Bron: ESA.









Een bijdrage van Martijn van Mensvoort.
Samenvatting
Reconstructies voor de wereldwijde temperatuurontwikkeling tonen een opwaarts gerichte oscillatie voor de periode vanaf de 1880s t/m de 1980s. Deze oscillatie is in verband gebracht met natuurlijke variabiliteit en de bijbehorende temperatuurstijging tussen de 1910s en 1940s is meestal in verband gebracht met toegenomen activiteit van de zon.
Zowel de impact van de 11-jarige zonnecyclus [Schwabe cyclus] op de temperatuur als het betrokken natuurkundige mechanisme zijn onvoldoende begrepen.
Hier wordt voor de 22-jarige magnetische zonnecyclus [Hale cyclus] een zeewateroppervlaktetemperatuur impact beschreven van 0,215 °C (0,240 ± 0,06 °C per W/m2); voor de 11-jarige cyclus is de temperatuur impact lager: 0,122 °C (0,149 ± 0,25 °C per W/m2). Ook wordt voor de zeewateroppervlaktetemperatuur [HadSST3] en de minima van de totale zonnestraling [LISIRD TSI] een parallel verloop beschreven na toepassing van een correctie op basis van de 22-jarige cyclus. De correctie heeft betrekking op twee categorieën zonneminima: (1) primaire minima ontstaan tijdens de fase met de magnetische polen in de oorspronkelijke positie en (2) secundaire minima ontstaan tijdens de fase wanneer de polen van positie zijn gewisseld.
Na toepassing van de correctie toont de combinatie van de primaire en secundaire minima voor de periode 1890-1985 een hoge zonnegevoeligheid: 1,143 ± 0,23 °C per W/m2 op basis van een verklaarde variantie van 91%. De impact van lange termijn fluctuaties van de zon blijkt 4,8x groter dan tijdens het korte termijn verloop van de 22-jarige cyclus en 8,4x groter dan tijdens de 11-jarige cyclus. Dit impliceert dat de zon voor een opwarming van 1,07 °C heeft gezorgd tussen het Maunder minimum (eind 17de eeuw) en het meest recente zonneminimum jaar 2017; dit betreft ruim meer dan de helft van de tussentijdse temperatuurstijging van ongeveer 1,5 °C. Het resultaat maakt duidelijk dat de 22-jarige cyclus een cruciale factor vormt om de relatie tussen de activiteit van de zon & temperatuurontwikkeling beter te begrijpen. Het negeren van zowel de 22-jarige cyclus als de versterkende factor voor het TSI signaal van de zon aan top van de atmosfeer leidt tot een onderschatting van de invloed van de zon in klimaatverandering in combinatie met overschatting van de impact van antropogene factoren en broeikasgassen zoals CO2.
INHOUD
Introductie
In 2006 is in een Nederlands wetenschappelijk rapport van het KNMI in samenwerking met het NIOZ vastgesteld dat voorafgaand aan het jaar 1950 de invloed van de mens op de temperatuur verwaarloosbaar klein is geweest1. Dit maakt de periode voorafgaand aan het jaar 1950 bij uitstek geschikt om de invloed van de zon op de temperatuur te bestuderen.
In het huidige onderzoek wordt de invloed van de zon op de zeewateroppervlaktetemperatuur bestudeerd voor de periode 1890-1985. Dit tijdsbestek bevat 3 periodes waarin de temperatuurtrend van richting is veranderd en het bevat in totaal 10 zonneminima jaren. Volgens experts is voorafgaand aan het jaar 1880 onvoldoende data beschikbaar voor een betrouwbare inschatting van de mondiale zeewater oppervlaktetemperatuur van het zeewater; pas na het jaar 1950 is voor de meeste regionen van de wereld de onzekerheidsmarge afgenomen tot een laag niveau2. Tegelijkertijd is van belang dat onder de experts consensus bestaat dat de warmteinhoud van het oceaan systeem waarschijnlijk de beste indicator vormt voor de mondiale opwarming3; logischerwijs vormt de opwarming van de oppervlaktetemperatuur van het zeewater daarom waarschijnlijk een meer relevante indicator dan de opwarming van de atmosfeer. In dit onderzoek wordt voor de zeewateroppervlaktetemperatuur de HadSST3 dataset gebruikt.
