|

30 Maart 2021

IPCC dataset voor de zon verklaart in combinatie met vulkanisme ruim de helft van de opwarming sinds 1815 tijdens het Dalton minimum

Na een fase correctie van 30 jaar toont de IPCC AR5 dataset voor de totale zonnestraling [TSI] in combinatie met een index voor vulkanische activiteit, vanaf 1741 een correlatie van 0,92 met de mondiale temperatuur ontwikkeling (volgens het 2 Degrees Institute) op basis van het 22-jarig voortschrijdend gemiddelde

Martijn van Mensvoort

De zon levert bijna alle energie die het klimaatsysteem van de aarde aandrijft. Binnen het perspectief van klimaatverandering is het daarom van belang om de fluctuaties in de totale zonnestraling aan de top van de atmosfeer zorgvuldig te bestuderen. Omdat de relatie tussen de temperatuur en de belangrijkste cyclus van de zon (de 22-jarige Hale cyclus) onvoldoende wordt begrepen is hier gekozen voor een analyse gericht op het 22-jarige voortschrijdend gemiddelde van de volgende 6 factoren: de mondiale temperatuur & CO2 [2 Degrees Institute], drie verschillende TSI datasets [NRLTSI2, SATIRE SandT en LISIRD] en een index voor vulkanisme [ICI global AOD]. Vervolgens wordt voor de TSI dataset die in het meest recente uitgebreide klimaatrapport van het IPCC is gebruikt (SATIRE SandT vormt de basis voor de TSI in AR5, 2013) aangetoond dat deze na een fase correctie van 30 jaar in combinatie met vulkanisme ruim de helft van de mondiale opwarming verklaard die sinds 1815 tijdens het Maunder minimum is ontstaan. De combinatie van de zon en vulkanisme toont hierbij bovendien voor de periode vanaf 1741 een hoge correlatie (0,92) met de temperatuur. Tenslotte volgt een beschrijving van de belangrijkste variaties tussen de nieuwste generatie TSI datasets, welke bekend staan onder de namen CHRONOS (semi-empirisch) en EMPIRE (empirisch). Hierbij zal blijken dat onder expert astronomen tenminste sinds 2011 bekend is dat er nooit consensus is ontstaan over de omvang van de invloed van de zon op de aarde, doch sinds tenminste 2012 is al bekend dat de zon mogelijk via een vertraagd effect een flinke impact kan hebben gehad op de ontwikkeling van de mondiale temperatuur tot in de 21ste eeuw.

In recente rapporten van expert astronomen staat beschreven dat er geen consensus bestaat over de amplitude van de totale zonnestraling [TSI] sinds het Maunder minimum rond het einde van de 17de eeuw [Egorova et al., 2018]; schattingen zaten anno 2016 nog in een bandbreedte van 0,6-3,0 W/m2 [Dudok de Wit et al., 2016] maar deze lijkt anno 2020 inmiddels gereduceerd tot 1,3-2,7 W/m2 [Yeo et al., 2020]. Tevens bestaat er geen consensus over het verloop van de variaties die in de tussentijd zijn ontstaan [Yeo et al., 2017]; hier variëren de schattingen van een daling van 0,75 W/m2 tot een stijging van 6,3 W/m2 [Yeo et al., 2020]. De verschillen tussen de diverse TSI datasets zijn dus relatief groot; dit verklaart tevens waarom het gewicht dat aan de rol van de zon in klimaatverandering kan worden toegedicht sterk varieert per dataset [Haigh, 2007].

In aanloop naar het volgende uitgebreide klimaatrapport van het IPCC (AR6) gebruiken klimaatmodelleurs voor de TSI de gemiddelde waarde van de NRLTSI2 (dit betreft een empirisch model) en de SATIRE (dit betreft een semi-empirisch model) [Matthes et al., 2017, Kopp & Shapiro, 2021]. In dit onderzoek is tevens gebruik gemaakt van de LISIRD, welke fungeert als een TSI tijdreeksplot die werd ontwikkeld om te worden gebruikt door het IPCC [Kopp, 2020].

