Jetzt bewiesen? Es gibt einen klaren Zusammenhang

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Jetzt bewiesen? Es gibt einen klaren
Zusammenhang zwischen kosmischer
Strahlung und direkter Änderung der
Bewölkung in mittleren Breiten!
Eine neue Studie, die jüngst in [der Zeitschrift]Atmospheric Chemistry and
Physics veröffentlicht wurde, scheint zu beweisen, dass diese Beziehung
nachgewiesen wurde.
Vereinfachte Darstellung der Beziehung zwischen GCR und Wolkenbildung auf der
Erde. Bild: Jo Nova
Abbildung 2 unten zeigt eine Beziehung. Man kombiniere beim Betrachten
vertical die obere und die untere Kurve.
Abb. 2. (A) Kurzfristige Änderungen der GCR (Die Markierungen deuten die
Signifikanz an) und (B) anomale Änderungen der Bewölkung (Signifikanz hier
markiert durch die durchgezogenen Linien), zusammengefasst über die ganze
Periode. Die GCR-Daten wurden mit multiplen Neutronendetektoren gewonnen, die
Variationen wurden im Vergleich zu Änderungen während eines Schwabe-Zyklus‘
vereinheitlicht. Die Änderung der Bewölkung wurde über die Troposphäre (30 –
1000 hPa) gemittelt aus Daten [des Satellitensensors] ISCCP D1 im infraroten
Bereich.
Die Autoren schreiben in der
Übersicht:
Dr. Roy Spencer hat darauf hingewiesen, dass schon geringe Änderungen der
Bewölkung ausreichen, das beobachtete “Signal der globalen Erwärmung” zu
verursachen. Er schreibt in The Great Global Warming Blunder [etwa: "Die
grandiose Fehlleistung mit der globalen Erwärmung"]:
Die offensichtlichste Art und Weise, mit der eine Erwärmung auf natürliche
Weise stattfindet, sind kleine, natürliche Fluktuationen in Strömungsmustern
von Atmosphäre und Ozeanen, die zu einer Abnahme der globalen Bewölkung von
etwa 1 bis 2% führen. Wolken beschatten die Erde, und wenn sich die
Bewölkungsmenge aus irgendwelchen Gründen ändert, bekommt man globale
Erwärmung – oder globale Abkühlung.
Nun, es sieht so aus, als ob Laken, Kniveton und Frogley genau einen solchen
kleinen Effekt gefunden haben. Hier folgen die Zusammenfassung und einige
ausgewählte Passagen aus dieser Studie:
Atmos. Chem. Phys., 10, 10941-10948, 2010
doi:10.5194/acp-10-10941-2010
B. A. Laken , D. R. Kniveton, and M. R. Frogley
Die Auswirkungen der galaktischen kosmischen Strahlung GCR auf die Erde sind
höchst unsicher. Hier wurde eine empirische Annäherung vorgenommen, die auf
einer signifikanten Änderung der Bewölkung basiert. Damit wurde eine
statistisch robuste Beziehung zwischen kurzfristigen Änderungen der GCR und
der raschen Bewölkungsabnahme in mittleren Breiten (60° bis 30° N/S) von Tag
zu Tag gefunden. Dieses Signal wird verifiziert durch Analysen der
Lufttemperatur in Bodennähe (Surface Level Air Temperatures SLAT). Ein
Allgemeines Zirkulationsmodell (GCM) wird benutzt, um den ursächlichen
Zusammenhang zwischen den beobachteten Änderungen der Bewölkung und den
gemessenen SLAT – Anomalien zu testen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass
die außergewöhnlichen Änderungen der Bewölkung die Änderungen der SLAT-Werte
verursacht haben. Dies bedeutet, wenn es eine kausale Beziehung zwischen
einer signifikanten Abnahme der GCR (~0,79 GU, wobei GU eine Änderung um 1%
in einem 11-Jahres-Zyklus‘ innerhalb von vier Tagen bezeichnet) und
abnehmender Bewölkung gibt (~1,9 CU, wobei hier CU eine Änderung der
Bewölkungsmenge um 1% innerhalb von vier Tagen bezeichnet), kann man eine
Zunahme der SLAT-Werte (~0,05 KU, wobei KU eine Temperaturänderung um 1 K
innerhalb von vier Tagen bedeutet) erwarten. Der Einfluss der GCR ist
eindeutig von Änderungen der Solarstrahlung und dem interplanetarischen
Magnetfeld zu unterscheiden. Allerdings stellte sich heraus, dass die
Ergebnisse des Experimentes mit dem GCM durch die Grenzen des Modells bei der
Simulation der tatsächlich beobachteten Bewölkung limitiert werden. Aus
diesen Ergebnissen schließen wir, dass die Beziehung zwischen GCR und Klima
durch kurzfristige Änderungen der GCR und interne atmosphärische
wegbereitende Bedingungen bestimmt wird.
