbeeld een temperatuurverschil van slechts -0,32°C (dus niet veel meer dan ruim de helft van -0,58°C). Het jaar 1878 kan bij de HadCRUT4 temperatuur reeks worden herkend als het jaar met de grootste afwijkende waarde t.o.v. de omringende jaren. Bij de GISSTEMP v4 van de NASA wordt bijvoorbeeld tussen 1881 en 1909 een temperatuur verschil van -0,41°C aangetroffen terwijl tussen 1944 en 1964 een verschil met een vergelijkbare omvang wordt aangetroffen: -0,40°C. Kortom, op dit punt tonen de PAGES 2k proxies een beeld dat meer in overeenstemming is met de GISSTEMP v4 dan met de HadCRUT4. Dit doet vermoeden dat de temperatuurmetingen voorafgaand aan 1880 mogelijk minder betrouwbaar zijn – ofschoon de HadCRUT4 voor de periode voorafgaand aan 1880 wel een beeld toont dat iets meer in overeenstemming is met de zon dan bij de PAGES 2k proxies het geval is.
{IX-16} Een vergelijking tussen de in figuur 20 getoonde proxies voor zonnevlekken en de in figuur 21 getoonde PAGES 2k proxies op basis van ruwe temperatuur gerelateerde data, levert een duidelijk parallel op: zowel de proxies voor de zonnevlekkken als de proxies voor de temperatuur tonen een grafiek in de vorm van een ‘hockeystick’ waarbij het blad als het ware boven het handvat uitsteekt. Een relevant aspect vormt dat bij alle drie de grafieken het dieptepunt vlak voor het jaar 1700 wordt aangetroffen. Bovendien kan worden vastgesteld dat het blad van de hockeystick bij de proxies voor de zonnevlekken relatief ver boven het handvat uitsteekt, want de punt van de hockeystick ligt hierbij ruim 2x hoger dan de bandbreedte in de periode tussen het jaar 800 en het jaar 1700. Bij figuur 21 is het beeld optisch wel wat vertekent doordat enkel in deze grafiek een beeld wordt getoond op basis van de individuele jaren. Een nadere bestudering van de grafiek maakt wel duidelijk dat de punt van de hockeystick op basis van het 10-jarig gemiddelde niet veel meer dan een kwart hoger zal liggen t.o.v. de bandbreedte in de periode 800-1700. Dit beeld wordt nog nadrukkelijker bevestigd voor de PAGES 2k proxies voor de periode 0-2000.
Figuur 21: PAGES 2k proxies (2013) op basis van ruwe temperatuur anomalie waarden – gebaseerd op het gewogen gemiddelde over 7 continenten (inclusief de noordpool, alleen het continent Afrika ontbreekt t.g.v. een gebrek aan data in de betreffende studie17). De grafiek voor de periode vanaf het jaar 0 tot 2000 is HIER beschikbaar.
{IX-17} Een ander opvallend aspect is dat in de grafieken voor de periode tussen het jaar 800 en 2000 zowel bij de zonnevlekken proxies als bij de temperatuur proxies een dip wordt aangetroffen bij 3 periodes: rond 1820 (= Dalton minimum), vlak na 1900 (= moderne minimum) en tenslotte rond 1965 (= recente minimum). Dit levert bovendien een duidelijke parallel op m.b.t. de bodem fases van de 66-jarige cyclus die bij de HadCRUT4 bij de jaren 1911 en 1976 worden aangetroffen. Op basis van zonnevlekken laat de combinatie van figuur 19 en figuur 20 ogenschijnlijk weinig ruimte voor twijfel over de bepalende rol van de toegenomen activiteit van de zon bij de temperatuurstijging die reeds in de 2de helft van de 17de eeuw vanaf het Maunder minimum is begonnen. De HadCET temperatuur grafiek voor Centraal Engeland (zie rode lijn in figuur 8) toont bovendien op basis van instrumentele metingen via het meerjarige gemiddelde een beeld waaruit blijkt dat de snelheid van de temperatuurstijging in de decennia vlak na het Maunder minimum zelfs duidelijk hoger is geweest dan in de periode na 1976.
{IX-18} Figuur 22 laat zien dat de multi-decennia cyclus in alle mondiale temperatuur series ook duidelijk zichtbaar is binnen het perspectief van de maandwaarden. In combinatie met de HadCRUT4 en de PAGES 2k proxies kan bovendien worden gesteld dat de multi-decennia cyclus zich bij zowel de HadCRUT4, de GISSTEMP (NASA) en de GHCN (NOAA) heeft aangediend bovenop een stabiele opwaartse helling 35. Er lijkt geen sprake van een duidelijk gegronde reden om het bestaan van de 66-jarige cyclus in twijfel te trekken. In dit onderzoek is onmiskenbaar vastgesteld dat de 66-jarige cyclus in verband kan worden gebracht met een vergelijkbare oscillerende beweging in de activiteit van de zon die zich bij de TSI vooral openbaart in het perspectief van de minima.
Figuur 22: 1880-2011 KNMI climate explorer grafieken voor de maandwaarden van de HadCRUT4, GISSTEMP (NASA) & GHCN (NOAA)35. Ter referentie: bij de HadCRUT4 maandwaarden ligt de temperatuur anomalie van afgelopen maand (oktober 2019) op een gemiddelde waarde van +0,751°C; dit is -0,012°C lager dan in februari 1998 toen de waarde op +0,763°C is beland. In bovenstaande illustratie pieken de grafieken ook alle drie in februari 1998. De hoogste maandwaarde tot nu toe werd bij de HadCRUT4 in februari 2016 geregistreerd: +0,111°C. Tussen januari 1850 en oktober 2019 is in totaal slechts 3x een maandwaarde hoger dan 1.000°C geregistreerd. Dit gebeurde enkel tijdens de laatste sterke El Niño ongeveer 4 jaar geleden; dit betreft de maanden (van hoog naar laag): februari 2016, maart 2016 en november 2015.
Figuur 23: Temperatuur vs. zowel de lengte van de zonnevlekkencyclus als het aantal zonnevlekken (1991)26.
{IX-19} In de eerder genoemde lezing op de website van het KNMI (zie o.a. de introductie van dit artikel) wordt gesuggereerd dat de Gleissberg-cyclus vooral betrekking heeft op de lengte van de zonnecyclus. Echter, in 1991 was al duidelijk geworden dat ook op basis van het aantal zonnevlekken een duidelijke relatie met de temperatuur kan worden beschreven 22,36. Figuur 23 en figuur 24 tonen enkele illustraties waarin de relatie tussen de Gleissberg- cyclus en de multi-decennium cyclus op aarde op basis van zonnevlekken wordt beschreven.
Figuur 24: Temperatuur vs. cumulatieve zon anomalie (2011) 36.
{IX-20} Het is ook belangrijk om vast te stellen dat de Gleissberg-cyclus een cyclus betreft die betrekking heeft op de zon; het is dus geenszins vanzelfsprekend dat de lengte van de Gleissberg-cyclus overeenkomt met de multi-decennia cyclus in het klimaat systeem op aarde. Desondanks is in paragraaf VI vastgesteld dat in het verloop van de minima bij de LISIRD TSI vanaf 1890 een duidelijk patroon wordt aangetroffen in de vorm van een opeenvolging van 3 opwaarts gerichte minima, gevolgd door 3 neerwaarts gerichte minima; daarna heeft dit patroon zich heeft herhaald t/m de 2de helft van de 2010s. Op basis van dit eenvoudige patroon mag voor de komende 3 zonnecycli (dit betreft de periode t/m 2050) rekening worden gehouden met een neerwaarts gericht vervolg onder invloed van de Gleissberg-cyclus. Nadat in paragraaf II duidelijk is geworden dat vooral m.b.t. de minimum jaren in de 11-jarige zonnecyclus een hoge correlatie met de temperatuurontwikkeling op aarde kan worden verwacht, mag daarom ook rekening worden gehouden met een meer neerwaarts gerichte temperatuur trend voor de periode t/m 2050.
{IX-21} De te verwachten negatieve temperatuur trend kan ook uit figuur 25 worden afgelezen. Figuur 25 toont o.a. dat de kosmische baan van de zon rond het barycentrum reeds in het jaar 2022 in beide perspectieven (zowel bij de snelheid als het impuls-moment) het hoogste punt bereikt van de 21ste eeuw. Bovendien valt in de illustratie van Scafetta37 op dat in het huidige decennium de hoogste minimum fase in de cyclus van de snelheid werd bereikt en dat rond 2030 meteen de laagste fase gaat worden bereikt. Dit betekent dat komend decennium zeer waarschijnlijk veel meer duidelijkheid zal gaan ontstaan over de rol van de zon bij de temperatuurontwikkeling op aarde.
Figuur 25: Multi-decennia cyclus in zowel de snelheid als het impuls-moment/afstand van de zon rond het barycentrum37.
