Ber die einfl sse der sonne auf das klimasystem der erde
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Über die Einflüsse der Sonne auf das Klimasystem der Erde. Martin Dameris Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Institut für Physik der Atmosphäre, Oberpfaffenhofen. Jüngste Beispiele aus Focus-/Spiegel-online: Klimawandel: Skeptiker versus Forscher Streit um die Temperaturentwicklung

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Über die Einflüsse der Sonne auf das Klimasystem der Erde

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Presentation Transcript


Ber die einfl sse der sonne auf das klimasystem der erde

Über die Einflüsse der Sonne auf das Klimasystem der Erde

Martin Dameris

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt

Institut für Physik der Atmosphäre, Oberpfaffenhofen


Ber die einfl sse der sonne auf das klimasystem der erde

Jüngste Beispiele aus Focus-/Spiegel-online:

Klimawandel:Skeptiker versus Forscher

Streit um die Temperaturentwicklung

Rätselhafte Sonnenaktivität

Das Schwächeln der Sonne

Forscherstreit um die Sonne

Sonne ohne Flecken:

Aufnahme der Sonde "SOHO" vom 6. Juli 2009

(SOHO: Solar and Heliospheric Observatory)


Was sind die derzeit aktuellen fragen

Was sind die derzeit aktuellen Fragen?

  • Inwieweit ist der letzte Sonnenaktivitätszyklus außergewöhnlich?

  • Welche Bedeutung hat das anhaltende Sonnenaktivitätsminimum auf das Klima bzw. die Chemie der Atmosphäre (Ozonschicht)?

  • Bekommen wir ein neues Maunder Minimum?

  • Welche Konsequenzen hätte ein neues Maunder Minimum auf das Klima?


Was bestimmt unser klima

Was bestimmt unser Klima?

  • Einstrahlung der Sonne

  • Konzentration von Treibhausgasen (natürliche und anthropogene) und anderer strahlungsaktiver Substanzen

  • Orographie, Land-See-Verteilung, Bodeneigenschaften

  • Vulkanausbrüche

  • . . .


Zeitliche variabilit t der solaren einstrahlung variation der erdbahnparameter

Zeitliche Variabilität der solaren Einstrahlung - Variation der Erdbahnparameter


Zeitliche variabilit t der solaren einstrahlung variation der erdbahnparameter1

Zeitliche Variabilität der solaren Einstrahlung - Variation der Erdbahnparameter


Zeitliche variabilit t der solaren einstrahlung variation der erdbahnparameter2

Temperaturänderung

Zeitliche Variabilität der solaren Einstrahlung - Variation der Erdbahnparameter

CO2-Mischungsverhältnis [ppmv]

Jahre v.h.


Zeitliche variabilit t der solaren strahlung der 11 j hrige sonnenaktivit tszyklus

Zeitliche Variabilität der solaren Strahlung - Der 11-jährige Sonnenaktivitätszyklus

Solare Strahlung [Wm-2]

Jahr

http://www.pmodwrc.ch/pmod.php?topic=tsi/composite/SolarConstant


Spektrale verteilung und variabilit t der sonnenstrahlung

Spektrale Verteilung und Variabilität der Sonnenstrahlung

Variabilität der solaren Einstrahlung [%]

Wellenlänge [nm]

Lean et al., 1997


Ber die einfl sse der sonne auf das klimasystem der erde

6 %

11-jähriger Sonnenzyklus:

Änderungen des Ozongehalts (Messungen)

SBUV/SBUVII (1980-1997)

Höherer Ozongehalt in der

oberen Stratosphäre infolge

stärkerer UV-Strahlung bei

hoher Sonnenaktivität.

Hood (2004)


Ber die einfl sse der sonne auf das klimasystem der erde

+0.8 K

+0.25 K

11-jähriger Sonnenzyklus:

Änderungen der Temperatur (Messungen)

SSU/MSU4 (1979-2003)

Bei hoher Sonnenaktivität ist die Stratosphäre wärmer als bei niedriger Sonnenaktivität.

Scaife et al. (2000); update Bill Randel


Ber die einfl sse der sonne auf das klimasystem der erde

+2.4 Wm-2

+0.25 Wm-2

Strahlungsantrieb [Wm-2]

Strahlungsantrieb: Maßstab für den Einfluss, den ein einzelner Faktor auf die Veränderung des Strahlungshaushalts der Atmosphäre hat

seit 1750

Strahlungsantrieb [Wm-2]


Simulationen mit klimamodellen f r ipcc

Simulationen mit Klimamodellen für IPCC

(b) anthropogene Antriebskräfte

(a) natürliche Antriebskräfte

Temperaturabweichung [°C]

Temperaturabweichung [°C]

Jahr

Jahr

(c) alle Antriebskräfte

Temperaturabweichung [°C]

Jahr


Randbedingungen f r das klima chemie modell treibhausgase und stratosph rischer chlorgehalt cl y