In Bezug auf die obige Abbildung fand ich diese Passage sehr interessant:
Die in Abbildung 2 zusammengefassten Beispiele zeigen eine positive
Korrelation zwischen statistisch signifikanten Änderungen der
Bewölkung und Variationen der kurzfristigen GCR: Eine Zunahme der
GCR etwa 5 Tage vor dem Zeitpunkt der Abbildung korrelieren
signifikant mit einer Zunahme der Bewölkung in mittleren Breiten.
Nach dieser Zeit nimmt die GCR signifikant ab (um 1,2 GU), am
meisten um den Zeitpunkt des Komposits in der Abbildung; diese
Änderungen korrelieren mit einer verbreiteten, statistisch
signifikanten Abnahme der Bewölkung (3,5 CU, 1,9 CU im globalen
Mittel) in mittleren Breiten.
…und diese:
Der starke und statistisch robuste Zusammenhang zwischen einer
raschen Abnahme der Bewölkung und kurzfristigen Änderungen der GCR,
der hier zutage tritt, unterscheidet sich klar von den Effekten der
Solarstrahlung und IMF-Variationen. [IMF = Interplanetary Magnetic
Field] Die beobachteten anomalen Änderungen zeigen eine starke
breitenkreisbezogene Symmetrie rund um den Äquator; und dieser
Vorgang allein ist ein starker Hinweis eines externen Antriebs,
weil es keinen bekannten Mechanismus gibt, der im Zeitrahmen dieser
Analyse eine solche markante Klimavariabilität erklären könnte.
Wichtig ist auch der Hinweis, dass diese ungewöhnlichen Änderungen
über Gebieten stattfanden, bei denen die Wolkenbeobachtungen durch
Satelliten sehr zuverlässig sind. In früheren Studien über
ungewöhnliche Änderungen der Bewölkung in hohen Breiten war die
Beobachtung schwieriger und daher unsicherer (Laken und Kniveton
2010, Todd und Kniveton 2001).
Obwohl die Wolkenbeobachtung in mittleren Breiten eindeutiger ist
als in hohen Breiten, haben Sun und Bradley (2002) eine ausgeprägte
statistische Signifikanz zwischen der GCR und dem Datensatz des
Satellitensensors ISCCP über dem atlantischen Ozean identifiziert,
der ansatzweise auch bei METEOSAT erkennbar war. Es scheint, dass
diese Verzerrung keinen Einfluss auf die Ergebnisse hat, die in
dieser Studie präsentiert werden. Abbildung 6 [im Original der
Studie] zeigt die Größenordnung der mit Infrarotbeobachtungen
gewonnenen Änderungen der Bewölkung über dem Atlantik, dem Pazifik
und Landgebieten der mittleren Breiten während der hier
betrachteten Zeitspanne, und eine vergleichbare Änderung kann in
allen Gebieten beobachtet werden, was zeigt, dass kein
signifikanter Bias vorhanden ist.