---

In het perspectief van de afgelopen 4 eeuwen tonen zon en temperatuur tonen beide een multidecennium oscillatie

Door gebruik te maken van het 22-jarig voortschrijdend gemiddelde wordt de impact van de Hale cyclus geneutraliseerd. Figuur 1 beschrijft het 22-jarig voortschrijdend gemiddelde voor drie TSI datasets [NRLTSI2, SATIRE SandT en LISIRD] in combinatie met een AOD vulkanische index [ICI global AOD] en de datasets voor de mondiale temperatuur en CO2 die door het 2 Degrees Institute worden gepresenteerd. Tevens beschrijft figuur 1 de TSI dataset in IPCC AR5 (deze dataset is gebaseerd op de SATIRE SandT) plus de GISTEMP v4 dataset (dit betreft de temperatuur dataset van de NASA). Het 22-jarig voortschrijdend gemiddelde van de TSI dataset van het IPCC toont tussen 1750 en 2000 een variatie met een bandbreedte van ongeveer 1 W/m2.

Figuur 1 toont de kern van het dilemma dat bestaat binnen in de klimaatwetenschap. Enerzijds toont de mondiale temperatuur een sterke correlatie met CO2. Anderzijds tonen zowel de mondiale temperatuur als alle TSI datasets een multi-decennium oscillatie, welke afwezig is in de ontwikkeling van CO2.

---

Figuur 1 (1610-2020): 22-jarig voortschrijdend gemiddelde van 4 datasets voor de totale zonnestraling (TSI aan de top van de atmosfeer), 2 datasets voor de mondiale temperatuur en een vulkanisme index (+ de onderlinge correlaties). De TSI dataset van het IPCC toont tussen 1750 en 2000 een variatie van 1 W/m2. De relatief hoge TSI waarden bij de LISIRD in de periode voor 1885 zijn het gevolg van het gebruik van de SILSO data, welke sinds 2015 bekend staat als de opvolger van de 'zonnevlekkengroepnummers' die in 1998 werden geintroduceerd [Kopp et al., 2016]; overigens, de SILSO data wordt niet gebruikt in het volgende klimaatrapport van het IPCC (AR6) [Matthes et al., 2017]. Voor meer details (inclusief de jaarwaarden van de oorspronkelijke datasets), zie: Excel data file.

---

Van belang is ook dat volgens het 2013 klimaatmodel van het IPCC (zie figuur 2) vanaf 1970 de totale antropogene radiatieve forcering (RF) met ongeveer de helft (~50%) sterker is gegroeid dan de RF t.g.v. CO2. Dit impliceert dat m.b.t. figuur 1 de sterke opwaartse beweging van de temperatuur en CO2 geenszins 1-op-1 direct met elkaar in verband kunnen worden gebracht; immers, de impact van de totale antropogene RF is aanzienlijk groter dan de RF t.g.v. CO2. Bovendien toont zowel de totale RF als de totale antropogene RF vanaf 1750 een opwaarts gericht verloop zonder een oscillerende beweging; vulkanisme zorgt hierbij enkel voor kortdurende interrupties in de trend. Het IPCC model suggereert o.a. dat de temperatuur in de periode 1883-1893 duidelijk lager zou behoren te liggen dan in de periode 1750-1780 het geval is geweest; echter, uit figuur 3 blijkt dat de empirische temperatuur data het omgekeerde beeld toont.

---

Figuur 2: IPCC model voor de radiatieve forcering [IPCC, 2013]; de inschatting voor de zonneforcering is gebaseerd op een vergelijking tussen de zonneminimum jaren 1745 en 2008 (waarbij o.a. is gekeken naar de gemiddelde waarden over een periode van 7 jaar). In de rapporten van het IPCC wordt anno 2021 geen rekening gehouden met niet-lineaire verbanden, zoals faseverschillen [Dudok de Wit et al., 2016].

