Hei igjen. Det blir mest om sola denne gangen. Vi starter med å sitere abstractet fra en artikkel som nylig kom i tidsskriftet Climate of the Past. Der skriver Schwander, Rohrer et al. følgende i "Influence of solar variability on the occurrence of central European weather types from 1763 to 2009".

Abstract. The impact of solar variability on weather and climate in central Europe is still not well understood. In this paper we use a new time series of daily weather types to analyse the influence of the 11-year solar cycle on the tropospheric weather of central Europe. We employ a novel, daily weather type classification over the period 1763–2009 and investigate the occurrence frequency of weather types under low, moderate, and high solar activity level. Results show a tendency towards fewer days with westerly and west-southwesterly flow over central Europe under low solar activity. In parallel, the occurrence of northerly and easterly types increases. For the 1958–2009 period, a more detailed view can be gained from reanalysis data. Mean sea level pressure composites under low solar activity also show a reduced zonal flow, with an increase of the mean blocking frequency between Iceland and Scandinavia. Weather types and reanalysis data show that the 11-year solar cycle influences the late winter atmospheric circulation over central Europe with colder (warmer) conditions under low (high) solar activity.

Kort sagt – solaktiviteten synes å ha innvirkning på dominerende vindretning om vinteren i Europa. Dette er et tema vi har nevnt mange ganger før, og det har betydning når man leter bakover i de globale temperaturkurvene. Jo lenger tilbake, jo relativt større blir andelen av stasjoner som lå i Europa.  Estimatene for globalt temperatur-anomali har altså et samplingsproblem når man går bakover i tid. 

Vel, solflekktallet er det klassiske målet for solaktiviteten. Denne figuren viser det gjennomsnittlige solflekktallet for månedene jan-feb-mars i årene fra 1763 til 2009:

Det framgår ikke så tydelig av figuren som slutter i 2009, men nåværende solflekksyklus er den svakeste som har vært observert på hundre år. Hvor mye svakere vil den neste bli? Noen har spekulert i et nytt Maunder Minimum, men det har jeg ikke noe tro på. Det er en viss enighet blant solforskere om at dersom det umbrale magnetfeltet faller under 1500 gauss på figuren under, så vil solflekker ikke lenger ha sterk nok kontrast til å kunne ses fra Jorda. Spekulasjonene om et nytt Maunder Minimum (nesten ingen solflekker) var aktuelle så lenge denne kurven var "i fritt fall" for noen år siden. Men kurven har flatet ut, og jeg tror at det svakeste vi kan få, er et nytt Dalton Minimum, slik man hadde tidlig på 1800-tallet. Og da var det kaldt i Sør-Norge.

Fire måter å virke på

Man kjenner til fire prinsipielt forskjellige måter som variasjoner på sola kan påvirke vær og klima her på Jorda:

a) Endringer i den totale energifluksen fra sola (TSI) vil forandre rammebetingelsene for klimasystemet vårt. Dette er i hovedsak langsomme endringer, primært gjennom varmeopptaket i havet. TSI har variert svært lite i romalderen. Dersom TSI-variasjonene var vesentlig større i tidligere tider, så må denne effekten ha vært viktig. Vi har dessverre ikke målinger av TSI langt bakover i tid. 

b) Endringer i UV-delen av solstrålingen kan gi store ozon-endringer i stratosfæren, med tilhørende top-down effekt på troposfæren og været der. Dette er godt teoretisk begrunnet, og synes å være brukbart dokumentert ved observasjoner. I utgangspunktet vil effekten være regional heller enn global.

c) Mer/mindre aktivitet på sola gir mindre/mer galaktisk kosmisk stråling inn i Jordas atmosfære. Det har vært foreslått en effekt på skydannelsen (Svensmark). Grundige studier har vært gjort på dette ved CERN. Resultatene tyder på at effekten er reell, men ikke særlig stor i klimasystemet.

d) Atmosfærens elektriske krets, der strøm går opp til ionosfæren der hvor det er tordenvær og sterk konveksjon, med returstrømmer i områder med roligere vær. Returstrømmen kan påvirkes av solvinden, magnetfeltet og energetiske partikler fra sola. Denne returstrømmen kan påvirke hvordan skyer og aerosoler oppfører seg.    