Diese Studie hat gezeigt, dass ein kleiner, aber statistisch
signifikanter Einfluss der GCR auf die Atmosphäre über mittleren
Breiten existiert. Dieser Effekt zeigt sich sowohl in den ISCCPDaten als auch in der NCEP/NCAR-Analyse während mindestens der
letzten 20 Jahre. Dies legt nahe, dass kleine Änderungen der
solaren Aktivität mit Änderungen in der Erdatmosphäre
zusammenhängen könnten, und zwar durch eine Beziehung zwischen dem
GCR und der Bewölkung. Dieser Zusammenhang könnte kleine Änderungen
der Sonnenaktivität verstärken. Außerdem kann diese Beziehung
zwischen GCR und Bewölkung mit anderen wahrscheinlichen Beziehungen
zwischen solaren und irdischen Vorgängen zusammenwirken, wenn man
an Änderungen des solaren UV-Lichtes (Haigh 1996) und der
Solarstrahlung (Meehl et al. 2009) denkt. Diese Antriebskräfte des
Klimas könnten eine signifikante Auswirkung auf das Klima vor dem
Aufkommen der anthropogenen Erwärmung gehabt haben, was die
paläoklimatischen Änderungen im Zusammenhang mit den verschiedenen
solaren Zyklen erklären könnte (Bond et al. 2001; Neff et al. 2001;
Mauas et al. 2008).
Weitere detailliertere Forschung ist für das noch bessere
Verständnis der Beziehung zwischen der GCR und der Erdatmosphäre
erforderlich. Vor allem die Verwendung sowohl von
Bodenbeobachtungen als auch von Satellitenmessungen über hoch
aufgelöste ausgedehntere Zeiträume ist wichtig. Zusätzlich müssen
potentiell wichtige weitere mikrophysikalische Phänomene in
Betracht gezogen werden, wie z. B. Aerosole, Größe der
Wolkentröpfchen und atmosphärische Elektrizität. Durch solches
Monitoring, zusammen sowohl mit Computersimulationen (z. B. Zhou
und Tinsley 2010) als auch mit experimentellen Versuchen (z. B.
Duplissy et al. 2010) hoffen wir die hier beschriebenen Effekte
noch besser zu verstehen.
– – –
Es sieht so aus, als hätten sie das Signal gefunden. Dies ist ein
überzeugendes Ergebnis, weil man jetzt weiß, wo und wie man schauen muss.
Hier ist mehr zu erwarten.
Die ganze Studie sieht man hier: Final Revised Paper (PDF, 2.2 MB)
Mit Dank an The Hockey Schtick
Link:
http://wattsupwiththat.com/2010/11/25/something-to-be-thankful-for-at-last-co
smic-rays-linked-to-rapid-mid-latitude-cloud-changes/
Übersetzt von Chris Frey für EIKE
Klima, Sonnenflecken und kosmische
Strahlung Teil II
Unsere Annahme steht im Widerspruch zu der an sich korrekten Feststellung des
IPCC, dass die Änderung der totalen Strahlung während eines 11-jährigen
Zyklus sich nur um 0.1% ändert. Daraus wird fälschlicherweise
geschlussfolgert, dass dies vernachlässigbar sei. Dem ist nicht so, weil ein
ganzes Spektrum der solaren Aktivität (coronale mass ejections, energetic
flares, eruptive prominences), die den Sonnenwind beeinflussen, ausgeblendet
wird. Lockwood et al.[2] haben gezeigt (Graphik 1), dass die Stärke des
solaren Magnetfeldes sich im letzten Jahrhundert verdoppelte.
Graphik 1
Dies hat sich aber deutlich in diesem Jahrhundert geändert, wie die folgende
Graphik 2 zeigt.