Randbedingungen für das Klima-Chemie-Modell:Treibhausgase und stratosphärischer Chlorgehalt (Cly)

Volumenmischungsverhältnis

CO2 und N2O [ppmv]

Volumenmischungsverhältnis

CH4 und Cly [ppbv]

Jahr


Randbedingungen f r das klima chemie modell der 11 j hrige sonnenaktivit tszyklus

Agung

El Chichón

Pinatubo

Randbedingungen für das Klima-Chemie-Modell:Der 11-jährige Sonnenaktivitätszyklus

350

300

250

10.7 cm Radiofluss [10-22 Wm-2]

200

150

100

50

1950

2007

Jahr


Entwicklung der globalen mittleren jahrestemperatur in der unteren stratosph re 20 km

Entwicklung der globalen mittleren Jahrestemperatur in der unteren Stratosphäre (20 km)

Beobachtung:

0.77 °C/Dek.

CCM-Mittelwert:

0.64 °C/Dek.

Anomalie [°C]

Jahr

WMO, 2007


Variabilit t und trend der temperatur in der stratosph re

Trend + Sonnenzyklus + Vulkane

Variabilität und Trend der Temperatur in der Stratosphäre

Linearer Trend

Sonnenzyklus

Vulkane

"stufenweise" Abkühlung der unteren Stratosphäre

(siehe auch Dall'Amico et al., 2009)


Entwicklung der ozonschicht 1960 2050

Entwicklung der Ozonschicht (1960 - 2050)

60°N - 60°S

Ozonanomalie [DU]

Jahr

Loyola et al., 2009; Dameris, 2010


Solare aktivit tszyklen

Solare Aktivitätszyklen

19

18


Solare aktivit tszyklen1

Solare Aktivitätszyklen

21

20


Solare aktivit tszyklen2

Solare Aktivitätszyklen

23

22


Solare aktivit tszyklen schwabe 11 j gleissberg 80 90 j

Solare Aktivitätszyklen (Schwabe: ~11 J.; Gleissberg: ~ 80-90 J.)


Solare aktivit tszyklen3

Solare Aktivitätszyklen


Aktuelle situation 11 juni 2010

Aktuelle Situation (11. Juni 2010)


Ber die einfl sse der sonne auf das klimasystem der erde

A. P. van de Venne: „Winter“ Gemäldegalerie Berlin, SMPK

Einfluss des Maunder Minimums auf das Klima

Waren die Winter in NW Europa kälter im 17. Jahrhundert ?


400 jahre sonnenfleckenbeobachtung

400 Jahre Sonnenfleckenbeobachtung

~1770-1790

Grand maximum

~1645-1715

Zunahme der TSI von 1600 bis heute: ~2,8 Wm-2 (0,2 %) (Lean, 2000)


Ber die einfl sse der sonne auf das klimasystem der erde

Klima während des Maunder Minimum

Nordhemisphärische Anomalien der Bodentemperatur aus Proxydaten

Beobachtungen

Maunder Minimum

(Palmer, 2002)

Rekonstruktion der NH Bodentemperatur:

0.6 - 1.0 °C niedriger als die Referenzperiode 1901-1950


Ber die einfl sse der sonne auf das klimasystem der erde

>50% in 121,6 nm (Lyman-α)

5-12% in 175-240 nm

3-5% in 240-260 nm

5-8 %

Solare Variabilität

11-jähriger Sonnenfleckenzyklus

Maunder Minimum

  • 0.1 % change in TSI

  • 3-5 % change at 240-260 nm

  • 5-12 % change at 175-240 nm

  • > 50 % change at 121,6 nm

  • 0.2 % change in TSI

  • 1 % change at 300-400 nm

  • 6 % change at 210-250 nm

  • 15 % change at 280 nm

Lean et al., 1997

Lean, 2000


Ber die einfl sse der sonne auf das klimasystem der erde

FUB-CMAM: T = -0.86°C

Proxy data: T = -0.6 to -1°C

NH:

Palmer, 2002

FUB-CMAM: T = -1°C

Proxy data: T = -1 to -1.5°C

NW-Europa:

Pfister, 1992

FUB-CMAM: Temperaturanomalien in MM

NH, 1000 hPa, Jahresmittel

Langematz et al., 2005


Neue publikationen zu dem thema

Neue Publikationen zu dem Thema!


Feulner und rahmstorf 2010 beschreibung der simulationen

Feulner und Rahmstorf (2010): Beschreibung der Simulationen

  • CLIMBER-3 (Klimamodell mit Ozean-GCM sowie Land-

  • Oberflächenwechselwirkungen einschließlich Vegetation):

  • 6 Modellsimulationen

  • IPCC A1B/A2 11-jähriger Sonnenzyklus wiederholt bis 2100

  • IPCC A1B/A2 "grand minimum"

  • IPCC A1B/A2 "grand minimum (low irradiance)"


Feulner und rahmstorf 2010 ergebnisse

Feulner und Rahmstorf (2010): Ergebnisse

Sonnenaktivität

(Reiner et al., 2004)


Feulner und rahmstorf 2010 ergebnisse1

Feulner und Rahmstorf (2010): Ergebnisse

4.5°C (A2)

3.7°C (A1B)

Temperaturanomalien

relativ zum Zeitraum

1961-1990

-0.1°C für GM

bzw.