---

Opvallend is tevens dat binnen het denkkader van het IPCC m.b.t. de RF t.g.v. de zon is veronderstelt dat deze slechts een (zeer) kleine invloed heeft, met fluctuaties over een periode van een decennium in de orde van grootte van 0,2 W/m2). Door betrokken klimaatmodelleurs is onderkend dat de atmosfeer van de aarde mogelijk verantwoordelijk is voor het ontstaan van een versterkende factor voor de activiteit van de zon [Dudok de Wit et al., 2016]. Bekend is dat het signaal van de zon in het bovenste deel van de stratosfeer een temperatuureffect veroorzaakt in de orde van 3 °C; in het bovenste deel van de mesosfeer gaat het zelfs om een temperatuureffect in de orde van 3°C tot 50 °C [Dudok de Wit et al., 2016]. Experts onderkennen tevens dat de versterkende factor ook in de troposfeer (waarin wij leven) aanzienlijk is en waarschijnlijk een waarde heeft die in de orde van grootte ligt van de bandbreedte 2 tot 4. Ook is bekend dat de versterkende factor voor natuurlijke invloeden waarschijnlijk aanzienlijk groter is dan de versterkende factor voor antropogene invloeden, zie figuur 3 [Haigh, 2007].

In de klimaatmodellen van het IPCC is daarentegen veronderstelt dat deze versterkende niet bestaat omdat er geen consensus bestaat over de omvang. Dit mag opmerkelijk worden genoemd omdat de onzekerheid m.b.t. de antropogene invloeden wel in de klimaatmodellen is verrekend; dit verklaart o.a. waarom aan de klimaatgevoeligheid van CO2 een grote bandbreedte is toegekend. Logischerwijs betekent dit dat de invloed van de zon binnen het denkkader van het IPCC structureel is onderschat (naast de versterkende factor en niet-lineaire verbanden wordt ook de fundamenteel belangrijkste cyclus van de zon over het hoofd gezien want de 22-jarige Hale cyclus is anno 2020 nog nooit genoemd in de rapporten van het IPCC) en de invloed van CO2 wordt daarom waarschijnlijk overschat. De 22-jarige Hale cyclus vormt de basis van een dubbele 11-jarge Schwabe cyclus, welke beter bekend staat als de zonnevlekkencyclus.

---

Figuur 3: [rechter panel, Haigh, 2007] Empirische data binnen het klimaat systeem wijst in de richting van het bestaan van een versterkende factor die waarschijnlijk een hogere impact heeft voor natuurlijke invloeden (zoals de zon) dan voor antropogene invloeden (waaronder CO2). [linker panel, White et al., 1997] Door White is de inschatting gemaakt dat de klimaatgevoeligheid van de zeewateroppervlaktetemperatuur t.g.v. de TSI aan de top van de atmosfeer in de orde ligt van 0,2-0,4 °C per W/m2 (omgerekend naar het aardoppervlak op basis van de rekenmethode van het IPCC impliceert dit een amplitude waarde van 0,04-0,07 °C per W/m2); tevens wordt gesproken over faseverschillen tussen de zon en de temperatuur die voor het interdecennium signaal (op basis van de Hale cyclus) kunnen oplopen tot een bovengrens van maximaal 7 jaar voor een vertraagde temperatuur respons. De TSI data onderaan in het linker panel van figuur 3 toont het decenium signaal (op basis van de Schwabe cyclus); het verloop komt bij benadering sterk overeen met de IPCC TSI data voor de periode 1955-1995 in figuur 1. Een vergelijking gericht op de ontwikkeling van de temperatuur data in figuur 1 en figuur 3 maakt duidelijk dat de mondiale temperatuur in de periode 1955-1995 aanzienlijk harder is gestegen dan de zeewateroppervlaktetemperatuur (global ocean).