Graphik 2
Ein schwaches solares Magnetfeld produziert ein schwaches interplanetares
Magnetfeld (IMF). Der Graphik 2 kann entnommen werden, dass das Feld im
Zyklus 20, dies war die Zeit, als die Eiszeit prophezeit wurde, kein Maximum
hat. Der Zyklus 23 besitzt nur ein schwaches Maximum und endet mit einer
drastischen Abnahme zu sehr kleinen Werten. Ein analoges Verhalten zeigt auch
der 10.7cm Fluss, ein anderer Indikator für die Sonnenaktivität.
Graphik 3
Die Varianz der Sonnenaktivität hat einen direkten Einfluss auf die Stärke
der kosmischen Strahlung (Graphik 4)[3]. In der Graphik ist die jährlich
gemittelte Stärke der kosmischen Strahlung als Funktion des jährlich
gemittelten 10.7cm Flusses für die Jahre 1964 bis Dezember 2008 dargestellt.
(Daten: CR:
http://www.ngdc.noaa.gov/stp/SOLAR/COSMIC_RAYS/cosmic.html und
10.7cm Fluss http://omniweb.gsfc.nasa.gov/cgi/nx1.cgi)
Graphik 4
Der Einfluss der kosmischen Strahlung auf die Wolkenbildung und damit auf das
Erdklima wurde zuerst von Svensmark und Friis-Christensen[4] publiziert. Es
wurde gefunden, dass eine Zunahme der kosmischen Strahlung um 3.5% zu einer
Änderung der Wolkenbedeckung um 3% führt. Eine Änderung der Wolken um 1%
entspricht ungefähr einer Abnahme des radiative forcing um 0.5W/m2. Die
Verdopplung des Magnetfeldes im 20. Jahrhundert hat zu einer Reduzierung der
kosmischen Strahlung um 15% geführt[5]. Die Zusammenhänge zwischen der
Sonnenaktivität (Anzahl der Sonnenflecken, 10.7cm Fluss), der kosmischen
Strahlung und der Wolkenbedeckung zeigen die folgenden Graphiken 5 und 6, die
aus der zitierten Arbeit entnommen wurden.
Graphik 5
Graphik 6
Das oben erwähnte CLOUD-Projekt soll die mikroskopischen Details der
Zusammenhänge, die zu einem großen Teil noch nicht verstanden sind, zwischen
kosmischer Strahlung, Aerosolen und Wolkenbildung aufklären.
Die kosmische Strahlung produziert einen Schauer von Sekundärprozessen, die
einen direkten Einfluss auf die Aerosole und die Wolkenbildung haben (Graphik
7). Dies wird besonders deutlich, wenn man sich die Forbush-Ereignisse
ansieht. Darunter versteht man die drastische Reduzierung der kosmischen
Strahlung innerhalb von Stunden oder Tagen, die durch magnetische
Plasmawolken infolge von solaren Protuberanzen verursacht werden (Graphik 8).
Graphik 7
Graphik 8
Die Graphik 8 zeigt die Abnahme des Wasserinhaltes der Wolken und die der
Bedeckung als Funktion der Stärke der Forbush-Ereignisse[6].
Es gibt natürlich eine unmittelbare Verbindung mit der Temperaturänderung
(Graphik 9).
Graphik 9: Die dünne Linie ist das 10jährige Mittel. Die Punkte sind ForbushEreignisse gemessen in der Vostok-Station auf der Antarktis zwischen 1981 und
1991.[7]
Nach Forbush-Ereignissen gibt es fast immer einen deutlichen Anstieg der
Bodentemperatur. Auch wenn die Details noch nicht vollständig verstanden
sind, überzeugt doch dies Experiment der Natur.
Ein weiterer Magnetfeldeffekt wurde kürzlich von Persinger[8] diskutiert
nämlich die Energieproduktion durch den dynamischen Druck des IMF innerhalb
des Magnetfeldes der Erde. Obwohl der Druck mit 2.5nPa sehr klein ist, steht
dem eine sehr große Troposphäre gegenüber, was zu einer jährlichen magnetisch
induzierten Energie von 5.6·1017J führt.