I mange klimamodeller er det bare TSI-delen som regnes med. De tre andre kan man betrakte som mulige forsterkningseffekter av solaktiviteten. Det er derfor rimelig å anta at klimamodellene i noen grad undervurderer solas innvirkning på klimasystemet. Det jobbes med saken.  

Sol, strøm, skyer og vær

Av disse tre mulige forsterkningseffektene, er den siste (atmosfærens elektriske krets) den dårligst kjente. Og her kommer en ny artikkel inn i bildet: Lam & Tinsley: "Solar wind-atmospheric electricity-cloud microphysics connections to weather and climate" (Journal of Atmospheric and Solar –Terrestrial Physics, 2017).

Som tidligere nevnt her på bloggen, så bidrar altså oppstigende luftmasser med tordenvær til at det opprettholdes en elektrisk spenningsforskjell på ca. 250 kV mellom ionosfæren og bakken. Dette gjør at det i området med rolig atmosfære går elektriske returstrømmer nedover, som passerer gjennom lag med skyer og aerosoler. Forfatterne skriver at bevisene nå er sterkere enn noen gang for at sol-induserte variasjoner i den elektriske kretsen forårsaker endringer i atmosfærens dynamikk. Fem slike vær-effekter er, i følge forfatterne:

Mansurov-effekten, som er en korrelasjon mellom polare lufttrykk-anomalier og solvind-drevne endringer i ionosfærens potensial på polkalotten. Tidsskalaen er dag-til-dag. Dette er det tydeligste og mest direkte eksemplet på en meteorologisk respons på endringer i returstrømmen, som påvirkes av det interplanetære magnetfeltet orientering (B_y).  

Burns-effekten, som er en observert korrelasjon mellom lufttrykket ved bakken og det elektriske feltet nær bakken. Den er særlig observert ved værstasjoner i Arktis og Antarktis. Mens Mansurov-effekten endrer lufttrykket i hver sin retning i henholdsvis Arktis og Antarktis, så har lufttrykk-endringen samme fortegn i Burns-effekten.  

Roberts-effekten, som først ble observert som en korrelasjon mellom endringer i vinterstormer og forekomsten av geomagnetiske stormer.

Wilcox-effekten, som er en sammenheng mellom vinterstormer og fluksen av relativistiske elektroner som er (delvis) fanget i Jordas magnetfelt. Det antydes en innvirkning på NAO- og AO-indeksene.

Vereteneko-effekten, som er en observert økning i troposfærisk virvling ("vorticity") som følge av energetisk partikkelnedbør fra sola. Dette assosierers med en økning i returstrømmen mellom ionosfæren og bakken.

Forfatterne sier at observasjonene gir sterk støtte til at det er en tropsfærisk respons på variasjoner i returstrømmen. Og årsaken til variasjonene ligger altså i en kombinasjon av solvind, interplanetært magnetfelt, coronal mass ejections på sola, solare energetiske partikler, og relativistiske elektroner i strålingsbeltene.

Men hva er det så – på mikroskala – som er årsaken til at endringer i returstrømmen kan påvirke været? Det dreier primært om oppsamling av ladning på vanndråper og aerosol-partikler, og samspillet mellom vanndråper og aerosoler.

Til slutt: Dersom det fins slike forsterkningsmekanismer for sola i klimasystemet - og solaktivteten faller - og global temperatur fortsetter å øke? Da underestimerer vi nå klimafølsomheten for CO2 ...

Og ellers?

Det går tregt med gjenoppbyggingen på Puerto Rico. Her er forresten to nattbilder, tatt før og etter at orkanen "Maria" herjet øya:

Og når det gjelder sjøisen, så er alles øyne nå rettet mot et stort "hull" i Antarktis-sjøisen. Dere ser hullet et godt stykke ut fra kysten av Dronning Maud Land:

God helg.