{IX-22} In de wetenschappelijke literatuur wordt de Gleissberg cyclus veelal omschreven als een quasi-cyclus omdat deze wordt gevormd bovenop de 11-jarige oscillatie. M.b.t. de exacte duur van de Gleissberg cyclus worden in de wetenschappelijke literatuur beschrijvingen aangetroffen die variëren van 65-130 jaar. Eén van de complicaties hierbij vormt het feit dat naaste de ~22-jarige magnetische cylcus bij de zon ook een ~20-jarige cyclus wordt aangetroffen welke is gerelateerd aan de snelheid van de zon rond het barycentrum. Figuur 20 toont links in de kleine grafieken voor de kosmische beweging van de zon rond het barycentrum hoe de grafieken van de afstand/impuls-momentum (boven) & snelheid (onder) zich ontwikkelen tot aan het jaar 2100. De grote grafiek rechts in figuur 25 toont een zeer regelmatige 60-jarige quasi-cyclus bij het toppen patroon van de snelheid plus; dit levert ook een duidelijke parallel op met het verloop van de temperatuur op aarde op basis van een 15-tot-25 jarig voortschrijdend gemiddelde37. De lengte van deze stabiele 60-jarige cyclus is net te kort van duur om in verband te kunnen worden gebracht met de Gleissberg cyclus. Hieruit blijkt dat bij de zon naast de 11-jarige zonne(vlekken)cyclus, de 22-jarige magnetische zonnecyclus en Gleissberg cyclus, ook andere multi-decennium cycli met een iets lagere frequentie een rol spelen. In de bijlage toont figuur B1 een gedetailleerde indruk van het verloop van diverse van deze cycli voor de periode vanaf 1976.
{IX-23} De geschiedenis leert ons dat ruim 400 jaar geleden door Johannes Kepler al de eerste beschrijvingen zijn gepresenteerd waarin wordt gespeculeerd over de invloed van oscillaties van ~20 jaar en ~60 jaar op het klimaat38. Kepler beschreef met zijn ‘Trigon’ dat de conjunctie tussen de planeten Jupiter en Saturnus iedere 19,86 jaar ontstaat, waarbij de verschillende conjuncties in de beweging rondom de zon zich onder een hoek van 242.8° aandienen – zie figuur 26. Video 1 in de bijlage toont dat de buiten planeten Jupiter en Saturnus samen met Uranus en Neptunus bepalend zijn voor de baan van de zon rondom het barycentrum.
Figuur 26: Het trigon van Kepler uit ‘De Stella Nova’ (1606)38.
{IX-24} In dit onderzoek is duidelijk geworden dat bij het bestuderen van de relatie tussen de activiteit van de zon en de temperatuur op aarde rekening moet worden gehouden met de fase van 22-jarige magnetische zonnecyclus. Bovendien dient ook rekening te worden gehouden met fase verschillen die kunnen ontstaan t.g.v. ophoping van warmte in het oceaan systeem.37 De 66-jarige cyclus in het klimaat systeem van de aarde correspondeert bij de TSI vanaf 1890 in hoge mate met de minimum jaren van de 11-jarige zonnecyclus. Op basis van de gemiddelde waarden gedurende een magnetische zonnecycli die beginnen bij de minima is voor de periode 1867-2017 een correlatie beschreven van 0,98 [p=0,000].
{IX-25} De lat mag daarom hoog worden gelegd: van klimaatmodellen mag worden verwacht dat ze in staat zijn om de 66-jarige cyclus in het klimaat systeem op aarde te reproduceren. Wanneer klimaatmodellen de 66-jarige cyclus niet kunnen reproduceren, dan kan dit als een indicatie worden herkend dat zowel de invloed van de zon als ook de invloed van de opwaartse fase van de 66-jarige cyclus wordt onderschatten. Van klimaatmodellen die hier niet toe in staat zijn, kan worden verwacht dat ze de opwarming voor komende decennia (fors) zullen overschatten, omdat deze modellen onvoldoende rekening houden met natuurlijke variabiliteit t.g.v. de neerwaartse fase in de Gleissberg cyclus van de zon. Typerend voor deze klimaatmodellen is dat hierbij een klein gewicht aan de zon wordt toegekend in combinatie met een groot gewicht voor de invloed van zowel broeikasgassen als aerosolen. Het is dan ook logisch dat de samenstellers van dergelijke klimaatmodellen zullen claimen dat ze de opwarming niet kunnen verklaren op basis van de natuurlijke variabiliteit – echter, dit kan primair worden herkend als een direct gevolg van keuzes die de makers hebben gemaakt bij de constructie van deze modellen.
{IX-26} De invloed van zowel de ENSO cyclus (vertraagde ENS ONI) en aerosolen in de stratosfeer t.g.v. bijvoorbeeld vulkanisme (AOD) op de temperatuur is meegenomen in dit onderzoek. Echter, beide factoren zijn zoveel mogelijk buiten beschouwing gelaten om de analyse niet onnodig verder te compliceren. Beide factoren hebben overigens weinig impact op de beschreven correlaties tussen temperatuur en de zon. De invloed van de ENSO cyclus is beschreven in paragraaf V; AOD data is enkel vermeld in de Excel data file.
{IX-27} In de analyse van augustus 2019 werd op basis van de veronderstelling dat er sprake zou zijn van een regelmatige cyclus, de inschatting gemaakt dat de piekfase van de 66-jarige rond het jaar 2010 kon worden verwacht. In dit artikel is op basis van de ‘achtergrond zonnestraling’ [BSI] duidelijk geworden dat de piek zich in het perspectief van de zon pas in het jaar 2015 heeft aangediend (zie figuur 3); dit gebeurde één jaar voorafgaand aan het temperatuur recordjaar 2016.
BIJLAGE: ‘Hoe werkt de zonnecyclus?’
{B-1} Met satellieten wordt de magnetische activiteit van de zon sinds 1976 nauwkeurig gevolgd. De magnetische noord en zuidpool van de zon wisselen bij benadering iedere 11 jaar van polariteit. Dit proces verloopt bij beide polen synchroon met elkaar (afgezien van kleine faseverschillen t.o.v. elkaar in de orde van enkele maanden); wel duurt het meestal enkele jaren voordat het proces bij beide polen geheel is voltooid.
{B-2} In figuur B1 tonen de zwarte, blauwe en rode grafiek op basis van satellietmetingen hoe de magnetische cyclus van de zon zich sinds 1976 heeft ontwikkeld. Als illustratie voor het in paragraaf V beschreven faseverschil tussen de magnetische cyclus en de zonnevlekkencyclus is aan de onderzijde van figuur B1 ook de TSI weergegeven in de vorm van de gele curve.
{B-3} Figuur B1 toont ook twee andere cycli van de zon die beide betrekking op de beweging van de zon rond het zwaartekrachtcentrum van het zonnestelsel; dit betreft de snelheid & het impuls-momentum, welke beide oscillaties tonen met een duur in de orde van 20 jaar. De video onder figuur B1 beschrijft de kosmische oorsprong van de zonnecyclus. Tenslotte beschrijft figuur B2 de (in)directe relatie tussen de zonnevlekkencyclus en de quasi-cirkelvormige bewegingen van de zon rond het massamiddelpunt van ons zonnestelsel.
Figuur B1: Ontwikkeling van de kracht van het magnetische veld van de zon (WSO), plus: totale zonnestraling (LISIRD), impuls-momentum (Jose cyclus – McCracken) & snelheid (Scafetta, figuur 7a) betreffende de beweging van de zon rond het barycentrum.
VIDEO 1: Het barycentrum vormt het massamiddelpunt van ons zonnestelsel; in deze video wordt de beweging van de zon beschreven rond het zwaartekrachtcentrum onder invloed van de 4 grootste planeten (de aarde bevindt zich tussen jupiter en de zon).
Figuur B2: De beweging van de zon rond het barycentrum & de zonnevlekkencyclus (getoond als onderdeel van de TSI); in de afbeelding wordt een positie van de zon getoond waarbij het middelpunt samenvalt met het barycentrum (= snijpunt van de beide assen). De groene, oranje en rode cirkelvormige bewegingen corresponderen met 3 specifieke zonnevlekkencycli (= 3 halve magnetische cycli).
TOELICHTING op de combinatie van video 1 & figuur B2:
{B-4} De zon beweegt in kleine en grote cirkelachtige bewegingen rond het barycentrum en staat hierbij onder invloed van de baan en het gewicht van de 4 buitenplaneten: Jupiter, Saturnus, Uranus & Neptunus. Deze bewegingen nemen ieder gemiddeld ongeveer 20 jaar in beslag (de duur is dus ongeveer 2 jaar korter dan de 22-jarige magnetische cyclus). Hierbij ontstaat meestal de volgende combinatie van patronen: (1) eerst wordt een kleine cirkel gevormd waarbij de zon het barycentrum behoorlijk dicht nadert, (2) vervolgens wordt ongeveer driekwart van een grote cirkel gevormd op een relatief grote afstand van het barycentrum. Na gemiddeld ongeveer 60 jaar is een beweging ontstaan die bestaat uit 3 combinaties van dit patroon, waarbij de kleine cirkels een hoek maken van gemiddeld ongeveer 60 graden t.o.v. van elkaar; de grote cirkeldelen vormen met elkaar een nog grotere complete cirkel – dit totaalbeeld wordt beschreven in figuur B2.
