Was gibts Neues zum Svensmark-Solarverstärker? Ein Streifzug durch die neuere Literatur

Die Sonne hat das Klima der Vergangenheit maßgeblich mitgestaltet. Heutige Klimamodelle können dies jedoch nicht nachvollziehen, so dass die Skepsis an ihrer Qualität zunehmend in Frage gestellt wird. Es muss einen Verstärker geben, den die Physiker noch nicht auf der Rechnung haben. Eine Möglichkeit wäre die Beeinflussung der Wolken über die kosmische Strahlung, die wiederum vom Sonnenmagnetfeld, also der Sonnenaktivität kontrolliert werden. Dies ist der sogenannte Svensmark-Effekt. Die Idee ist nicht ganz neu, wurde sie doch bereits 1959 von Edward Ney im Fachmagazin Nature vorgeschlagen:

Cosmic Radiation and the Weather
EDWARD P. NEY

University of Minnesota, Minneapolis 14, Minnesota.

THE purpose of this communication is to point out the existence of a large tropospheric and stratospheric effect produced by the solar-cycle modulation of cosmic rays. Since there is some evidence for solar-cycle correlations in the weather, the phenomena described here should be considered in attempts to understand climatological effects of solar-cycle period.

Umfangreiche weitere Forschungsarbeiten wären nun notwendig, um den Effekt weiter zu erforschen und zu validieren bzw. zu überprüfen. Da die Hypothese jedoch als Konkurrenz für das CO2-zentrische Klimaalarmmodell des IPCC angesehen wird, bekommen die Svensmark-Kollegen nur wenige Fördermittel, so dass es nur schleppend vorangeht. Mehr Institute müssten sich beteiligen, die ernsthaft an einer Klärung interessiert sein sollten. In der Realität haben sich jedoch vor allem Gruppen des Themas angenommen, die den Effekt nachhaltig eliminieren wollen und jede Gelegenheit dazu nutzen, eine vermeintlich ausgebliebene Korrelation in einer Studie als Todesstoß für den Svensmark-Effekt zu deuten (z.B. Laken et al. 2012). Der Potsdamer Klimaforscher Stefan Rahmstorf hat regelrecht Angst vor Svensmark und betitelt das Modell als „exotischen und unbelegten Mechanismus“.

Aber es gibt auch positive Entwicklungen. So hielt vor wenigen Jahren Hiroko Miyahara von der The University of Tokyo einen bemerkenswerten Vortrag zum Thema:

 

Im Folgenden die Kurzfassung des Vortrags. Die Folien dazu gibt es hier. Mit Dank an The Hockey Schtick und WUWT.

SOLAR ACTIVITY AND CLIMATE

1. Introduction
Instrumentally measured or reconstructed past climate changes often show positive correlation with solar activity at the wide range of time scales, such as from monthly (Takahashi et al., 2010) to millennial (Bond et al., 2001). However, the mechanisms of their linkage have not been well understood. The possible solar-related parameters that can drive climate change are; total solar irradiance (TSI), solar ultra violet (UV), solar wind (SW) and the galactic cosmic rays (GCRs). The galactic cosmic rays are attenuated by changing solar magnetic field in the heliosphere; the region where the wind of solar plasma and magnetic filed expend. The observed flux of GCRs shows inverse correlation to solar activity. It is known that the change in the cosmic ray flux results in the change in the ionization rate in the atmosphere. It is suggested that it may cause the change in cloud amount.

2. Variation of Galactic Cosmic Rays during the Maunder Minimum
It is difficult to evaluate the exact role of each of solar-related parameters above, since most of them are more or less synchronized for the instrumental period. However, the variation of solar radiation and GCRs may be different at the Maunder Minimum (AD1645-1715). The Maunder Minimum is a period of sunspot absence lasted about 70 years. The Sun has shown periodic variation with ~11-year period since the beginning of the 18th century. However, the sunspots had almost disappeared and apparent ~11-year cycles had been lost during the Maunder Minimum. It means that solar activity had been extraordinarily weak and that the environment of heliosphere had been different from today. We found that the variation of GCRs was very unique during the time. The variation of GCRs has been revealed by the measurements of cosmic-ray induced radio isotopes such as carbon-14 and beryllium-10 in tree rings or ice cores. The content of radio isotopes have shown that solar cycle had been kept during the long-lasting sunspot absence, but with ~14-year period. It has been also revealed that the 22-year cycle; the cycle of periodic reversal of solar dipole magnetic field, had been also kept but with ~28-year period and had been amplified during the time. The polarity of the Sun reverses at the maxima of solar cycles, and thus holds ~22-year period. The ~22-year cycle is not observed in the changes in solar radiations; however it appears in the variation of GCRs consisting of mainly changed particles. The changes in the environment of heliosphere had probably resulted in the amplification of the 22-year cycle in GCRs.