Ein anderer Indikator für die magnetische solare Aktivität ist der
geomagnetische aa-Index. Zwischen seiner Variation und der der Temperatur
besteht eine direkte Beziehung, die der folgenden Graphik 10 entnommen werden
kann. Es gibt zwischen den beiden Kurven einen Verzug von 6±2 Jahren. Die
Reduzierung des Maximums 5 ist eine Folge verstärkter, abkühlender
vulkanischer Tätigkeit in dem Zeitraum.
Graphik 10: Links ist die Temperaturanomalie (durchgezogene Kurve) in °C und
rechts ist der aa-Index (gepunktete Kurve) in nT abgetragen.
Der Verlauf des aa-Indexes vom Januar 2000 bis Ende Juni 2006 ist in der
Graphik 11[9] abgebildet.
Graphik 11
Man erkennt im Gegensatz zu dem starken Anstieg im 20. Jahrhundert eine
Abnahme, die in den letzten 12 Monaten besonders ausgeprägt ist und Werte
unterhalb des Minimums der Graphik 11 angenommen hat.
Die zeitlichen Variationen des aa-Index werden verursacht durch den solaren
Dynamo, der ein chaotisches Verhalten besitzt, was sich in einer Folge von
Bifurkationen äußert[10]. Eine Ursache dafür ist die irreguläre Bahn, die der
Schwerpunkt der Sonne ausführt. Landscheidt[11] hat dies in mehreren
Publikationen untersucht und dabei u. a. Folgendes festgestellt.
Graphik 12: Ungeglättete zeitliche Änderung des Drehmomentes
Man erkennt, dass alle Kaltzeiten mit den Minima der zeitlichen Änderung des
Drehmomentes korrelieren, wenn diese einen Schwellwert unterschreiten. Die
erwarteten Minima in diesem Jahrhundert sind nicht so klein, wie zur
„Maunder“-zeit, aber ihre Zahl ist größer. Aus diesem Sachverhalt
schlussfolgert Landscheidt, dass das nächste Minimum um 2030 vom Typ des
Maunderminimums sein wird.
Abschließend wollen wir noch einen subtilen Beleg dafür liefern, dass die
solare Strahlung die Dynamik des Klimas bestimmt. Scafetta et al.[12] gehen
von der Vermutung aus, dass die Gleichungen für das Klima von stochastischer,
nichtlinearer Natur sind und dass sie ein Gedächtnis (Nichtmarkovsches
Verhalten) haben. Diese Annahme ist zweifellos korrekt. Im Anschluss daran
halten sie fest, „dass man meinen könnte, dass der kleinste der Faktoren, die
das Wetter und das Klima bestimmen, die solare Einstrahlung ist. Aber Nichts
könnte weiter von der Wahrheit sein als dies.“ (übersetzt)
Um dies zu beweisen untersuchen sie die Statistik der Zeitverläufe für die
Temperatur auf der Nord-, der Südhalbkugel und über den Ozeanen und die der
Sonneneruptionen. Die Standardabweichung für beliebige Prozesse ist gegeben
durch
, wobei x entweder die Temperatur ist oder eine Eruption. Der
Exponent H heißt Hurstexponent und er ist für ein System ohne Gedächtnis, wo
die Ereignisse unkorreliert sind, ½, wie man es von der Brownschen Bewegung
kennt. Die Anzahl der Eruptionen ist bei einer aktiven Sonne größer, was
deren Frequenzen in den Zeitkurven bestimmt. Sie errechneten für den
Hurstexponenten für die Temperatur folgende Werte: global H=0.95±0.02; für
den Norden, H=0.89±0.02; für den Süden, H=0.96±0.02; für das Land,
H=0.88±0.02 and; für die Ozeane, H=0.98±0.02. Die großen H-Werte für die
Temperatur implizieren eine lange Nachhaltigkeit. Mit anderen Worten, die
Temperatur ändert sich nur allmählich von Monat zu Monat. Dies ist zu
vergleichen mit H=0.93±0.02 den Hurstexponenten für die Sonneneruptionen. Da
das System Erde nicht die Sonne beeinflussen kann, bleibt nur die Folgerung,
dass das komplexe Netzwerk (Klima) durch das komplexe Netzwerk (Sonne)
gestört wird und die statistischen Eigenschaften von diesem übernimmt. Dies
wird als das Komplexitätsanpassungsphänomen bezeichnet[13]. Entscheidend ist
hier, dass sehr kleine Intensitäten genügen um dem passiven System das
Verhalten aufzuzwingen (0.1% z.B.). In einer späteren Arbeit greifen sie das
Thema noch einmal auf und schätzen ab, dass wenigstens 69% der im vergangenen
Jahrhundert beobachteten Erwärmung auf die Aktivität der Sonne gehen[14].