{B-5} De exacte oorzaak van het lengteverschil tussen de 22-jarige magnetische cyclus en de 20-jarige bewegingen van de zon rond het barycentrum wordt nog niet geheel begrepen. Echter, in 2016 hebben wetenschappers een rekenkundige onderbouwing gevonden voor de mogelijkheid dat dit waarschijnlijk een resonantie effect betreft dat ontstaat t.g.v. het feit dat de aarde, venus en jupiter zich 1x in de 11,07 jaar in één lijn bevinden t.o.v. de zonB1. Dit zorgt ervoor dat het magnetische veld van de zon in staat wordt gesteld om te slaan. Dit gebeurt tijdens de hoge fase van de zonnevlekkencyclus, de hoge fase van de totale zonnestraling (TSI) en de hoge fase van toroïdale magnetische component. De onderzoeksresultaten in paragraaf tonen aan dat vooral de bodemfase van de 11-jarige zonnecyclus in grote lijnen min of meer dezelfde ontwikkeling toont als de temperatuurontwikkeling op aarde.
{B-6} Tenslotte beschrijft onderstaande video hoe het magnetische veld zich ontwikkeld tijdens opeenvolgende zonnecycli. De horizontale magnetische veldlijnen beschrijven de ontwikkeling van het toroïdale magnetische veld; hiervoor worden aan de linkerzijde een afwisseling van roze en groene cycli getoond. De veldlijnen bij de polen tonen het poloïdale magnetische veld; hiervoor wordt aan de rechterzijde bij de beide polen voortdurend een min of meer tegengesteld kleurenpatroon aangetroffen, welke de verandering van de polariteit beschrijft.
VIDEO 2: De werking van de 22-jarige magnetische zonnecyclus in het perspectief van de zonnedynamo.
Referenties:
Martijn van Mensvoort.
1 – Klimaat brochure ‘Klimaatverandering, Wetenschap en Debat’ – Koninklijke Nederlandse Academie van Wetenschappen (2011).
2 – KNMI: Invloed variaties in zonneactiviteit op het klimaat op aarde – Hirs, G. (1997, Nov 14). Zon en klimaat; invloed variatie zonne-energie op het klimaat. Den Haag.
3 – Max Planck Institute: The Sun is more active now than over the last 8000 years (2004)
4 – Secular total solar irradiance trend during solar cycles 21-23 – R.C. Wilson & A.V. Mordvinov (maart 2003)
5 – Background solar irradiance spectrum at high and low phases of the solar activity cycle – V. Ramió et al. (september 2002)
6 – Solar p modes in 10 years of the IRIS network – D. Salabert et al. (2004)
7 – Re-evaluating the role of solar variability on Northern Hemisphere temperature trends since the 19th century – W. Soon et al. (augustus 2015)
8 – Predicting the Amplitude of a Solar Cycle Using the North-South Asymmetry in the Previous Cycle: II. An Improved Prediction for Solar Cycle 24 – J. Javaraiah (maart 2009)
9 – Surface warming by the solar cycle as revealed by the composite mean difference projection – C.D. Camp & K. Kit Tung (juli 2007)
10 – Wilcox Solar Observatory Polar Field Observations (oktober 2019)
11 – Prediction of the strength and timing of sunspot cycle 25 reveal decadal-scale space environmental conditions – P. Bhowmik & D. Nandy (december 2018)
12 – The solar magnetic field since 1700. II. Physical reconstruction of total, polar and open flux – J. Jiang et al. (februari 2011)
13 – The role of solar forcing upon climate change – B. van Geel et al. (1999)
14 – Increased ionization supports growth of aerosols into cloud condensation nuclei – H. Svensmark et al. (december 2017)
15 – IPCC underestimate the sun’s role in climate change – B. van Geel & P.A. Ziegler (2013)
16 – Fourier analysis of measurements and Earth System Model simulations – S. Henriksson (oktober 2012)
17 – Continental-scale temperature variability during the past two millennia – PAGES 2k network (2013); ruwe temperatuur data voor de individuele continenten wordt gepresenteerd in database S2
18 – Sun’s motion and sunspots – P.D. Jose (april 1965)
19 – Planetary resonances, bi-stable oscillation modes, and solar activity cycles – H.P. Sleeper (april 1972)
20 – Heartbeat of the Sun from Principal Component Analysis and prediction of solar activity on a millenium timescale – V. Zharkova et al. (oktober 2015)
21 – The Role of the Solar Forcing in the 20th century climate change – N.J. Shaviv (2012)
22 – Length of the solar cycle: an indicator of activity closely associated with climate – E. Friis-Christensen & K. Lassen (1991)
23 – Solar Changes and the Climate – J. D’Aleo et al. (maart 2009)
24 – Using the oceans as a calorimeter to quantify the solar radiative forcing – N. Shaviv (2008)
25 – Wikipedia: “Het klimaat is de gemiddelde weerstoestand (temperatuur, windkracht, bedekkingsgraad en neerslag) over een periode van minimaal 30 jaar.”
Description – This historical TSI reconstruction is an “unofficial” series using corrections that are believed to reflect the most realistic and up-to-date estimates of solar variability over the last 400 years, such as the recent revisions to sunspot number records.{IX-4} Figuur 18 toont een beschrijving van de relatieve variatie voor 4 verschillende golflengtes op basis van de LISIRD TSI data set29.
Figuur 18: Relatieve variatie binnen de zonnecyclus voor 4 verschillende golflengtes binnen de LISIRD TSI data set.
{IX-5} In paragraaf II is het natuurkundige mechanisme beschreven dat verantwoordelijk is voor het impact verschil tussen minima en maxima. Dit mechanisme heeft betrekking op zowel de frequentie, de amplitude en het aantal actieve regionen van de output. De minimum jaren gaan o.a. gepaard met lage frequentie drukgolven met een hoge amplitude, terwijl maximum jaren gepaard gaan met hoge frequentie drukgolven met een lage amplitude. Van zonnevlekken is bekend dat ze gepaard gaan met een afname in de output van zichtbaar licht (= laag frequent licht) in combinatie met een toename in de output van UV licht (= hoog frequent licht) – zie figuur 19.
Laagfrequent licht met een hoge amplitude dringt logischerwijs dieper door in de atmosfeer van de aarde dan hoogfrequent licht met een lage amplitude. Dit biedt enerzijds een (gedeeltelijke) verklaring voor de hoge correlatie tussen de stijgende minima in de zonnecyclus en de temperatuurstijging in de lagere atmosfeer van de aarde. Anderzijds is de stratosfeer van de aarde sinds 1979 afgekoeld; deze periode valt samen met het patroon van de dalende maxima in de zonnecyclus (rond de eeuwwisseling was nog wel sprake van een hogere maxima t.o.v. 1979). Het beschreven natuurkundig mechanisme lijkt een mogelijke verklaring aan te reiken voor de tegengestelde trends tussen enerzijds de temperatuurontwikkeling in de hogere en lagere atmosfeer van de aarde en anderzijds de dalende maxima- en stijgende minima in de output van de zon. Omdat onder invloed van UV licht afbraak plaats vindt van de ozonlaag [O3] kan deze in dit perspectief ook een sleutelrol spelen.
Afbraak van de ozon laag kan immers gepaard gaan met een aanvoer van zuurstof [O] vanuit de hogere atmosfeer, wat een rol kan spelen bij het ontstaan van meer koolstofdioxide [CO2] in de lagere atmosfeer. Ook de theorie die beschrijft dat CO2 verantwoordelijk is voor de afkoeling van de stratosfeer kan m.b.v. het eerder genoemde natuurkundige mechanisme worden weerlegd, ofschoon het al lang duidelijk is dat ozonafbrekende substanties (zoals CFKs) hiervoor verantwoordelijk zijn en niet broeikasgassen zoals CO2. De toename van UV zonnestraling heeft een bijdrage geleverd aan de afbraak van de ozonlaag – welke behoort tot het centrale deel van de stratosfeer. De zonnecyclus heeft ook een vertragend effect gehad op het herstel van de ozonlaag. De dikte van de ozonlaag toont een rechtevenredig verband met de temperatuur van de ozonlaag (lees: de temperatuur van de stratosfeer) en bovendien is de dikte van de ozonlaag afhankelijk van de zonnecyclus. In potentie biedt het natuurkundige mechanisme ook een onderdeel van de verklaring voor het ontbreken van de zogenaamde ‘hot spot‘ in de tropische troposfeer. Bovendien is ook m.b.t. de thermosfeer gerapporteerd dat de temperatuurdaling vooral het gevolg is van ozon afbraak; de invloed van broeikasgassen bij de afkoeling is niet detecteerbaar. Voor de thermosfeer geldt bovendien dat UV straling van de zon de dominante factor vormt wanneer geomagnetische activiteit (van de aarde zelf) op een laag niveau zit.