---

Feitelijk bestaat onder expert astronomen geen consensus over zowel de omvang- als ook de invloed van de fluctuaties van de zon op het klimaat van de aarde. In het RF model van het IPCC is de invloed van de zon ongeveer een factor ~6 (= 17,5%) kleiner voorgesteld dan de TSI aan de top van de atmosfeer op basis van de bolvorm van de aarde en de Albedo factor. Deze berekening is op zichzelf correct, doch de impact van deze berekening zou niet los behoren te zijn gekoppeld van de discussie m.b.t. de omvang van de versterkende factor. Bovendien wordt in de laatste paragraaf beschreven dat volgens de semi-empirische CHRONOS modellen de fluctuaties in het signaal van de zon sinds het Maunder minimum mogelijk een orde van grootte hoger zijn geweest dan wat de IPCC TSI dataset (op basis van de SATIRE SandT) beschrijft. De absolute omvang van het TSI signaal omgerekend naar het oppervlak van de aarde vormt daarom geenszins een solide argument om te veronderstellen dat de invloed van de zon op de ontwikkeling van de mondiale temperatuur afgelopen 4 eeuwen gering moet zijn geweest.

T.a.v. figuur 1 is ook van belang om te onderkennen dat m.b.t. de periode rond het Dalton minimum een combinatie van respectievelijk vulkanisme en de zon verantwoordelijk kan zijn geweest voor het ontstaan van de temperatuurdip in de periode tussen 1800 en 1850. Opvallend is hierbij dat deze temperatuurdip parallel lijkt te zijn ontstaan met een dip in de activiteit van de zon als ook met een piek in vulkanische activiteit; daarentegen wordt bij zowel het Maunder minimum als het Moderne minimum de bodem van de temperatuurdip pas enkele decennia na de dip in de activiteit van de zon aangetroffen. De volgende paragraaf presenteert het resultaat van een analyse waarbij rekening is gehouden met de mogelijkheid van het bestaan van een (stabiel) faseverschil tussen de mondiale temperatuur en de activiteit van de zon op basis van de dataset die in het IPCC AR5 rapport (2013) is gebruikt.

---

Na een fase-correctie toont de zon in combinatie met vulkanisme dezelfde oscillatie als de temperatuur

M.b.v. een lineaire regressie analyse (uitgevoerd m.b.v. PSPP software) is op basis van de periode tussen 1750 en 1900 onderzocht in hoeverre vulkanisme in combinatie met een vertraagde impact van de zon het verloop van de temperatuur kan verklaren. De keuze om hierbij te werken op basis van data t/m 1900 is erop gericht om de invloed van antropogene RF te beperken. Figuur 2 suggereert dat deze keuze verantwoord is omdat volgens het RF model van het IPCC pas vanaf ongeveer 1914 de totale RF een (duidelijke) positieve waarde behoud gedurende een opeenvolgende periode met een lengte die langer is dan de 11-jarige zonnevlekkencyclus.

---

Figuur 4: Na een fase-correctie van 30 jaar verklaart de zon in combinatie met vulkanisme ruim de helft (50,7%) van de opwarming die sinds 1815 tijdens het Dalton minimum is ontstaan. [Het TSI gewicht van 0,465 is van toepassing op de TSI waarden na aftrek van 1360 W/m2, zie: Excel data file]

---

Figuur 4 toont het resultaat van de regressieanalyse. Uit figuur 4 blijkt dat vulkanisme in combinatie met een 30-jarige vertraging in het cumulatieve effect van de zon op basis van de dataset van het IPCC het temperatuur verloop in de periode 1741-1900 grotendeels kan verklaren. Tevens blijkt dat het model zowel in de periode voorafgaand aan 1741 als de periode na 1900 de richting van de temperatuurontwikkeling volgt. T/m het jaar 1927 kan het temperatuur verloop geheel worden verklaard door de combinatie van de zon en vulkanisme. Pas vanaf 1980 toont de temperatuurontwikkeling aanhoudende opwarming bovenop de gestage natuurlijke opwarming t.g.v. de combinatie van de zon en vulkanisme. De combinatie van de zon en vulkanisme verklaart ruim de helft (50,7%) van de opwarming die vanaf 1815 tijdens het Dalton minimum is ontstaan. Bovendien blijkt de combinatie van de vertraagde zon in combinatie met een afname van vulkanisme vanaf de midden jaren '80 pas in de 21ste eeuw de hoogste bijdrage te hebben geleverd aan de opwarming. Dit resulteert in een correlatie van 0,92 voor de periode vanaf 1741 waarbij 85% van de variantie van de temperatuur is verklaard op basis van dit verband.