3. Variation of climate and its relation to Galactic Cosmic Rays
We have found that reconstructed climate data show unique variations similar to that of GCRs during the Maunder Minimum. For example, the northern hemispheric temperatures are significantly dependent on the direction of solar dipole magnetic field. At the phases of negative polarity of dipole magnetic field, when GCRs show anomalous increase, we observe colder climate. The dependence of climate change on solar dipole magnetic field results in the manifestation of 22-year cycle in climate change. The cause of decadal to multi-decadal climate changes had not been well understood, however, our study suggests that GCRs may be the playing important role in climate change at those time scales.

Conclusion
More detailed studies are needed to reveal the mechanisms of solar influence on climate change; however, our study has suggested that not only solar irradiative outputs but also magnetic property is playing important role in climate change possibly through changing the flux of GCRs. The mechanisms how the cosmic rays change the cloud property should be clarified in the future studies.

References
G. Bond et al., Persistent Solar Influence on North Atlantic Climate During the Holocene, Science, 7, 294, 2130, 2001.

H. Miyahara, Y. Yokoyama & K. Masuda, Possible link between multi-decadal climate cycles and periodic reversals of solar magnetic field polarity, Earth Planet. Sci. Lett., 272, 290-295, 2008.

Y. Takahashi, Y. Okazaki, M. Sato, H. Miyahara, K. Sakanoi, and P. K. Hong, 27-day variation in cloud amount and relationship to the solar cycle, Atmos. Chem. Phys., 10, 1577-1584, 2010.

Auch Cho et al. 2012 fanden ermutigende Resultate:

We investigate whether the global temperature anomaly is associated with the solar North-South asymmetry using data archived approximately for five solar cycles. We are motivated by both the accumulating evidence for the connection of Galactic cosmic-rays (GCRs) to the cloud coverage and recent finding of the association of GCR influx and the solar North-South asymmetry. We have analyzed the data of the observed sunspot, the GCR influx observed at the Moscow station, and the global temperature anomaly. We have found that the mean global temperature anomaly is systematically smaller (0.56 in the unit of its standard deviation) during the period when the solar northern hemisphere is more active than the solar southern hemisphere. The difference in the mean value of the global temperature anomaly for the two data sets sub-sampled according to the solar North-South asymmetry is large and statistically significant. We suggest the solar North-South asymmetry is related to the global temperature anomaly through modulating the amount of GCR influx. Finally, we conclude by discussing its implications on a climate model and a direction of future work.

Im Wetterzentrale Forum hat Forenteilnehmer KH die Studie wie folgt zusammengefasst:

Die Autoren untersuchen den Zeitraum 1953 – 2008 ebenfalls hinsichtlich des Zusammenhangs von Sonnenaktivität, cosmic rays, Wolkenbedeckung und Globaltemperatur. Sie fanden heraus, dass es für die globale Wolkenbildung entscheidend ist, welche Hemisphäre der Sonne aktiver ist.

“…..The solar North – South asymmetry is defined as the difference of the sunspot area appearing in the solar northern and southern hemispheres…..the dominance of the active hemisphere is reversed at around 1980……the mean GCR flux is significantly reduced when the solar southern hemisphere is more active compared to when the northern hemisphere is more active….the cloud coverage becomes low through reducing the GCR influx during the solar southern hemisphere is dominant, radiation from the sun may be less scattered back to space leading to more energy input to the terrestrial atmosphere for a given solar output…. The solar north – south asymmetry is truly the most important parameter associated with the global temperature anomaly, other than the sunspot number itself….”