Laagfrequent licht met een hoge amplitude dringt logischerwijs dieper door in de atmosfeer van de aarde dan hoogfrequent licht met een lage amplitude. Dit biedt enerzijds een (gedeeltelijke) verklaring voor de hoge correlatie tussen de stijgende minima in de zonnecyclus en de temperatuurstijging in de lagere atmosfeer van de aarde. Anderzijds is de stratosfeer van de aarde sinds 1979 afgekoeld; deze periode valt samen met het patroon van de dalende maxima in de zonnecyclus (rond de eeuwwisseling was nog wel sprake van een hogere maxima t.o.v. 1979). Het beschreven natuurkundig mechanisme lijkt een mogelijke verklaring aan te reiken voor de tegengestelde trends tussen enerzijds de temperatuurontwikkeling in de hogere en lagere atmosfeer van de aarde en anderzijds de dalende maxima- en stijgende minima in de output van de zon. Omdat onder invloed van UV licht afbraak plaats vindt van de ozonlaag [O3] kan deze in dit perspectief ook een sleutelrol spelen.
Afbraak van de ozon laag kan immers gepaard gaan met een aanvoer van zuurstof [O] vanuit de hogere atmosfeer, wat een rol kan spelen bij het ontstaan van meer koolstofdioxide [CO2] in de lagere atmosfeer. Ook de theorie die beschrijft dat CO2 verantwoordelijk is voor de afkoeling van de stratosfeer kan m.b.v. het eerder genoemde natuurkundige mechanisme worden weerlegd, ofschoon het al lang duidelijk is dat ozonafbrekende substanties (zoals CFKs) hiervoor verantwoordelijk zijn en niet broeikasgassen zoals CO2. De toename van UV zonnestraling heeft een bijdrage geleverd aan de afbraak van de ozonlaag – welke behoort tot het centrale deel van de stratosfeer. De zonnecyclus heeft ook een vertragend effect gehad op het herstel van de ozonlaag. De dikte van de ozonlaag toont een rechtevenredig verband met de temperatuur van de ozonlaag (lees: de temperatuur van de stratosfeer) en bovendien is de dikte van de ozonlaag afhankelijk van de zonnecyclus. In potentie biedt het natuurkundige mechanisme ook een onderdeel van de verklaring voor het ontbreken van de zogenaamde ‘hot spot‘ in de tropische troposfeer. Bovendien is ook m.b.t. de thermosfeer gerapporteerd dat de temperatuurdaling vooral het gevolg is van ozon afbraak; de invloed van broeikasgassen bij de afkoeling is niet detecteerbaar. Voor de thermosfeer geldt bovendien dat UV straling van de zon de dominante factor vormt wanneer geomagnetische activiteit (van de aarde zelf) op een laag niveau zit.
Figuur 19: NASA beschrijving voor de invloed van de zonnecyclus op diverse delen van het spectrum van de zonnestraling; links betreft: extreem lage UV, midden betreft: hoge UV, en rechts: zichtbaar licht.
{IX-6} Een onderdeel van de onbegrepen relatie tussen de activiteit van de zon en de temperatuurontwikkeling op aarde heeft betrekking op het volgende. Daar waar de variatie bij de TSI cyclus op basis van het gehele spectrum in de orde ligt van 0,1% van de totale output, wordt m.b.t. de output van de UV straling (zie figuur 18) een veel groter verschil aangetroffen – waarbij het percentage op kan lopen tot boven de 10%29. Er zijn indirecte aanwijzingen op basis van algen proxies32 waaruit blijkt dat de hoeveelheid UV straling in de 21ste eeuw op een bijzonder hoog niveau is beland. Dit verklaard tevens waarom UV (naast de invloed van kosmische straling) als één van de mogelijke factoren wordt herkend die een rol kan spelen bij het versterkend mechanisme voor de relatief kleine fluctuaties van de zon13. De overige 2 factoren die hiervoor in aanmerking komen zijn enerzijds de dynamiek rondom minder invloed van kosmische straling (t.g.v. de hogere activiteit van de zon) en anderzijds zonnewind, welke gepaard gaat met complexe variaties in de output van de zon. Dit impliceert: de TSI geeft geen totaalbeeld van de activiteit van de zon. De makers van de LISIRD TSI hanteren de volgende formule voor de variaties binnen de TSI in het verloop van de tijd (Q = basisniveau, F = zonnevlammen [faculae], S = zonnevlekken [sunspots])29:
T(t) = TQ + △TF(t) + △TS(t)
{IX-7} Deze formule toont tevens een basis voor de logica die is gebruikt in dit onderzoek voor de wijze waarop de ‘achtergrond zonnestraling’ [BSI] is berekend; immers, de BSI kan worden herkend als factor die in theorie een benadering vormt voor de combinatie van de TQ en de △TF(t).
{IX-8} Uit de analyse in dit artikel blijkt dat de TSI na een correctie waarbij de invloed van zonnevlekken grotendeels is verwijderd in combinatie met een fase correctie, een zeer hoge correlatie oplevert met de temperatuur: r = 0,98 [p=0,000]. De correlatie tussen CO2 en de temperatuur heeft een vergelijkbare hoge omvang: +0,97 [p=0,000]; echter, ook de correlatie tussen de zonnestraling en CO2 is bijzonder hoog met een omvang van +0,93 [p=0,000]. Vooral uit figuur 6, figuur 13 en figuur 16 blijkt dat de zon afgelopen 150 jaar een dynamiek toont met een oscillatie die in hoge mate overeenkomt met het verloop van de temperatuur. Ook in de laatste decennia wordt tussen beide een duidelijke parallel aangetroffen die weinig ruimte laat voor de invloed van CO2. De hoge correlatie in combinatie met de overeenkomstige oscillatie verklaart het temperatuurverloop in de kern geheel; beide perspectieven tonen ook een duidelijk parallel in de vorm van records. Tenslotte kan hierbij de dalende trend bij de maxima van de TSI in verband worden gebracht met de temperatuurdaling in de stratosfeer.
In paragraaf VII is beschreven dat de toename in de activiteit van de zon ook een (beperkte) rol heeft gespeeld bij de toename van CO2. Want de opwarming van het oceaan systeem heeft sinds 1850 een bijdrage geleverd van ongeveer 15% bij de toename van CO2. Mogelijk dat de zon indirect ook via andere fenomenen (zoals bijvoorbeeld UV en/of zonnewind) een nog grotere rol heeft gespeeld bij de stijging van CO2, doch hierover lijkt weinig bekend te zijn.
Wel is bekend dat de invloed van CO2 op de temperatuur tenminste t/m 1940 zeer beperkt is geweest. De impact kan getalsmatig pas vanaf de jaren ’80/’90 duidelijker zichtbaar zijn geworden. Daarom kan het correlationele verband tussen CO2 en de temperatuur over de periode 1850 t/m 1980 grotendeels als een spurieuse correlatie worden omschreven die primair is ontstaan op basis van de groei van de wereldbevolking – welke waarschijnlijk de basis vormt voor de “unprecedented” stijging van CO2 en de overige broeikasgassen sinds het begin van de industriële revolutie.
Wel is bekend dat de invloed van CO2 op de temperatuur tenminste t/m 1940 zeer beperkt is geweest. De impact kan getalsmatig pas vanaf de jaren ’80/’90 duidelijker zichtbaar zijn geworden. Daarom kan het correlationele verband tussen CO2 en de temperatuur over de periode 1850 t/m 1980 grotendeels als een spurieuse correlatie worden omschreven die primair is ontstaan op basis van de groei van de wereldbevolking – welke waarschijnlijk de basis vormt voor de “unprecedented” stijging van CO2 en de overige broeikasgassen sinds het begin van de industriële revolutie.
{IX-9} Fundamenteel bezien kan de gehele keten van oorzaak en gevolg als volgt worden beschreven:
1) De toename in de activiteit van de zon heeft sinds het Maunder minimum gezorgd voor een temperatuurstijging op aarde van bijna 1,5°C en een stijging van ongeveer 20 ppm CO2 (= ~14,7% van de totale CO2 groei).
2) De combinatie van de temperatuurtoename en meer CO2 heeft een positieve invloed gehad op de groei van zowel plantaardig voedsel (vergroening van de aarde) als dierlijk voedsel voor de mens.
3) De toename in de activiteit van de zon heeft dus ook een rol gespeeld bij de explosie in de omvang van de wereldbevolking. Via technologie, waartoe in een brede context ook landbouw en veeteelt mogen worden gerekend, wordt voedsel nu op een meer efficiente manier geproduceerd. Het is bekend dat de groei van landbouw en veeteelt een belangrijke rol speelt bij de toename van broeikasgassen, waarvan de meervoudige moleculen koolstofdioxide [CO2], methaan [NH4] en stikstofdioxide [N2O] het meest bekend zijn.
2) De combinatie van de temperatuurtoename en meer CO2 heeft een positieve invloed gehad op de groei van zowel plantaardig voedsel (vergroening van de aarde) als dierlijk voedsel voor de mens.
