Die Rolle der Sonne beim Klimawandel verstehen

Obwohl die Sonne fast die gesamte Energie liefert, die zur Erwärmung des Planeten benötigt wird, bleibt ihr Beitrag zum Klimawandel weitgehend umstritten. Viele empirisch fundierte Studien behaupten, dass es einen erheblichen Einfluss auf das Klima hat, während andere (häufig basierend auf globalen Computersimulationen des Klimas) behaupten, dass es einen geringen Einfluss hat.

Der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC) unterstützt die letztgenannte Ansicht und schätzt, dass fast 100 % der beobachteten Erwärmung der Erdoberfläche von 1850–1900 bis 2020 durch vom Menschen verursachte Emissionen verursacht wurden. Dies ist als Theorie der anthropogenen globalen Erwärmung (AGWT) bekannt.

Ich habe dieses wichtige Paradoxon in einer neuen Studie angesprochen, die in veröffentlicht wurde Geowissenschaftliche Grenzen. Das Rätsel scheint auf zwei Arten von Unsicherheiten zurückzuführen zu sein: (i) die historischen Jahrzehnte und langfristigen Schwankungen der Sonnenaktivität sind unbekannt; (ii) Die Sonne kann das Erdklima durch verschiedene physikalische Mechanismen beeinflussen, von denen viele nicht vollständig verstanden sind und in den GCMs nicht existieren.

Es ist wichtig zu beachten, dass die AGWT ausschließlich auf Computersimulationen globaler Klimamodelle (GCMs) basiert, die Aufzeichnungen der gesamten Sonneneinstrahlung (TSI) mit sehr geringer multidekadischer und langfristiger Variabilität verwenden. Das gleiche Modell geht auch davon aus, dass die Sonne das Klimasystem nur durch Strahlungsantrieb wie TSI beeinflusst, obwohl es Hinweise darauf gibt, dass auch andere solare Prozesse mit der magnetischen Aktivität der Sonne zusammenhängen (Sonnenwind, kosmische Strahlung, interplanetarer Staub usw.). das Klima.

Die gesamte Sonneneinstrahlung (TSI) wird aufgezeichnet

Dekadische und langfristige Veränderungen der historischen Sonnenaktivität sind unbekannt, da die gesamte Sonneneinstrahlung (TSI), die die Erde erreicht, nur von Satelliten genau gemessen werden kann und diese Aufzeichnungen erst seit 1978 verfügbar sind. Diese Daten bleiben jedoch umstritten, da sich unterschiedliche Trends abzeichnen abhängig von der Kombination und Verarbeitung der von verschiedenen Versuchsteams bereitgestellten Aufzeichnungen.

Änderungen der Sonnenaktivität über längere Zeiträume werden mithilfe einer Reihe von Proxies der Sonnenaktivität modelliert (z. B. Sonnenfleckenaufzeichnungen, Faculae-Aufzeichnungen, 14C- und 10Be-Kosmogenaufzeichnungen usw.). Die Definition von Proxy-Modellen ist unsicher, und das Ergebnis ist, dass die wissenschaftliche Literatur eine Vielzahl von TSI-Rekonstruktionen bereitgestellt hat, die sich sowohl in ihren säkularen Trends als auch in ihrer multidekadischen Modulation stark voneinander unterscheiden.

Ich habe mehrere TSI-Proxy-Modelle kombiniert und ihre effektiven solaren Strahlungsantriebsfunktionen für die Verwendung in Klimastudien bewertet. Abbildung 1 vergleicht sie mit den wirksamen Kräften des Vulkans und des Menschen. Die in Abb. 1B dargestellten solarwirksamen Antriebsfunktionen unterscheiden sich in mehrfacher Hinsicht.

Die solare Antriebsfunktion, die derzeit in den CMIP6-GCM-Simulationen (grün) verwendet wird, ist seit etwa 200 Jahren nahezu konstant geblieben und hat darüber hinaus von 1970 bis 2020 schrittweise abgenommen. Daher konnten die CMIP6-GCMs anhand dieses TSI-Datensatzes nur darauf schließen Die Sonne konnte fast keinen Teil der seit der vorindustriellen Zeit (1850–1900) beobachteten Erwärmung erklären, insbesondere nicht die von 1980 bis 2020.