---

Er bestaat geen consensus onder expert astronomen over de invloed van de zon op het klimaat

Figuur 1 heeft o.a. duidelijk gemaakt dat de verschillen tussen TSI datasets relatief groot zijn. Net als de LISIRD TSI dataset zijn ook de moderne CHRONOS modellen op de in België vervaardigde SILSO data gebaseerd - welke buiten beschouwing wordt gehouden in het volgende klimaatrapport van het IPCC (AR6) dat in 2022 wordt verwacht. De CHRONOS modellen (zie figuur 5) maken duidelijk dat de invloed van de zon op het klimaat mogelijk ruim een orde van grootte hoger is dan binnen het denkkader van het IPCC (SATIRE & NRL in figuur 5) is verondersteld. Opvallend is hierbij dat CHRONOS variant MU16 (gebaseerd op het Koolstof-14 isotoop) een beeld toont waarbij de hoogste waarde pas halverwege het 2de decennium van de 21ste eeuw wordt bereikt, ongeveer 1 jaar voorafgaand aan het mondiale temperatuurrecordjaar 2016. Van belang is hierbij dat de impact van de CHRONOS modellen t.o.v. de meer conservatieve modellen voor de noordelijke hemisfeer gepaard gaat met een temperatuurverschil in de orde van 0,3°C tot 0,4°C [Yeo et al., 2020]. In tegenstelling tot de semi-empirische CHRONOS modellen wordt bij de empirische EMPIRE modellen naast de TSI ook gebruik gemaakt van de SSI (Solar Spectrum Irradiance) [Yeo et al., 2017].

---

Figuur 5: zes datasets voor de totale zonnestraling; voor de periode vanaf het Maunder minimum tot het 2008 minimum tonen alle CHRONOS modellen [Egorova et al., 2018] een aanzienlijk grotere toename van de TSI dan bij de SATIRE (SATIRE-T) en NRL (NRLSSI2) het geval is.

---

Vanuit de astronomie is al sinds 2011 een apel gedaan gericht op klimaatmodelleurs om de onzekerheden rond de invloed van de zon op het klimaat door te rekenen in de klimaatmodellen, welke indertijd in de orde van ~50% werden geschat [Shapiro et al., 2011]. Desondanks is in het meest recente uitgebreide klimaatrapport AR5 [IPCC, 2013] de impact van slechts 1 TSI model (SATIRE SandT) doorgerekend, zonder dat hierbij op enigerlei wijze rekening is gehouden met de genoemde onzekerheden. Daarnaast is het bestaan van de belangrijkste cyclus van de zon (22-jarige Hale cyclus) is in de rapporten van het IPCC nooit benoemd en er is tot op heden ook geen rekening met de invloed van faseverschillen tussen de activiteit van de zon en de ontwikkeling van de mondiale temperatuur. De klimaatmodellen in AR5 houden geen rekening met de invloed van niet-lineaire verbanden tussen de zon en de temperatuur [Dudok de Wit et al., 2016].

Echter, het oceaan systeem (dat cycli toont met een lengte in de orde van 2000 jaar) en gletsjers vormen natuurlijke buffersystemen binnen het klimaatsysteem; hiermee kan een vertraagde impact van de zon op de temperatuur tenminste deels worden verklaard. Het bestaan van faseverschillen in de orde van 20 jaar tussen de zon en gletsjers werd reeds in 2010 beschreven door een autoriteit op het terrein van zonnevlekken [Weiss, 2010]. Tevens werd recent door een Nederlandse groep van astronomen voor het eerst gewezen op de mogelijkheid dat de omvang van het faseverschil mogelijk een variabiliteit kan tonen in de orde van 16 jaar [de Jager et al., 2020].