3) De toename in de activiteit van de zon heeft dus ook een rol gespeeld bij de explosie in de omvang van de wereldbevolking. Via technologie, waartoe in een brede context ook landbouw en veeteelt mogen worden gerekend, wordt voedsel nu op een meer efficiente manier geproduceerd. Het is bekend dat de groei van landbouw en veeteelt een belangrijke rol speelt bij de toename van broeikasgassen, waarvan de meervoudige moleculen koolstofdioxide [CO2], methaan [NH4] en stikstofdioxide [N2O] het meest bekend zijn.
Uit dit onderzoek is gebleken waarom de invloed van CO2 op de temperatuur op basis van empirische gegevens in het klimaat systeem nog steeds niet duidelijk kan worden aangetoond. De invloed van de natuurlijke variabiliteit in de vorm van de combinatie van een oscillatie + een opwaartse trend die voor diverse records heeft gezorgd, blijkt de ontwikkeling van de temperatuur in principe geheel te verklaren. Bovendien blijkt uit alle bekende natuurlijke cycli (dag/nacht cyclus, seizoenen cyclus & ijstijden cyclus) dat CO2 de temperatuur volgt en niet andersom.
{IX-10} In paragraaf III is bij figuur 2 beschreven dat in het perspectief van de minimum jaren van de TSI de zon verantwoordelijk is voor tenminste 75% tot 95% van de temperatuurstijging. In paragraaf VII is op basis van de gemiddelde waarden tijdens een magnetische cyclus duidelijk geworden dat de bovengrens tot 100% reikt, echter de hierbij gebruikte rekenmethode toont voor de periode vanaf 1996 een minder nauwkeurig beeld t.g.v. de fase-correctie. De diverse records tijdens de 2010s bij zowel de TSI als de BSI bevestigen dat de laatste decennia sprake is van omstandigheden bij de zon die gepaard gaan met een uitzonderlijk hoge interne magnetische activiteit. Dit blijkt ook o.a. uit zonnevlekken, die ontstaan t.g.v. de toroïdale magnetische component. Op basis van zonnevlekken kan bovendien worden gesteld dat de omstandigheden bij de zon zelfs uitzonderlijk mogen worden genoemd in het perspectief van de afgelopen 8.000 jaar.
{IX-11} In termen van de stralingsforcering wordt door Shaviv beschreven dat de versterkende factor m.b.t. TSI fluctuaties in de orde van 5 tot 7 ligt24. De implicatie van een grote impact van de zon wordt samengevat door Shaviv in een recente VIDEO presentatie (april 2018), waarbij ongeveer de helft tot 2/3 van de temperatuurstijging in de 20ste eeuw wordt toegeschreven aan de zon en de klimaatgevoeligheid wordt daarom ingeschat op respectievelijk een waarde tussen 1,5°C en 1,0°C. Dit verklaart tevens waarom het IPCC vast is blijven houden aan een bandbreedte met een ondergrens van 1,5°C; want een lagere waarde veronderstelt dat de impact van de natuurlijke variabiliteit hoger is dan 50%.
Sinds het Maunder minimum is de LISIRD TSI gestegen met gemiddeld ongeveer 1 W/m2; via een versterkende factor van 8,75 tot 10 (zie paragraaf VI) levert dit een impact op die kan worden vergeleken met een waarde van 8.75 tot 10 W/m2. Bij de BSI ligt de omvang van de versterkende factor hoger met een omvang in de orde van 8/5 van de TSI waarden; dit resulteert voor de BSI in een impact waarde van 14 tot 16 W/m2. De omvang van deze getallen mag groot lijken op het eerste gezicht, maar ligt bijvoorbeeld wel bijna een factor 10 lager dan de versterkingsfactor die nodig is voor een significante impact van UV fluctuaties (welke een significante rol spelen bij de veel grotere afkoeling van de stratosfeer – t.o.v. de opwarming van opwarming van de lagere atmosfeer).
Voor CO2 wordt het uitgangspunt gebruikt dat de stralingsforcering op basis van een verdubbeling van CO2 in de orde ligt van 3,7 W/m2. Sinds 1650 is de CO2 gestegen van ongeveer 276 ppm naar gemiddeld ongeveer 412 ppm in 2019 wat overeenkomt met een stijging van bijna 49,3%; dit resulteert in een stralingsforcering van bijna 1,82 W/m2. Deze waarde ligt in de orde van 11.4% tot hooguit 13.0% van de impact van de zon op basis van de versterkingsfactor bij de BSI. Bij de TSI levert de combinatie met de versterkingsfactor voor CO2 een impact van 18,2% tot 20.8%. Op basis van de versterkende factor voor het perspectief van de BSI kan worden geconcludeerd dat de zon verantwoordelijk is voor ruim 87% tot 88,6% van de opwarming sinds het Maunder minimum. Daarnaast is in paragraaf III op basis van de minimum jaren een percentage beschreven met een bandbreedte tussen ruim 75% en 95% en in paragraaf VI is een bandbreedte beschreven met een benedengrens van 57% (op basis van een weinig realistische aanname) en een bovengrens van 100%. De combinatie van deze 3 perspectieven levert een gemeenschappelijke bandbreedte op waarbij het percentage voor de invloed van de zon kan variëren tussen de 87% en 88,6%, wat op basis van een stabiele versterkende factor bij de BSI voor de periode vanaf 1650 ruimte laat voor een klimaatgevoeligheid met een waarde van gemiddeld ongeveer maximaal 0,39°C (dit betreft de bovengrens van de bandbreedte 0,39°C tot 0,34°C die is gebaseerd op de genoemde percentages). Op basis van het midpoint van de 3 beschreven bandbreedtes (~83,8%) wordt voor de klimaatgevoeligheid een gemiddelde waarde gevonden die ongeveer 0,1°C hoger ligt: maximaal ~0,49°C. De term ‘maximaal’ wordt hier gebruikt omdat naast de invloed van de zon en CO2 in potentie ook andere factoren hierbij een rol kunnen spelen – zoals de impact van schonere lucht en andere broeikasgassen.
{IX-12} In een overzicht van 142 klimaatgevoeligheid studies wordt bij 2 studies een waarde lager dan 0,5°C gerapporteerd, waaronder een studie van Specht et al. (2016)33 waarin een klimaat sensitiviteit van 0,4°C wordt gerapporteerd op basis een mathematisch model dat is gericht op thermodynamica in combinatie met wolken (de zon speelt hierbij geen rol). Aanvullend kan hierbij worden vermeld dat op basis van onderzoek dat is gericht op het emissiespectrum van CO2 in combinatie met de jaarlijkse wolkenbedekking een nog lagere klimaatsensitiviteit is aangetroffen: maximaal 0,2°C (van den Beemt, 2019).
{IX-13} Wanneer geen rekening wordt gehouden met de versterkende factor voor de invloed van de zon dan ontstaat de indruk dat de invloed van CO2 op basis van theoretisch gronden relatief groot is. Op basis van een zeer sterke correlatie tussen de BSI en de temperatuur, die beide gepaard gaan met een overeenkomstige dynamiek in de vorm van een soortgelijke oscillatie plus recente records, kan worden geconcludeerd dat het niet realistisch is om geen rekening te houden met een (forse) versterkende factor die representatief is voor de impact van de zon.
{IX-14} In de introductietekst is gerefereerd naar een beschrijving van het Max Planck Instituut (2004)3 waaruit blijkt dat de activiteit van de zon afgelopen decennia gemiddeld op record niveau is beland voor de afgelopen 8.000 jaar. Ter illustratie worden hieronder 2 grafieken getoond die zijn gebaseerd op isotopen die als proxy worden gebruikt voor de activiteit van de zon; beide grafieken tonen een verloop met de vorm van een ‘hockeystick’.
Figuur 20: Zonnevlekken proxies tonen grafieken met de vorm van een ‘hockeystick’34.