Zusammenfassend kann man sagen, dass die Sonne nicht nur den integralen
Wärmehaushalt der Erde bestimmt, sondern auch dessen statistische
Eigenschaften. Dies geschieht nicht nur durch die eingestrahlte Energie,
sondern auch durch den Sonnenwind und die magnetischen Felder. Alles zusammen
regelt weitgehend den Temperaturverlauf auf der Erde, was aber in einem
komplizierten und komplexen Wechselspiel geschieht, in welches auch die
Meeresströmungen mit einzubeziehen sind. Dies wird durch die letzte Graphik
13 verdeutlicht.
Die Diskussion der Zusammenhänge zwischen der Temperaturverteilung und den
Meeresströmungen würde eine neue Thematik eröffnen und wird deshalb hier
nicht durchgeführt. Der interessierte Leser findet hier
http://icecap.us/index.php/go/joes-blog/amo_the_key_global_climate_indicator/
woher auch die Graphik stammt, eine Vielzahl von Arbeiten zu dieser Thematik.
Graphik 13
[1]
http://www.bp.com/sectiongenericarticle.do?categoryId=9023768&contentId=70444
79
[2] Lockwood et al. – A doubling of the Sun’s coronal magnetic field during
the past 100 years NATURE 399 (1999) 437-439
[3] B. Hüttner
[4] Svensmark H and Friis-Christensen E – Variation of cosmic ray flux and
cloud coverage, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 59
(1997) 1225
[5] Fastrup et al. – arXiv:physics/0104048 CLOUD (Cosmics Leaving OUtdoor
Droplets), A study of the link between cosmic rays and clouds with a cloud
chamber at the CERN PS
[6] Svensmark et al. – Cosmic ray decreases affect atmospheric aerosols and
clouds, GEOPHYSICAL RE SEARCH LETTERS, VOL. ???, XXXX, DOI:10.1029/,
[7] Egorova et al. – Influence of variations of cosmic rays on atmospheric
pressure and temperature in the Southern
pole region, J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 62, 955-966.
[8] Persinger – The possible role of dynamic pressure from the interplanetary
magnetic field on global warming,
International Journal of Physical Sciences Vol. 4 (1), pp. 044-046,
January, 2009
[9] B. Hüttner, Quelle: UK Solar System Data Centre
[10] FEYNMAN, J; GABRIEL, S B – PERIOD AND PHASE OF THE 88-YEAR SOLAR CYCLE
AND THE MAUNDER MINIMUM: EVIDENCE FOR A CHAOTIC SUN Solar Physics 127 (1990)
393-403
[11] http://www.schulphysik.de/klima/landscheidt/iceage.htm
[12] Scafetta et al. – Solar turbulence in earth’s global and regional
temperature anomalies, PHYSICAL REVIEW E 64 (2004 ) 026303-13
[13] West, B J; Grigolini, P – Sun-Climate Complexity Linking, PHYSICAL
REVIEW LETTERS 100 (2009) 088501-4
[14] Scafetta, N; West, B J –
Physics Today 3 (2008) 50-51
Is climate sensitive to solar variability?,
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huettner_klima_sonnenflecken_-ii-pdf
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