---

Figuur 6: Vier verschillende mathematische modellen die het ontstaan beschrijven van een vertraagde zonneforcering (RF) t.g.v. de relatief snelle toename van zonnestraling (roze curve) in de 1ste helft van de 20ste eeuw [Rypdal, 2012]. Van belang is hierbij vooral dat deze modellen rekening houden met een vertraagde impact van veranderingen in de TSI die in verband worden gebracht met oceaan dynamiek (in termen van transfer van warmte tussen de verschillende oceaanlagen); de oranje curve toont een theoretisch 'schaal-vrije respons' (scale-free response) model [Rypdal & Rypdal, 2014]. Hierbij is een TSI gebruikt met een dynamiek die bij benadering overeenkomsten toont met de CHRONOS modellen die zijn afgebeeld in figuur 5.

---

Andere onderzoekers beschrijven een vertraagde temperatuur respons (0,1 °C) in de 2de helft van de 20ste eeuw, welke is ontstaan door de relatief sterke toename in de trend van de zonnestraling in de 1ste helft van de 20ste eeuw [Dudok de Wit et al., 2016] - zie figuur 6. Dit impliceert het bestaan van een instabiel faseverschil tussen de zon en de temperatuur dat een tijdspanne in de orde van een halve eeuw (dit fenomeen zit ook verwerkt in het panel met de temperatuur respons van de zon voor de periode 1880-2010 in figuur 7a). De beschreven voorbeelden waarin faseverschillen een rol spelen kunnen in perspectief worden gezet van de optie waarbij de TSI zelf kan worden gebruikt om te fungeren als een model voor de stralingsforcering (RF) van de zon [Dudok de Wit et al., 2016].

Uit figuur 7 blijkt dat vooral de opwarming vanaf 1965 niet is te verklaren door de combinatie van de zon en vulkanisme. Ofschoon, ook de langdurig neerwaartse temperatuurontwikkeling in de periodes tussen 1880-1910 en 1940-1965 niet door het model worden verklaard; het model in figuur 7 verklaart dus niet het ontstaan van de oscillerende ontwikkeling van de temperatuur zoals beschreven in figuur 1. Echter, in tegenstelling tot het model in figuur 7 suggereert het RF-model in AR5 [IPCC, 2013] zelfs dat de zon sinds 1750 geen rol van betekenis zou hebben gespeeld bij de tussentijdse temperatuur fluctuaties t.g.v. klimaatverandering.

---

Figuur 7a: Radiatieve forcering in de periode 1000-1979 en 1880-2010 voor de zon, vulkanisme, antropogeen en totaal op basis van een schaal-vrije respons model [Rypdal & Rypdal, 2014]. Dit forcerings model is gebaseerd op de dataset van Hansen et al. (2011) waarin op basis van de TSI data van de Frölich & Lean - welke bekend staan als de auteurs van de (controversiële) PMOD dataset voor het satelliettijdperk [Scafetta et al., 2019] - geen rekening wordt gehouden met de invloed van niet-lineaire effecten, noch met het bestaan van versterkende factoren, noch is het model in staat om de multi-decennium oscillatie te reproduceren. Bovendien wordt in de dataset van Hansen doelgericht gewerkt met een hypothese m.b.t. de invloed van antropogene aerosolen (gericht op het neutraliseren van de exponentiële groei van antropogene broeikasgassen) terwijl hiervoor anno 2021 nagenoeg nog steeds geen empirische data beschikbaar is. Dit model wordt ook gepresenteerd in Dudok de Wit et al. (2016). Voor de periode 1700-2010 vanaf het Maunder minimum wordt de forcering t.g.v. de zon in verband gebracht met een temperatuurstijging in de orde van 0,45 °C; voor de periode 1750-2010 gaat het hierbij om ongeveer 0,35 °C terwijl in het model van het IPCC de impact van de forcering t.g.v. de zon voor de periode 1750-2012 nihil is, namelijk ~33x kleiner dan de RF toegeschreven aan CO2 (zie figuur 2). De getoonde temperatuurgrafiek voor de periode 1000-1980 (welke een beeld toont waarbij de temperatuur vanaf vanaf het Spörer minimum in de 2de helft van de 16de eeuw aan een oscillerende opgaande beweging is begonnen) heeft enkel betrekking op het noordelijke halfrond [Mohberg et al. (2005)].