{IX-15} In figuur 20 toont de bovenste grafiek boven de stippellijn een beeld waaruit blijkt dat sinds 1930 sprake is geweest van hoge activiteit op basis van zonnevlekken, terwijl in de 19de en 18de eeuw dat niveau van activiteit nooit langer dan 2 decennia op rij stand hield. Overigens, figuur 11 levert een vergelijkbaar beeld op, met het verschil dat bij de TSI een beeld wordt aangetroffen waarbij in de 19de eeuw sprake is van verhoogde activiteit gedurende een aaneengeschakelde periode van 50 jaar. Op basis van de LISIRD TSI kan deze periode exact worden vastgesteld: 1826-1876 (bij de BSI gaat het om de periode 1827-1876). Hiermee kan worden verklaard waarom de afname in de activiteit van de zon in de periode van de 1950s t/m de 1970s relatief weinig impact heeft gehad op de temperatuur. Immers, ondanks de flinke daling die wordt waargenomen bij de maximum jaren bleef de daling bij de minimum jaren steken op een niveau ruim boven de 1360,75 W/m2. De daling van de temperatuur tussen 1944 en 1976 kan deels zijn ontstaan vanuit het oceaan systeem zelf – waarbij interne cycli ook een rol kunnen hebben gespeeld. T.g.v. het voortdurende hoge niveau van de activiteit van de zon bleef de neerwaartse temperatuur druk hierbij beperkt. De PAGES 2k proxies tonen in figuur 11 een beeld waaruit geenszins blijkt dat afkoeling tijdens het einde van de 19de eeuw en het begin van de 20ste eeuw meer impact had dan de afkoeling in de 2de helft van de 20ste eeuw. Mogelijk is de impact van de afkoeling bij de instrumentele metingen op basis van de HadCRUT4 tussen 1878 en 1911 enigszins overschat met een temperatuurdaling van maar liefst -0,58°C. Tussen de jaren 1880 en 1911 zit bijvoorbeeld een temperatuurverschil van slechts -0,32°C (dus niet veel meer dan ruim de helft van -0,58°C). Het jaar 1878 kan bij de HadCRUT4 temperatuur reeks worden herkend als het jaar met de grootste afwijkende waarde t.o.v. de omringende jaren. Bij de GISSTEMP v4 van de NASA wordt bijvoorbeeld tussen 1881 en 1909 een temperatuur verschil van -0,41°C aangetroffen terwijl tussen 1944 en 1964 een verschil met een vergelijkbare omvang wordt aangetroffen: -0,40°C. Kortom, op dit punt tonen de PAGES 2k proxies een beeld dat meer in overeenstemming is met de GISSTEMP v4 dan met de HadCRUT4. Dit doet vermoeden dat de temperatuurmetingen voorafgaand aan 1880 mogelijk minder betrouwbaar zijn – ofschoon de HadCRUT4 voor de periode voorafgaand aan 1880 wel een beeld toont dat iets meer in overeenstemming is met de zon dan bij de PAGES 2k proxies het geval is.
{IX-16} Een vergelijking tussen de in figuur 20 getoonde proxies voor zonnevlekken en de in figuur 21 getoonde PAGES 2k proxies op basis van ruwe temperatuur gerelateerde data, levert een duidelijk parallel op: zowel de proxies voor de zonnevlekkken als de proxies voor de temperatuur tonen een grafiek in de vorm van een ‘hockeystick’ waarbij het blad als het ware boven het handvat uitsteekt. Een relevant aspect vormt dat bij alle drie de grafieken het dieptepunt vlak voor het jaar 1700 wordt aangetroffen. Bovendien kan worden vastgesteld dat het blad van de hockeystick bij de proxies voor de zonnevlekken relatief ver boven het handvat uitsteekt, want de punt van de hockeystick ligt hierbij ruim 2x hoger dan de bandbreedte in de periode tussen het jaar 800 en het jaar 1700. Bij figuur 21 is het beeld optisch wel wat vertekent doordat enkel in deze grafiek een beeld wordt getoond op basis van de individuele jaren. Een nadere bestudering van de grafiek maakt wel duidelijk dat de punt van de hockeystick op basis van het 10-jarig gemiddelde niet veel meer dan een kwart hoger zal liggen t.o.v. de bandbreedte in de periode 800-1700. Dit beeld wordt nog nadrukkelijker bevestigd voor de PAGES 2k proxies voor de periode 0-2000.
Figuur 21: PAGES 2k proxies (2013) op basis van ruwe temperatuur anomalie waarden – gebaseerd op het gewogen gemiddelde over 7 continenten (inclusief de noordpool, alleen het continent Afrika ontbreekt t.g.v. een gebrek aan data in de betreffende studie17). De grafiek voor de periode vanaf het jaar 0 tot 2000 is HIER beschikbaar.
{IX-17} Een ander opvallend aspect is dat in de grafieken voor de periode tussen het jaar 800 en 2000 zowel bij de zonnevlekken proxies als bij de temperatuur proxies een dip wordt aangetroffen bij 3 periodes: rond 1820 (= Dalton minimum), vlak na 1900 (= moderne minimum) en tenslotte rond 1965 (= recente minimum). Dit levert bovendien een duidelijke parallel op m.b.t. de bodem fases van de 66-jarige cyclus die bij de HadCRUT4 bij de jaren 1911 en 1976 worden aangetroffen. Op basis van zonnevlekken laat de combinatie van figuur 19 en figuur 20 ogenschijnlijk weinig ruimte voor twijfel over de bepalende rol van de toegenomen activiteit van de zon bij de temperatuurstijging die reeds in de 2de helft van de 17de eeuw vanaf het Maunder minimum is begonnen. De HadCET temperatuur grafiek voor Centraal Engeland (zie rode lijn in figuur 8) toont bovendien op basis van instrumentele metingen via het meerjarige gemiddelde een beeld waaruit blijkt dat de snelheid van de temperatuurstijging in de decennia vlak na het Maunder minimum zelfs duidelijk hoger is geweest dan in de periode na 1976.
{IX-18} Figuur 22 laat zien dat de multi-decennia cyclus in alle mondiale temperatuur series ook duidelijk zichtbaar is binnen het perspectief van de maandwaarden. In combinatie met de HadCRUT4 en de PAGES 2k proxies kan bovendien worden gesteld dat de multi-decennia cyclus zich bij zowel de HadCRUT4, de GISSTEMP (NASA) en de GHCN (NOAA) heeft aangediend bovenop een stabiele opwaartse helling 35. Er lijkt geen sprake van een duidelijk gegronde reden om het bestaan van de 66-jarige cyclus in twijfel te trekken. In dit onderzoek is onmiskenbaar vastgesteld dat de 66-jarige cyclus in verband kan worden gebracht met een vergelijkbare oscillerende beweging in de activiteit van de zon die zich bij de TSI vooral openbaart in het perspectief van de minima.
Figuur 22: 1880-2011 KNMI climate explorer grafieken voor de maandwaarden van de HadCRUT4, GISSTEMP (NASA) & GHCN (NOAA)35. Ter referentie: bij de HadCRUT4 maandwaarden ligt de temperatuur anomalie van afgelopen maand (oktober 2019) op een gemiddelde waarde van +0,751°C; dit is -0,012°C lager dan in februari 1998 toen de waarde op +0,763°C is beland. In bovenstaande illustratie pieken de grafieken ook alle drie in februari 1998. De hoogste maandwaarde tot nu toe werd bij de HadCRUT4 in februari 2016 geregistreerd: +0,111°C. Tussen januari 1850 en oktober 2019 is in totaal slechts 3x een maandwaarde hoger dan 1.000°C geregistreerd. Dit gebeurde enkel tijdens de laatste sterke El Niño ongeveer 4 jaar geleden; dit betreft de maanden (van hoog naar laag): februari 2016, maart 2016 en november 2015.
Figuur 23: Temperatuur vs. zowel de lengte van de zonnevlekkencyclus als het aantal zonnevlekken (1991)26.
{IX-19} In de eerder genoemde lezing op de website van het KNMI (zie o.a. de introductie van dit artikel) wordt gesuggereerd dat de Gleissberg-cyclus vooral betrekking heeft op de lengte van de zonnecyclus. Echter, in 1991 was al duidelijk geworden dat ook op basis van het aantal zonnevlekken een duidelijke relatie met de temperatuur kan worden beschreven 22,36. Figuur 23 en figuur 24 tonen enkele illustraties waarin de relatie tussen de Gleissberg- cyclus en de multi-decennium cyclus op aarde op basis van zonnevlekken wordt beschreven.
Figuur 24: Temperatuur vs. cumulatieve zon anomalie (2011) 36.
{IX-20} Het is ook belangrijk om vast te stellen dat de Gleissberg-cyclus een cyclus betreft die betrekking heeft op de zon; het is dus geenszins vanzelfsprekend dat de lengte van de Gleissberg-cyclus overeenkomt met de multi-decennia cyclus in het klimaat systeem op aarde. Desondanks is in paragraaf VI vastgesteld dat in het verloop van de minima bij de LISIRD TSI vanaf 1890 een duidelijk patroon wordt aangetroffen in de vorm van een opeenvolging van 3 opwaarts gerichte minima, gevolgd door 3 neerwaarts gerichte minima; daarna heeft dit patroon zich heeft herhaald t/m de 2de helft van de 2010s. Op basis van dit eenvoudige patroon mag voor de komende 3 zonnecycli (dit betreft de periode t/m 2050) rekening worden gehouden met een neerwaarts gericht vervolg onder invloed van de Gleissberg-cyclus. Nadat in paragraaf II duidelijk is geworden dat vooral m.b.t. de minimum jaren in de 11-jarige zonnecyclus een hoge correlatie met de temperatuurontwikkeling op aarde kan worden verwacht, mag daarom ook rekening worden gehouden met een meer neerwaarts gerichte temperatuur trend voor de periode t/m 2050.