Um 1980 fand der Phasenwechsel statt, von der Dominanz der solaren Nordhemisphäre zur Südhemisphäre. Die größte Differenz (Dominanz der Nordhemisphäre) herrschte im Zeitraum 1964 – 68, gleichzeitig global auch kalt. Nach dem Wechsel zur Dominanz der Südhemisphäre (1980) erfolgte dann ja auch der plötzliche Anstieg der Globaltemperatur (1. Schub). Die größte Differenz (Dominanz der Südhemisphäre) lag im Zeitraum 2005 – 2007, hier wurden auch die höchsten Globaltemperaturen gemessen. 2008 erfolgte dann ein geringer Rückgang der Differenz und die Globaltemperatur ging auch leicht zurück (mit diesem Jahr endet der Untersuchungszeitraum).

Geht man davon aus, dass die globale Wolkenbedeckung (low clouds) von Anfang der 80er Jahre bis heute um etwa 5% abgenommen hat und wenn man gleichzeitig annimmt, dass eine Reduktion von 1% eine Temperaturerhöhung von 0,07°C bedeutet, so ergibt das einen Anstieg der Temperatur um etwa 0,35°C. Dies entspricht dann auch dem beobachteten Ansieg in dieser Zeit von 0,22K (zu 1951 – 80) Anfang der 80er Jahre auf jetzige 0,58K (Differenz 0,36K).

Auf jeden Fall sollte man nun nicht den CO2 bedingten Erwärmungseffekt und den solar bedingten gegeneinander ausspielen, sondern versuchen, diese Effekte (wissenschaftlich und nicht pi mal Daumen wie ich) zu quantifizieren. Dies ist eine Frage, die mich schon immer sehr interessiert hat.

Auch Rawal et al. publizierten im September 2013 im Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics eine interessante Studie, die einen Effekt der kosmischen Strahlung für die Wolken-Kondensationskeimbildung fand. Auszug aus der Kurzfassung:

Our calculations showed an effect of aerosol charging on the CCN concentration within the cloud, due to charging of aerosols increase the scavenging of particles in the size range 0.1 µm to 1 µm.

Sfîcă & Voiculescu publizierten im März 2014 eine Studie im Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, in der sie fanden, dass die kosmische Strahlung maßgeblich die troposphärische und stratosphärische Variabilität beeinflusst.

Eine schöne Präsentation zur Svensmark-Thematik gibt es von Pål Brekke vom Norwegian Space Centre (pdf hier). Wer Svensmark einmal selber im Vortrag erleben möchte, konnte dies auf verschiedenen EIKE-Klimakonferenzen tun. Hier Svensmarks Vortrag aus dem November 2012 in München:

 

Wer einen allgemeinverständlichen Einstieg in die Thematik sucht, dem sei der Dokumentarfilm „Das Geheimnis der Wolken“ empfohlen, der auf Arte gesendet wurde:

Die Teile 2-4 gibt es hier. Schön ist auch Jasper Kirkbys Vortrag zum Svensmark-Effekt aus dem Jahr 2009. Mittlerweile leitet Kirkby ein besonderes CERN-Forschungsprogramm („CLOUD“) hierzu, das bereits gute Fortschritte gemacht hat (siehe Kapitel 6 in unserem Buch „Die kalte Sonne“).

Auf Notrickszone veröffentlichte 2012 Ed Caryl einen kritischen Beitrag zum Svensmark-Effekt:

No Relation Found Between Cosmic Rays And Atmospheric Transmission

Weiterlesen auf notrickszone.com.

Wir baten Henrik Svensmark um eine Kommentierung, die er auch prompt lieferte:

I have problems finding out what data [Carly] is using. But I know from experience that albedo has a large uncertainty that makes it difficult to find any signal of the size a cosmic ray impact on clouds. This is one of the motivations for using Earth shine on the moon to extract the Earths albedo. These measurement give however albedo variations that are too large. The transmission must be the same problem, the uncertainties are too large compared to the signal size. To make a more solid case he had to demonstrate that the cosmic ray signal should be larger than the noise in the measurement.

Es bleibt weiter spannend um den Svensmark-Effekt. Neben den kosmischen Strahlen dürfte aber auch das UV eine Rolle als Solarerstärker spielen. Auch hierzu demnächst ein kleines Update an dieser Stelle.