Figuur 7b: De radiatieve forcering van de zon met de bijbehorende temperatuur respons voor zowel de periode 1000-1980 (links) als 1880-2010 (rechts). Op basis van een schaal-vrije respons model wordt voor de periode 1700-2010 t.g.v. de forcering van de zon een totale temperatuur respons van ongeveer 0,45 °C aangetroffen (0,35 °C voor de periode 1750-2010), waarbij is verondersteld dat een versterkende factor voor het signaal van de zon ontbreekt in het klimaatsysteem [Rypdal & Rypdal, 2014]. Op basis van het 22-jarige voortschrijdend gemiddelde in figuur 1 kan worden gesteld dat de temperatuur tussen 1700 en 2010 met ongeveer 1,25 °C is gestegen (1,15 °C voor de periode 1750-2010). Elders zijn ook modellen beschikbaar voor de radiatieve forcering op basis van de SSI [Wen et al., 2017].

---

Een andere complicatie vormt het statistische feit dat de zonneminima opvallend sterke correlaties tonen tussen de TSI en de temperatuur [van Mensvoort, 2020]. Bij de LISIRD dataset toont dit fenomeen opmerkelijke proporties op basis van de Hale cyclus minima: bijna de helft van de opwarming sinds 1685 tijdens het Maunder minimum kan op basis van de positieve Hale cyclus minima worden verklaard door de zon. Het lijkt daarom verstandig om rekening te houden met de mogelijkheid dat faseverschillen tussen de zon en de temperatuur ook kunnen ontstaan op basis van een dynamiek die specifiek samenhangt met spectrale verschillen m.b.t. hoe de atmosfeer de zonnestraling verwerkt. Van UV-straling is bijvoorbeeld bekend dat deze een relatief groot gewicht (60% ontstaan t.g.v. zonnestraling met een golflengte kleiner dan 400 nanometer) heeft bij de zonnemaxima terwijl deze hoogfrequente straling vrijwel geheel in de stratosfeer wordt geabsorbeerd waardoor deze het aardoppervlak vrijwel geheel niet kan bereiken - dit fenomeen speelt tevens een rol bij het eerder genoemde temperatuur effect van 3 °C in de stratosfeer t.g.v. de 11-jarige zonnecyclus.

Nadat eerder werd aangetoond voor de LISIRD TSI dat de zonneminima op basis van de Hale cyclus bijzonder sterke correlaties tonen voor de activiteit van de zon en de temperatuur van zowel het oceaanwater als de atmosfeer, is hier aangetoond dat een effect met een vergelijkbare impact wordt aangetroffen bij de TSI dataset van het AR5 [IPCC, 2013] nadat rekening is gehouden met een 30-jarig faseverschil tussen enerzijds het signaal van de zon en anderzijds de temperatuur (+ vulkanisme).

Tot slot, hierboven is duidelijk is geworden dat klimaatmodeleurs rekening kunnen houden met de mogelijkheid dat de zon n.a.v. het recente Grand Solar Maximum (dat zich in de 2de helft van de 20ste eeuw heeft aangediend) een vertraagde impact kan hebben die in potentie een halve eeuw in beslag kan gaan nemen. De dynamiek beschreven in figuur 4 is consistent met de dynamiek beschreven in figuur 7b op basis van het werk van Rypdal & Rypdal (2014); de totale temperatuur respons t.g.v. de zon in figuur 4 (~0,45 °C voor de periode 1750-2010) is waarschijnlijk wat groter t.o.v. figuur 7b (~0,35 deg;C voor de periode 1750-2010) omdat in het perspectief van figuur 4 niet de beperking is gebruikt dat er geen sprake is van een versterkende factor voor het signaal van de zon binnen het klimaatsysteem, terwijl dit door de betrokken onderzoekers bij figuur 7b wel is verondersteld. De consequentie van figuur 4 is dat de antropogene invloed binnen het denkkader van het IPCC mogelijk bij benadering met een factor 2 wordt overschat (of een factor 3 op basis van eerdere analyses gebaseerd op de zonneminima).