{IX-21} De te verwachten negatieve temperatuur trend kan ook uit figuur 25 worden afgelezen. Figuur 25 toont o.a. dat de kosmische baan van de zon rond het barycentrum reeds in het jaar 2022 in beide perspectieven (zowel bij de snelheid als het impuls-moment) het hoogste punt bereikt van de 21ste eeuw. Bovendien valt in de illustratie van Scafetta37 op dat in het huidige decennium de hoogste minimum fase in de cyclus van de snelheid werd bereikt en dat rond 2030 meteen de laagste fase gaat worden bereikt. Dit betekent dat komend decennium zeer waarschijnlijk veel meer duidelijkheid zal gaan ontstaan over de rol van de zon bij de temperatuurontwikkeling op aarde.
Figuur 25: Multi-decennia cyclus in zowel de snelheid als het impuls-moment/afstand van de zon rond het barycentrum37.
{IX-22} In de wetenschappelijke literatuur wordt de Gleissberg cyclus veelal omschreven als een quasi-cyclus omdat deze wordt gevormd bovenop de 11-jarige oscillatie. M.b.t. de exacte duur van de Gleissberg cyclus worden in de wetenschappelijke literatuur beschrijvingen aangetroffen die variëren van 65-130 jaar. Eén van de complicaties hierbij vormt het feit dat naaste de ~22-jarige magnetische cylcus bij de zon ook een ~20-jarige cyclus wordt aangetroffen welke is gerelateerd aan de snelheid van de zon rond het barycentrum. Figuur 20 toont links in de kleine grafieken voor de kosmische beweging van de zon rond het barycentrum hoe de grafieken van de afstand/impuls-momentum (boven) & snelheid (onder) zich ontwikkelen tot aan het jaar 2100. De grote grafiek rechts in figuur 25 toont een zeer regelmatige 60-jarige quasi-cyclus bij het toppen patroon van de snelheid plus; dit levert ook een duidelijke parallel op met het verloop van de temperatuur op aarde op basis van een 15-tot-25 jarig voortschrijdend gemiddelde37. De lengte van deze stabiele 60-jarige cyclus is net te kort van duur om in verband te kunnen worden gebracht met de Gleissberg cyclus. Hieruit blijkt dat bij de zon naast de 11-jarige zonne(vlekken)cyclus, de 22-jarige magnetische zonnecyclus en Gleissberg cyclus, ook andere multi-decennium cycli met een iets lagere frequentie een rol spelen. In de bijlage toont figuur B1 een gedetailleerde indruk van het verloop van diverse van deze cycli voor de periode vanaf 1976.
{IX-23} De geschiedenis leert ons dat ruim 400 jaar geleden door Johannes Kepler al de eerste beschrijvingen zijn gepresenteerd waarin wordt gespeculeerd over de invloed van oscillaties van ~20 jaar en ~60 jaar op het klimaat38. Kepler beschreef met zijn ‘Trigon’ dat de conjunctie tussen de planeten Jupiter en Saturnus iedere 19,86 jaar ontstaat, waarbij de verschillende conjuncties in de beweging rondom de zon zich onder een hoek van 242.8° aandienen – zie figuur 26. Video 1 in de bijlage toont dat de buiten planeten Jupiter en Saturnus samen met Uranus en Neptunus bepalend zijn voor de baan van de zon rondom het barycentrum.
Figuur 26: Het trigon van Kepler uit ‘De Stella Nova’ (1606)38.
{IX-24} In dit onderzoek is duidelijk geworden dat bij het bestuderen van de relatie tussen de activiteit van de zon en de temperatuur op aarde rekening moet worden gehouden met de fase van 22-jarige magnetische zonnecyclus. Bovendien dient ook rekening te worden gehouden met fase verschillen die kunnen ontstaan t.g.v. ophoping van warmte in het oceaan systeem.37 De 66-jarige cyclus in het klimaat systeem van de aarde correspondeert bij de TSI vanaf 1890 in hoge mate met de minimum jaren van de 11-jarige zonnecyclus. Op basis van de gemiddelde waarden gedurende een magnetische zonnecycli die beginnen bij de minima is voor de periode 1867-2017 een correlatie beschreven van 0,98 [p=0,000].
{IX-25} De lat mag daarom hoog worden gelegd: van klimaatmodellen mag worden verwacht dat ze in staat zijn om de 66-jarige cyclus in het klimaat systeem op aarde te reproduceren. Wanneer klimaatmodellen de 66-jarige cyclus niet kunnen reproduceren, dan kan dit als een indicatie worden herkend dat zowel de invloed van de zon als ook de invloed van de opwaartse fase van de 66-jarige cyclus wordt onderschatten. Van klimaatmodellen die hier niet toe in staat zijn, kan worden verwacht dat ze de opwarming voor komende decennia (fors) zullen overschatten, omdat deze modellen onvoldoende rekening houden met natuurlijke variabiliteit t.g.v. de neerwaartse fase in de Gleissberg cyclus van de zon. Typerend voor deze klimaatmodellen is dat hierbij een klein gewicht aan de zon wordt toegekend in combinatie met een groot gewicht voor de invloed van zowel broeikasgassen als aerosolen. Het is dan ook logisch dat de samenstellers van dergelijke klimaatmodellen zullen claimen dat ze de opwarming niet kunnen verklaren op basis van de natuurlijke variabiliteit – echter, dit kan primair worden herkend als een direct gevolg van keuzes die de makers hebben gemaakt bij de constructie van deze modellen.
{IX-26} De invloed van zowel de ENSO cyclus (vertraagde ENS ONI) en aerosolen in de stratosfeer t.g.v. bijvoorbeeld vulkanisme (AOD) op de temperatuur is meegenomen in dit onderzoek. Echter, beide factoren zijn zoveel mogelijk buiten beschouwing gelaten om de analyse niet onnodig verder te compliceren. Beide factoren hebben overigens weinig impact op de beschreven correlaties tussen temperatuur en de zon. De invloed van de ENSO cyclus is beschreven in paragraaf V; AOD data is enkel vermeld in de Excel data file.
{IX-27} In de analyse van augustus 2019 werd op basis van de veronderstelling dat er sprake zou zijn van een regelmatige cyclus, de inschatting gemaakt dat de piekfase van de 66-jarige rond het jaar 2010 kon worden verwacht. In dit artikel is op basis van de ‘achtergrond zonnestraling’ [BSI] duidelijk geworden dat de piek zich in het perspectief van de zon pas in het jaar 2015 heeft aangediend (zie figuur 3); dit gebeurde één jaar voorafgaand aan het temperatuur recordjaar 2016.
BIJLAGE: ‘Hoe werkt de zonnecyclus?’
{B-1} Met satellieten wordt de magnetische activiteit van de zon sinds 1976 nauwkeurig gevolgd. De magnetische noord en zuidpool van de zon wisselen bij benadering iedere 11 jaar van polariteit. Dit proces verloopt bij beide polen synchroon met elkaar (afgezien van kleine faseverschillen t.o.v. elkaar in de orde van enkele maanden); wel duurt het meestal enkele jaren voordat het proces bij beide polen geheel is voltooid.
{B-2} In figuur B1 tonen de zwarte, blauwe en rode grafiek op basis van satellietmetingen hoe de magnetische cyclus van de zon zich sinds 1976 heeft ontwikkeld. Als illustratie voor het in paragraaf V beschreven faseverschil tussen de magnetische cyclus en de zonnevlekkencyclus is aan de onderzijde van figuur B1 ook de TSI weergegeven in de vorm van de gele curve.
{B-3} Figuur B1 toont ook twee andere cycli van de zon die beide betrekking op de beweging van de zon rond het zwaartekrachtcentrum van het zonnestelsel; dit betreft de snelheid & het impuls-momentum, welke beide oscillaties tonen met een duur in de orde van 20 jaar. De video onder figuur B1 beschrijft de kosmische oorsprong van de zonnecyclus. Tenslotte beschrijft figuur B2 de (in)directe relatie tussen de zonnevlekkencyclus en de quasi-cirkelvormige bewegingen van de zon rond het massamiddelpunt van ons zonnestelsel.
Figuur B1: Ontwikkeling van de kracht van het magnetische veld van de zon (WSO), plus: totale zonnestraling (LISIRD), impuls-momentum (Jose cyclus – McCracken) & snelheid (Scafetta, figuur 7a) betreffende de beweging van de zon rond het barycentrum.
VIDEO 1: Het barycentrum vormt het massamiddelpunt van ons zonnestelsel; in deze video wordt de beweging van de zon beschreven rond het zwaartekrachtcentrum onder invloed van de 4 grootste planeten (de aarde bevindt zich tussen jupiter en de zon).
Figuur B2: De beweging van de zon rond het barycentrum & de zonnevlekkencyclus (getoond als onderdeel van de TSI); in de afbeelding wordt een positie van de zon getoond waarbij het middelpunt samenvalt met het barycentrum (= snijpunt van de beide assen). De groene, oranje en rode cirkelvormige bewegingen corresponderen met 3 specifieke zonnevlekkencycli (= 3 halve magnetische cycli).
