Wenn die Energie der Sonne während des 11-jährigen Sonnenzyklus nur um 0,1 Prozent variiert, könnte eine so kleine Variation zu großen Veränderungen der Wettermuster auf der Erde führen? Ja, sagen Forscher des Nationalen Zentrums für Atmosphärenforschung (NCAR), die in ihrer Studie mehr als ein Jahrhundert Wetterbeobachtungen und drei leistungsstarke Computermodelle verwendet haben. Sie fanden subtile Verbindungen zwischen dem Sonnenzyklus, der Stratosphäre und dem tropischen Pazifik, die synchron arbeiten, um periodische Wettermuster zu erzeugen, die einen Großteil der Welt betreffen. Wissenschaftler sagen, dass dies dazu beitragen wird, die Intensität bestimmter Klimaphänomene wie des indischen Monsuns und des tropischen pazifischen Niederschlags Jahre im Voraus vorherzusagen.
„Die Sonne, die Stratosphäre und die Ozeane sind auf eine Weise miteinander verbunden, die Ereignisse wie Winterregen in Nordamerika beeinflussen kann“, sagt der NCAR-Wissenschaftler Gerald Meehl, der Hauptautor. "Das Verständnis der Rolle des Sonnenzyklus kann zusätzliche Erkenntnisse liefern, wenn Wissenschaftler daran arbeiten, regionale Wettermuster für die nächsten Jahrzehnte vorherzusagen."
Die neue Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen den Auswirkungen der Sonne auf zwei scheinbar nicht verwandte Regionen. Chemikalien in der Stratosphäre und die Meeresoberflächentemperaturen im Pazifik reagieren während des Sonnenmaximums auf eine Weise, die den Einfluss der Sonne auf einige Aspekte der Luftbewegung verstärkt. Dies kann Winde und Niederschläge verstärken, die Meeresoberflächentemperaturen und die Wolkendecke über bestimmten tropischen und subtropischen Regionen verändern und letztendlich das globale Wetter beeinflussen.
Das Team bestätigte zunächst eine frühere Theorie, dass der leichte Anstieg der Sonnenenergie während der Spitzenproduktion von Sonnenflecken vom stratosphärischen Ozon absorbiert wird. Die Energie erwärmt die Luft in der Stratosphäre über den Tropen, wo das Sonnenlicht am intensivsten ist, und stimuliert gleichzeitig die Produktion von zusätzlichem Ozon, das noch mehr Sonnenenergie absorbiert. Da sich die Stratosphäre ungleichmäßig erwärmt und die stärkste Erwärmung in niedrigeren Breiten auftritt, werden die stratosphärischen Winde verändert und verstärken durch eine Kette miteinander verbundener Prozesse den tropischen Niederschlag.
Gleichzeitig führt das erhöhte Sonnenlicht am Sonnenmaximum zu einer leichten Erwärmung der Oberflächengewässer des Ozeans im subtropischen Pazifik, wo sonnenblockierende Wolken normalerweise selten sind. Diese geringe Menge an zusätzlicher Wärme führt zu mehr Verdunstung und erzeugt zusätzlichen Wasserdampf. Die Feuchtigkeit wird wiederum von Passatwinden in die normalerweise regnerischen Gebiete des westlichen tropischen Pazifiks transportiert, was zu stärkeren Regenfällen führt und die Auswirkungen des stratosphärischen Mechanismus verstärkt.
Der Top-Down-Einfluss der Stratosphäre und der Bottom-Up-Einfluss des Ozeans wirken zusammen, um diese Schleife zu intensivieren und die Passatwinde zu stärken. Wenn mehr Sonnenschein auf trockenere Gebiete trifft, verstärken sich diese Änderungen gegenseitig, was zu weniger Wolken in den Subtropen führt, wodurch noch mehr Sonnenlicht auf die Oberfläche gelangt und eine positive Rückkopplungsschleife erzeugt wird, die die Klimareaktion weiter verstärkt.
Diese stratosphärischen und ozeanischen Reaktionen während des Sonnenmaximums halten den äquatorialen Ostpazifik noch kühler und trockener als gewöhnlich und erzeugen Bedingungen ähnlich einem La Nina-Ereignis. Die Abkühlung von etwa 1 bis 2 Grad Fahrenheit ist jedoch weiter östlich als in einem typischen La Nina konzentriert, nur etwa halb so stark und mit unterschiedlichen Windmustern in der Stratosphäre verbunden.
Die Reaktion der Erde auf den Sonnenzyklus dauert ein oder zwei Jahre nach der höchsten Sonnenfleckenaktivität an. Das durch das Sonnenmaximum ausgelöste La Nina-ähnliche Muster entwickelt sich tendenziell zu einem ähnlichen Muster wie El Nino, da langsam fließende Strömungen das kühle Wasser über dem östlichen tropischen Pazifik durch wärmeres Wasser ersetzen. Die Ozeanreaktion ist nur etwa halb so stark wie bei El Nino und die verzögerte Wärme ist nicht so konsistent wie das La Nina-ähnliche Muster, das während der Spitzen im Sonnenzyklus auftritt.
Das Sonnenmaximum könnte möglicherweise ein echtes La Nina-Ereignis verbessern oder ein echtes El Nino-Ereignis dämpfen. Die La Nina von 1988-89 trat nahe dem Höhepunkt des Sonnenmaximums auf. Dass La Nina ungewöhnlich stark wurde und mit erheblichen Veränderungen der Wetterbedingungen verbunden war, wie zum Beispiel einem ungewöhnlich milden und trockenen Winter im Südwesten der Vereinigten Staaten.
Der indische Monsun, die Oberflächentemperaturen und Niederschläge im Pazifik sowie andere regionale Klimamuster werden hauptsächlich von aufsteigender und sinkender Luft in den Tropen und Subtropen der Erde bestimmt. Daher könnte die neue Studie Wissenschaftlern helfen, mithilfe von Sonnenzyklusvorhersagen abzuschätzen, wie sich diese Zirkulation und die damit verbundenen regionalen Klimamuster in den nächsten ein oder zwei Jahrzehnten ändern könnten.
Das Team verwendete drei verschiedene Computermodelle, um alle Variablen zu untersuchen, und jedes kam zu dem gleichen Ergebnis, dass selbst eine kleine Variabilität der Sonnenenergie tiefgreifende Auswirkungen auf die Erde haben könnte.
„Mit Hilfe einer erhöhten Rechenleistung und verbesserter Modelle sowie Beobachtungsentdeckungen entdecken wir mehr darüber, wie sich die Mechanismen verbinden, um die Variabilität der Sonne mit unserem Wetter und Klima zu verbinden“, sagt Meehl.
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden im Journal veröffentlicht Wissenschaft.