Over de invloed van de zon op het klimaat bestaat controverse die betrekking heeft op een breed terrein van aspecten. Voor het temperatuureffect van de 11-jarige zonnecyclus [Schwabe cyclus] variëren de schattingen van minder dan 0,05 °C (nauwelijks registreerbaar)1 tot ruim 0,25 °C4. Echter, op basis van dezelfde hoeveelheid energie wordt bij langere termijn perspectieven een groter temperatuureffect verwacht. Voor een cyclus van 200 jaar is het temperatuureffect 2 tot 4 keer groter dan bij de 11-jarige cyclus t.g.v. met name opeenhoping van energie binnen het oceaan systeem1; voor nog langere periodes is de impact 5 tot 10 keer groter5,6.
De controverse betreft ook het aandeel van de zon in de opwarming van ~0,8 °C in de 20ste eeuw: beschikbare schattingen variëren van 7% (0,056 °C) tot 44-64% (0,35-0,51 °C)7. De samenstelling van de historische dataset voor de totale zonnestraling [TSI] vormt een belangrijk onderdeel van de controverse8. Sinds de jaren ’90 staat zelfs de wetenschappelijke legitimiteit ter discussie in relatie tot de werkwijze die betrokken onderzoeksgroepen hebben gebruikt; onder experts staat de kwestie bekend als de ACRIM-PMOD controverse9. Hierbij zijn grote verschillen van inzicht ontstaan m.b.t. de constructie methode voor de TSI. De veel gebruikte methode van Lean et al. (1995)10 berust op 2 magnetische componenten en resulteert in een beeld waarbij de hoogste TSI waarden eind jaren ’50 worden bereikt; terwijl bijvoorbeeld de methode van Hoyt & Schatten (1993)11 berust op 5 magnetische componenten waarbij de hoogste TSI waarden pas aan het begin van de 21ste eeuw worden bereikt. Dit verklaart waarom de diverse inschattingen m.b.t. de invloed van de zon op het klimaat zowel getalsmatig als fundamenteel in hoge mate verschillen; getalsmatig manifesteert de controverse zich in impact verschillen die oplopen tot in de orde van grootte van bijna een factor 10.
Binnen de klimaatwetenschap bestudeert men de invloed van de zon o.a. m.b.v. de 11-jarige zonnecyclus. Edoch, fundamenteel bezien staat sinds het begin van de vorige eeuw vast dat de 22-jarige zonnecyclus [Hale cyclus] de oorsprong vormt van de 11-jarige cyclus12. Dit is van belang omdat twee opeenvolgende 11-jarige cycli gepaard gaan met structurele verschillen; een voorbeeld hiervan vormt de Gnevyshev-Ohl regel13 die betrekking heeft op het aantal zonnevlekken tussen 2 opeenvolgende maxima.
Het is daarom opmerkelijk dat de 22-jarige cyclus binnen de klimaatwetenschap nauwelijks een rol speelt. In de rapporten van het IPCC wordt de 22-jarige Hale cyclus zelfs überhaupt niet besproken14. Uit beschrijvingen elders in de wetenschappelijke literatuur blijkt dat waarschijnlijk veelal is verondersteld dat de manifestaties van de 22-jarige cyclus niet gevoelig zouden zijn voor de polariteit verandering; echter, het is onduidelijk waarop dergelijke aannames zijn gebaseerd. Want in 2008 is bijvoorbeeld op basis van de 22-jarige cyclus vastgesteld dat sinds het Maunder minimum de koudste fase van de cyclus plaatsvindt (onder invloed van kosmische straling) tijdens de minima die ontstaan wanneer de polariteit positief is, d.w.z. wanneer de magnetische zonnepolen zich in de oorspronkelijke positie bevinden15.