TOELICHTING op de combinatie van video 1 & figuur B2:
{B-4} De zon beweegt in kleine en grote cirkelachtige bewegingen rond het barycentrum en staat hierbij onder invloed van de baan en het gewicht van de 4 buitenplaneten: Jupiter, Saturnus, Uranus & Neptunus. Deze bewegingen nemen ieder gemiddeld ongeveer 20 jaar in beslag (de duur is dus ongeveer 2 jaar korter dan de 22-jarige magnetische cyclus). Hierbij ontstaat meestal de volgende combinatie van patronen: (1) eerst wordt een kleine cirkel gevormd waarbij de zon het barycentrum behoorlijk dicht nadert, (2) vervolgens wordt ongeveer driekwart van een grote cirkel gevormd op een relatief grote afstand van het barycentrum. Na gemiddeld ongeveer 60 jaar is een beweging ontstaan die bestaat uit 3 combinaties van dit patroon, waarbij de kleine cirkels een hoek maken van gemiddeld ongeveer 60 graden t.o.v. van elkaar; de grote cirkeldelen vormen met elkaar een nog grotere complete cirkel – dit totaalbeeld wordt beschreven in figuur B2.
{B-5} De exacte oorzaak van het lengteverschil tussen de 22-jarige magnetische cyclus en de 20-jarige bewegingen van de zon rond het barycentrum wordt nog niet geheel begrepen. Echter, in 2016 hebben wetenschappers een rekenkundige onderbouwing gevonden voor de mogelijkheid dat dit waarschijnlijk een resonantie effect betreft dat ontstaat t.g.v. het feit dat de aarde, venus en jupiter zich 1x in de 11,07 jaar in één lijn bevinden t.o.v. de zonB1. Dit zorgt ervoor dat het magnetische veld van de zon in staat wordt gesteld om te slaan. Dit gebeurt tijdens de hoge fase van de zonnevlekkencyclus, de hoge fase van de totale zonnestraling (TSI) en de hoge fase van toroïdale magnetische component. De onderzoeksresultaten in paragraaf tonen aan dat vooral de bodemfase van de 11-jarige zonnecyclus in grote lijnen min of meer dezelfde ontwikkeling toont als de temperatuurontwikkeling op aarde.
{B-6} Tenslotte beschrijft onderstaande video hoe het magnetische veld zich ontwikkeld tijdens opeenvolgende zonnecycli. De horizontale magnetische veldlijnen beschrijven de ontwikkeling van het toroïdale magnetische veld; hiervoor worden aan de linkerzijde een afwisseling van roze en groene cycli getoond. De veldlijnen bij de polen tonen het poloïdale magnetische veld; hiervoor wordt aan de rechterzijde bij de beide polen voortdurend een min of meer tegengesteld kleurenpatroon aangetroffen, welke de verandering van de polariteit beschrijft.
VIDEO 2: De werking van de 22-jarige magnetische zonnecyclus in het perspectief van de zonnedynamo.
Referenties:
Martijn van Mensvoort.
1 – Klimaat brochure ‘Klimaatverandering, Wetenschap en Debat’ – Koninklijke Nederlandse Academie van Wetenschappen (2011).
2 – KNMI: Invloed variaties in zonneactiviteit op het klimaat op aarde – Hirs, G. (1997, Nov 14). Zon en klimaat; invloed variatie zonne-energie op het klimaat. Den Haag.
3 – Max Planck Institute: The Sun is more active now than over the last 8000 years (2004)
4 – Secular total solar irradiance trend during solar cycles 21-23 – R.C. Wilson & A.V. Mordvinov (maart 2003)
5 – Background solar irradiance spectrum at high and low phases of the solar activity cycle – V. Ramió et al. (september 2002)
6 – Solar p modes in 10 years of the IRIS network – D. Salabert et al. (2004)
7 – Re-evaluating the role of solar variability on Northern Hemisphere temperature trends since the 19th century – W. Soon et al. (augustus 2015)
8 – Predicting the Amplitude of a Solar Cycle Using the North-South Asymmetry in the Previous Cycle: II. An Improved Prediction for Solar Cycle 24 – J. Javaraiah (maart 2009)
9 – Surface warming by the solar cycle as revealed by the composite mean difference projection – C.D. Camp & K. Kit Tung (juli 2007)
10 – Wilcox Solar Observatory Polar Field Observations (oktober 2019)
11 – Prediction of the strength and timing of sunspot cycle 25 reveal decadal-scale space environmental conditions – P. Bhowmik & D. Nandy (december 2018)
12 – The solar magnetic field since 1700. II. Physical reconstruction of total, polar and open flux – J. Jiang et al. (februari 2011)
13 – The role of solar forcing upon climate change – B. van Geel et al. (1999)
14 – Increased ionization supports growth of aerosols into cloud condensation nuclei – H. Svensmark et al. (december 2017)
15 – IPCC underestimate the sun’s role in climate change – B. van Geel & P.A. Ziegler (2013)
16 – Fourier analysis of measurements and Earth System Model simulations – S. Henriksson (oktober 2012)
17 – Continental-scale temperature variability during the past two millennia – PAGES 2k network (2013); ruwe temperatuur data voor de individuele continenten wordt gepresenteerd in database S2
18 – Sun’s motion and sunspots – P.D. Jose (april 1965)
19 – Planetary resonances, bi-stable oscillation modes, and solar activity cycles – H.P. Sleeper (april 1972)
20 – Heartbeat of the Sun from Principal Component Analysis and prediction of solar activity on a millenium timescale – V. Zharkova et al. (oktober 2015)
21 – The Role of the Solar Forcing in the 20th century climate change – N.J. Shaviv (2012)
22 – Length of the solar cycle: an indicator of activity closely associated with climate – E. Friis-Christensen & K. Lassen (1991)
23 – Solar Changes and the Climate – J. D’Aleo et al. (maart 2009)
24 – Using the oceans as a calorimeter to quantify the solar radiative forcing – N. Shaviv (2008)
25 – Wikipedia: “Het klimaat is de gemiddelde weerstoestand (temperatuur, windkracht, bedekkingsgraad en neerslag) over een periode van minimaal 30 jaar.”
2 – KNMI: Invloed variaties in zonneactiviteit op het klimaat op aarde – Hirs, G. (1997, Nov 14). Zon en klimaat; invloed variatie zonne-energie op het klimaat. Den Haag.
3 – Max Planck Institute: The Sun is more active now than over the last 8000 years (2004)
4 – Secular total solar irradiance trend during solar cycles 21-23 – R.C. Wilson & A.V. Mordvinov (maart 2003)
5 – Background solar irradiance spectrum at high and low phases of the solar activity cycle – V. Ramió et al. (september 2002)
6 – Solar p modes in 10 years of the IRIS network – D. Salabert et al. (2004)
7 – Re-evaluating the role of solar variability on Northern Hemisphere temperature trends since the 19th century – W. Soon et al. (augustus 2015)
8 – Predicting the Amplitude of a Solar Cycle Using the North-South Asymmetry in the Previous Cycle: II. An Improved Prediction for Solar Cycle 24 – J. Javaraiah (maart 2009)
9 – Surface warming by the solar cycle as revealed by the composite mean difference projection – C.D. Camp & K. Kit Tung (juli 2007)
10 – Wilcox Solar Observatory Polar Field Observations (oktober 2019)
11 – Prediction of the strength and timing of sunspot cycle 25 reveal decadal-scale space environmental conditions – P. Bhowmik & D. Nandy (december 2018)
12 – The solar magnetic field since 1700. II. Physical reconstruction of total, polar and open flux – J. Jiang et al. (februari 2011)
13 – The role of solar forcing upon climate change – B. van Geel et al. (1999)
14 – Increased ionization supports growth of aerosols into cloud condensation nuclei – H. Svensmark et al. (december 2017)
15 – IPCC underestimate the sun’s role in climate change – B. van Geel & P.A. Ziegler (2013)
16 – Fourier analysis of measurements and Earth System Model simulations – S. Henriksson (oktober 2012)
17 – Continental-scale temperature variability during the past two millennia – PAGES 2k network (2013); ruwe temperatuur data voor de individuele continenten wordt gepresenteerd in database S2
18 – Sun’s motion and sunspots – P.D. Jose (april 1965)
19 – Planetary resonances, bi-stable oscillation modes, and solar activity cycles – H.P. Sleeper (april 1972)
20 – Heartbeat of the Sun from Principal Component Analysis and prediction of solar activity on a millenium timescale – V. Zharkova et al. (oktober 2015)
21 – The Role of the Solar Forcing in the 20th century climate change – N.J. Shaviv (2012)
22 – Length of the solar cycle: an indicator of activity closely associated with climate – E. Friis-Christensen & K. Lassen (1991)
23 – Solar Changes and the Climate – J. D’Aleo et al. (maart 2009)
24 – Using the oceans as a calorimeter to quantify the solar radiative forcing – N. Shaviv (2008)
25 – Wikipedia: “Het klimaat is de gemiddelde weerstoestand (temperatuur, windkracht, bedekkingsgraad en neerslag) over een periode van minimaal 30 jaar.”
0 reacties :
Een reactie posten