Im Gegenteil, die anderen drei TSI-Aufzeichnungen (rot, gelb und schwarz) zeigen eine multidekadische Schwankung sowie einen deutlich zunehmenden säkularen Trend, der eng mit den beobachteten Veränderungen in den gesamten Oberflächentemperaturaufzeichnungen korreliert.

Modellierung der Auswirkungen der Änderung der gesamten Sonnenaktivität (TSA) auf das Klima

Die Gesamtwirkung der Sonne auf das Klima kann nicht allein anhand der TSI-Antriebsfunktionen beurteilt werden, da beispielsweise behauptet wird, dass alternative solarbezogene Mechanismen die Wolkendecke direkt modulieren. Da die Physik solcher Mechanismen jedoch noch kaum verstanden ist, können sie in aktuellen GCMs nicht implementiert werden. Wenn sich jedoch herausstellt, dass ihre Auswirkungen groß sind, werden die aktuellen GCMs für die Modellierung des Klimawandels ungeeignet sein.

Ich ging dieses Problem an, indem ich davon ausging, dass die angegebenen TSI-Aufzeichnungen Stellvertreter für die gesamte Sonnenaktivität (TSA) sind, und eine empirische Methodik zur Bewertung des TSA-Effekts anwendete, indem ich seinen optimalen Klima-Fingerabdruck zusammen mit denen bewertete, die durch die angenommenen anthropogenen und vulkanischen Strahlungsantriebsfunktionen erzeugt wurden durch die CMIP6 GCMs.

Das Modell reproduziert die Ergebnisse der CMIP6-GCMs, wenn ihre ursprünglichen Antriebsfunktionen unter ähnlichen physikalischen Bedingungen angewendet werden. In diesem Fall betrug die Gleichgewichtsklimasensitivität (ECS) 1,4 °C–2,8 °C, was mit der CMIP6-GCM-Gruppe mit niedrigem ECS kompatibel ist. Dies bedeutet, dass etwa zwei Drittel der aktuellen GCMs (deren ECS zwischen 1,8 °C und 5,7 °C schwankt) die anthropogene Erwärmung überschätzen, wie andere neuere Studien bestätigt haben.

Wenn jedoch die vorgeschlagenen Sonnenaufzeichnungen als TSA-Proxies verwendet werden und die klimatische Empfindlichkeit gegenüber ihnen von der klimatischen Empfindlichkeit gegenüber Strahlungsantrieben abweichen darf, wird ein viel größerer solarer Einfluss auf den Klimawandel zusammen mit einem deutlich verringerten Strahlungseffekt festgestellt. In diesem Fall liegt der ECS bei 0,9 °C–1,8 °C, mit einem Mittelwert von etwa 1,3 °C. Das bedeutet, dass die anthropogene Erwärmung stark überschätzt wird.

Abb. 2 vergleicht die globale HadCRUT5-Oberflächentemperaturaufzeichnung mit (A) der CMIP6-GCM-Ensemble-Mittelwertaufzeichnung und (B) dem Energiebilanzmodell unter Verwendung eines vorgeschlagenen TSA-Modells, das nicht die TSI-Aufzeichnung der GCMs mit geringer säkularer Variabilität verwendet. Die in Abb. 2A dargestellte GCM-Simulation erwärmt sich monoton (grüne Skizze). Im Gegenteil, das in Abb. 2B dargestellte Modell weist auf ein schwankendes Muster hin, das sich um einen Erwärmungstrend herum entwickelt, der die Klimaaufzeichnung weitaus genauer wiedergibt.

Dieses Ergebnis legt nahe, dass etwa 80 % des solaren Einflusses auf das Klima möglicherweise nicht allein durch den TSI-Antrieb induziert werden, sondern vielmehr durch andere Prozesse des Sonnenklimas (z. B. durch eine solarmagnetische Modulation der kosmischen Strahlung und anderer Teilchenflüsse und/oder). Andere). Diese alternativen Mechanismen müssen gründlich untersucht und physikalisch verstanden werden, bevor vertrauenswürdige GCMs erstellt werden können, um den Klimawandel richtig zu interpretieren und zuverlässige Klimaprognosen für die Zukunft zu erstellen.

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Prof. Dr. Nicola Scafetta arbeitet in der Abteilung für Geowissenschaften, Umwelt und Georessourcen der Universität Neapel Federico II, Neapel, Italien