In dit onderzoek is daarom onderscheid gemaakt tussen twee categorieën zonneminima: (1) primaire minima, welke ontstaan tijdens de fase waarbij de magnetische polariteit positief is met de polen in de oorspronkelijke positie; en (2) de secundaire minima, welke ontstaan tijdens de fase waarbij de magnetische polariteit negatief is en de polen van positie zijn gewisseld. Dit is van cruciaal belang omdat trend analyses gericht op de impact van de radiatieve forcering van de zon meestal zijn gebaseerd op zonneminima jaren, omdat rekening dient te worden gehouden met de fase van de zonnecyclus. De reden hiervoor betreft concreet het feit dat de minima zowel “meer stabiel” als “meer relevant” zijn dan de maxima14. In termen van de betrokken natuurkundige processen blijkt dit bijvoorbeeld uit dat het aantal zonnevlekken en zonnefakkels relatief klein is tijdens de minima; dit betreft de twee magnetische componenten in de methode van Lean die ook de grondslag vormen van de LISIRD TSI dataset die in dit onderzoek is gebruikt. Dit komt omdat de maxima gepaard gaan met relatief grote fluctuaties waarover bovendien meer onzekerheid bestaat dan bij de minima omdat het resultaat bij de maxima sterker dan bij de minima afhankelijk is van de magnetische componenten die bij de reconstructie zijn gebruikt10,11. Dit verklaart tevens de relevantie van de keuze om in dit onderzoek het perspectief van de zonneminimum jaren als belangrijkste referentiepunt te gebruiken bij het bestuderen van de klimaatimpact van de 22-jarige magnetische zonnecyclus.
Resultaten
Hier is gebruik gemaakt van de LISIRD TSI dataset16; dit betreft geen “officiële” TSI doch
deze dataset bevat in de ogen van de auteur (LASP hoofdonderzoeker Dr. Greg Kopp) wel    de beste waarden die beschikbaar zijn voor de experts. Voor het pre-satelliettijdperk maakt de LISIRD gebruik van de SATIRE-T TSI dataset in combinatie met enkele “verfijningen”17 en voor het satelliettijdperk (vanaf 1978) is de LISIRD gebaseerd op de Community-Consensus TSI Composite18. Voor de zeewateroppervlaktetemperatuur is gebruik gemaakt van de HadSST3 dataset van het Hadley Centre19.
Op basis van de Hale cyclus wordt eerst de correlaties tussen de TSI en de                          zeewateroppervlaktetemperatuur beschreven. Op basis van de periode rond de minima jaren 1890 t/m 1985 volgt een temperatuurprofiel waarmee de zonnegevoeligheid tijdens het verloop van de 22-jarige Hale cyclus is berekend (+ het profiel voor de 11-jarige Schwabe cyclus). Daarna volgt op basis van de minima jaren een beschrijving van de zonnegevoeligheid voor het lange termijn perspectief. Hierbij is onderscheid gemaakt tussen: (1) primaire minima ontstaan tijdens de fase met de magnetische polen in de oorspronkelijke positie; (2) secundaire minima ontstaan tijdens de fase wanneer de polen van positie zijn gewisseld.
• Totale zonnestraling (TSI) & temperatuur correleren hoger tijdens minima dan tijdens maxima
Figuur 1 beschrijft voor de TSI en de zeewateroppervlaktetemperatuur een stabiele correlatie (r = 0,42) met dezelfde omvang voor zowel de periode 1890-1985 als de periode 1880-2018. Echter, bij zowel de minima als de maxima van de zonnecyclus liggen de correlaties op een aanzienlijk hoger niveau; conform de verwachting15 is de impact van het effect voor de individuele fasen het grootst bij de minima.
Bovendien blijken de correlaties bij zowel de primaire & secundaire minima als bij de primaire & secundaire maxima een nog hoger niveau te bereiken t.o.v. de alle jaren tezamen. Voor de periode 1880-1985 worden bij zowel de primaire minima als de secundaire minima zelfs zeer hoge correlaties aangetroffen met bijna dezelfde waarde; bij de primaire en secundaire maxima worden dezelfde correlatie waarde aangetroffen. Hieruit blijkt dat tijdens het verloop van de 22-jarige cyclus de fluctuatie van de TSI-temperatuur correlatie een hoge mate van regelmaat toont.
De structureel hogere correlaties bij de primaire en secundaire minima series (t.o.v. de combinatie van beide series) is gerelateerd aan de Gnevyshev-Ohl regel; de impact is in figuur 1 bij zowel de TSI minima als de TSI maxima zichtbaar gemaakt met behulp van de onderbroken groene curves.
Lees hier verder