-0.26°C für GMli.

Grand Minimum (GM)

 TSI (1-0.08%)

Grand Minimum (low

irradiance) (GMli)

 TSI (1-0.25%)


Feulner und rahmstorf 2010 ergebnisse2

Feulner und Rahmstorf (2010): Ergebnisse

Difference of annual mean surface

temperatures between a future grand

minimum under the A1B scenario and the

historic Maunder Minimum. Averages are

performed over the periods 2071-2100 and

1681-1710, respectively.

Difference of annual mean surface temperatures between a new grand minimum (TSI 0.08% below 1950) in the 21st century and a continued cyclic solar activity for the IPCC A1B scenario. Temperatures

are averaged over the period 2071-2100.


Feulner und rahmstorf 2010 zusammenfassung

Feulner und Rahmstorf (2010): Zusammenfassung

Für das Jahr 2100 (hier: IPCC Szenarien A1B, A2) wird eine moderate Ab-

kühlung von nicht mehr als -0.3°C gefunden für Maunder Minimum ähnliche Bedingungen relativ zu Bedingungen mit einer Sonnenaktivität vergleichbar zu der in den vergangenen Dekaden.

Dies ist gering im Vergleich zu einem berechneten Temperaturanstieg bis

zum Ende dieses Jahrhunderts von 3.7-4.5°C relativ zu 1961-1990 unter der

Annahme der IPCC A1B und A2 Emissionsszenarien.

Ein zukünftiges "großes" Sonnenaktivitätsminimum kann die erwartete globale Erwärmung durch erhöhte Treibhausgaskonzentrationen nicht ausgleichen.


Song et al 2010 beschreibung der simulationen

Song et al. (2010): Beschreibung der Simulationen

  • Idealisierte Gleichgewichtssimulationen über 50 Jahre

  • (NCAR CAM3, coupled with a mixed-layer slab ocean model)

  • Vorindustrielle Bedingungen vs. IPCC B1 Szenario

  • jeweils zwei Simulationen:

  • 1. KontrollsimulationTSI = 1367 Wm-2

  • 2. Maunder Minimum SimulationTSI(1-0.2%) = 2,7 Wm-2


Song et al 2010 vorindustrielle bedingungen

Song et al. (2010): Vorindustrielle Bedingungen

PIMM:

Preindustrial

Maunder Minimum

PICTL:

Preindustrial

Control simulation

Global gemittelte Abkühlung: 0.35°C


Song et al 2010 ipcc b1 szenario

Song et al. (2010): IPCC "B1" Szenario

B1MM:

IPCC B1 scenario

Maunder Minimum

B1CTL:

IPCC B1 scenario

Control simulation

Global gemittelte Abkühlung: 0.25°C


Song et al 2010 zusammenfassung der ergebnisse

Song et al. (2010): Zusammenfassung der Ergebnisse

Der globale, jahresgemittelte Abkühlungseffekt beträgt aufgrund einer um 0.2% reduzierten solaren Einstrahlung (MM-CTL)

- 0.25°C im IPCC B1 Szenario und

- 0.35°C im vorindustriellen Szenario.

Die regionalen Temperaturänderungen sind jedoch in einem wärmeren Klima viel größer. (Hier: deutlich verstärkte negative NAO.)

Die Reduzierung des globalen Abkühlungseffekts in einem wärmeren Klima kann einer unterdrückten Seeeis-Strahlungsrückkopplung

zugeordnet werden.


Was wird vorhergesagt

Was wird vorhergesagt?

Wann gibt es das nächste "grand minimum"?

Analysen von Grönländischen Eisbohrkernen zeigen, dass in den letzten 10.000 Jahren das längste "grand maximum" solarer Aktivität etwa 95 Jahre andauerte. Da das derzeitige "grand maximum" seit etwa 70 Jahren besteht ist es wahrscheinlich, dass im Verlauf dieses Jahrhunderts ein "grand minimum" kommen wird (Abreu et al., 2008).

Vorhersagen auf der Grundlage von statistischen Charakteristika der Sonnenaktivität sowie der nicht-linearen Physik des solaren Dynamos, der das Magnetfeld erzeugt, ergeben ein Ende des "grand maximum" des 20. Jahrhunderts und ein Übergang zu geringerer Sonnenaktivität gefolgt von einem "grand minimum" am Ende des 21. Jahrhunderts (de Jager and Duhau, 2009).


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