Als de energie van de zon tijdens de 11-jarige zonnecyclus met slechts 0,1 procent varieert, kan zo'n kleine variatie dan grote veranderingen in weerpatronen op aarde veroorzaken? Ja, zeggen onderzoekers van het National Center for Atmospheric Research (NCAR) die meer dan een eeuw weerswaarnemingen en drie krachtige computermodellen hebben gebruikt in hun studie. Ze vonden subtiele verbindingen tussen de zonnecyclus, de stratosfeer en de tropische Stille Oceaan die synchroon werken om periodieke weerpatronen te genereren die een groot deel van de wereld beïnvloeden. Wetenschappers zeggen dat dit zal helpen bij het voorspellen van de intensiteit van bepaalde klimaatverschijnselen, zoals de Indiase moesson en tropische regenval in de Stille Oceaan, jaren van tevoren.
"De zon, de stratosfeer en de oceanen zijn met elkaar verbonden op manieren die gebeurtenissen zoals winterregen in Noord-Amerika kunnen beïnvloeden", zegt NCAR-wetenschapper Gerald Meehl, de hoofdauteur. "Het begrijpen van de rol van de zonnecyclus kan extra inzicht geven terwijl wetenschappers werken aan het voorspellen van regionale weerpatronen voor de komende decennia."
De nieuwe studie keek naar het verband tussen de impact van de zon op twee ogenschijnlijk niet-verwante regio's. Chemicaliën in de stratosfeer en de oppervlaktetemperaturen van de zee in de Stille Oceaan reageren tijdens het maximum van de zon op een manier die de invloed van de zon op bepaalde aspecten van luchtbeweging versterkt. Dit kan winden en regenbuien intensiveren, de temperatuur van het zeeoppervlak en de bewolking over bepaalde tropische en subtropische gebieden veranderen en uiteindelijk het wereldwijde weer beïnvloeden.
Het team bevestigde eerst een eerdere theorie dat de lichte toename van zonne-energie tijdens de piekproductie van zonnevlekken wordt geabsorbeerd door ozon in de stratosfeer. De energie verwarmt de lucht in de stratosfeer boven de tropen, waar het zonlicht het meest intens is, terwijl het ook de productie stimuleert van extra ozon daar dat nog meer zonne-energie absorbeert. Aangezien de stratosfeer ongelijkmatig opwarmt, met de meest uitgesproken opwarming op lagere breedtegraden, worden stratosferische winden gewijzigd en, door een reeks onderling verbonden processen, de tropische neerslag versterkt.
Tegelijkertijd veroorzaakt het toegenomen zonlicht op het maximum van de zon een lichte opwarming van het oceaanoppervlak over de subtropische Stille Oceaan, waar zonblokkerende wolken normaal gesproken schaars zijn. Die kleine hoeveelheid extra warmte leidt tot meer verdamping, waardoor er extra waterdamp ontstaat. Het vocht wordt op zijn beurt door passaatwinden naar de normaal regenachtige gebieden van de westelijke tropische Stille Oceaan gevoerd, wat zorgt voor zwaardere regenbuien en de effecten van het stratosferische mechanisme versterkt.
De top-down invloed van de stratosfeer en de bottom-up invloed van de oceaan werken samen om deze lus te versterken en de passaatwinden te versterken. Naarmate er meer zonneschijn op drogere gebieden valt, versterken deze veranderingen elkaar, wat leidt tot minder wolken in de subtropen, waardoor nog meer zonlicht het oppervlak kan bereiken en een positieve feedbacklus ontstaat die de klimaatrespons verder vergroot.
Deze stratosferische en oceaanreacties tijdens het maximum van de zon houden de equatoriale oostelijke Stille Oceaan nog koeler en droger dan normaal, en produceren omstandigheden die vergelijkbaar zijn met een La Nina-gebeurtenis. De koeling van ongeveer 1-2 graden Fahrenheit is echter verder naar het oosten gericht dan in een typische La Nina, is slechts ongeveer half zo sterk en wordt geassocieerd met verschillende windpatronen in de stratosfeer.
De reactie van de aarde op de zonnecyclus gaat nog een jaar of twee door na de piekactiviteit van de zonnevlek. Het La Nina-achtige patroon dat wordt veroorzaakt door het maximum van de zon, heeft de neiging om te evolueren naar een patroon dat lijkt op El Nino, omdat langzaam bewegende stromingen het koele water over de oostelijke tropische Stille Oceaan vervangen door warmer water. De oceaanrespons is slechts ongeveer half zo sterk als bij El Nino en de achterblijvende warmte is niet zo consistent als het La Nina-achtige patroon dat optreedt tijdens pieken in de zonnecyclus.
Zonne-maximum kan mogelijk een echt La Nina-evenement versterken of een echt El Nino-evenement dempen. De La Nina van 1988-89 vond plaats nabij de piek van het zonnemaximum. Dat La Nina ongewoon sterk werd en geassocieerd werd met significante veranderingen in weerpatronen, zoals een ongewoon milde en droge winter in het zuidwesten van de Verenigde Staten.
De moesson in India, de oppervlaktetemperaturen en neerslag in de Stille Oceaan en andere regionale klimaatpatronen worden grotendeels veroorzaakt door stijgende en dalende lucht in de tropen en subtropen van de aarde. Daarom zou de nieuwe studie wetenschappers kunnen helpen voorspellingen over de zonnecyclus te gebruiken om in te schatten hoe die circulatie en de daarmee samenhangende regionale klimaatpatronen de komende tien jaar kunnen variëren.
Het team gebruikte drie verschillende computermodellen om alle variabelen te bekijken en elk kwam met hetzelfde resultaat, dat zelfs een kleine variabiliteit in de energie van de zon ingrijpende effecten op de aarde zou kunnen hebben.
"Met behulp van meer rekenkracht en verbeterde modellen, maar ook door observatie-ontdekkingen, ontdekken we meer over hoe de mechanismen combineren om zonnevariabiliteit te verbinden met ons weer en klimaat", zegt Meehl.
Het onderzoek van het team is gepubliceerd in het Journal Wetenschap.