Download: Excel data file

---

REFERENTIES:

de Jager et al. (2020) Solar magnetic variability and climate (boek).

Dudok de Wit et al. (2016) Earth's climate response to a changing sun (boek).

Egorova et al. (2018) Revised historical solar irradiance forcing. A&A Volume 615. DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/201731199

Haigh (2007) The Sun and the Earth's Climate. Living Rev. Sol. Phys., 46 (2), 26-29. DOI: https://doi.org/10.12942/lrsp-2007-2

Hansen et al. (2011) Earth's energy imbalance and implications. Atmos. Chem. Phys., 11, 13421-13449. DOI: https://doi.org/10.5194/acp-11-13421-2011

IPCC (2013) Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (rapport).

Kopp et al. (2016) The Impact of the Revised Sunspot Record on Solar Irradiance Reconstructions. Solar Physics volume 291, pages 2951-2965. DOI: https://doi.org/10.1007/s11207-016-0853-x

Kopp (2020): https://spot.colorado.edu/~koppg/TSI/TSI_Composite-SIST.txt

Kopp & Shapiro (2021) Irradiance Variations of the Sun and Sun-Like Stars - Overview of Topical Collection. Preprint article: https://arxiv.org/pdf/2102.06913.pdf

Matthes et al. (2017) Solar forcing for CMIP6 (v3.2). Geosci. Model Dev., 10, 2247-2302. DOI: https://doi.org/10.5194/gmd-10-2247-2017

Moberg et al. (2005) Highly variable Northern Hemisphere temperatures reconstructed from low- and high-resolution proxy data. Nature volume 433, pages 613-617. DOI: https://doi.org/10.1038/nature03265

Rypdal (2012) Global temperature response to radiative forcing: Solar cycle versus volcanic eruptions . Journal of Geophysical Research, vol. 117, D06115. DOI: http://dx.doi.org/10.1029/2011JD017283

Rypdal & Rypdal (2014) Long-Memory Effects in Linear Response Models of Earth's Temperature and Implications for Future Global Warming . Journal of Climate, vol. 27: issue 14. DOI: https://doi.org/10.1175/JCLI-D-13-00296.1

Scafetta et al. (2019) Modeling Quiet Solar Luminosity Variability from TSI Satellite Measurements and Proxy Models during 1980-2018. Remote Sens. 11(21), 2569. DOI: https://doi.org/10.3390/rs11212569

Shapiro et al. (2011) A new approach to the long-term reconstruction of the solar irradiance leads to large historical solar forcing . A&A volume 529. DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/201016173

Yeo et al. (2017) EMPIRE: A robust empirical reconstruction of solar irradiance variability. J. Geophys. Res. Space Physics, 122, 3888-3914. DOI: https://doi.org/10.1002/2016JA023733

Yeo et al. (2020) The Dimmest State of the Sun. Geophysical Research Letters, 47, e2020GL090243. DOI: https://doi.org/10.1029/2020GL090243

van Mensvoort (2020) 22-Year magnetic solar cycle [Hale cycle] responsible for significant underestimation of the Sun's role in global warming but ignored in climate science. Preprint article: https://www.essoar.org/doi/10.1002/essoar.10503979.4

Weiss (2010) Modulation of the sunspot cycle. Astronomy & Geophysics, Volume 51, Issue 3, Pages 3.9-3.15. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1468-4004.2010.51309.x

Wen et al. (2017) Climate responses to SATIRE and SIM-based spectral solar forcing in a 3D atmosphere-ocean coupled GCM. J. Space Weather Space Clim., 7 A11. DOI: https://doi.org/10.1051/swsc/2017009

White et al. (1997) Response of global upper ocean temperature to changing solar irradiance. Journal of Geophysical Research, vol. 102, no. C2, pages 3255-3266. PDF: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdfdirect/10.1029/96JC03549