Een bijdrage van Martijn van Mensvoort (volledige bron).

In de 2011 klimaatbrochure van de Koninklijke Nederlandse Academie van Wetenschappen wordt beschreven dat de impact van de zon op het klimaat niet goed worden begrepen1. Op de website van het KNMI wordt in een lezing uit 1997 beschreven dat de Gleissberg cyclus van de zon verantwoordelijk is voor de opwarming tussen de jaren 1910s en 1940s2. De auteur van de lezing beschrijft vervolgens dat deze multi-decennia zonnecyclus ook de bepalende factor vormt bij de periode van afkoeling t/m de 1970s. De neerwaartse impact t.g.v. de zon zou hierbij wel beperkt zijn gebleven onder invloed van broeikasgassen. Tenslotte wordt in de lezing de periode van opwarming die nadien volgt op conto van broeikasgassen geschreven.

Echter, in 2004 is door onderzoekers van het Max Planck Instituut beschreven dat de activiteit van de zon op basis van de voorgaande 6 decennia een record niveau bereikte voor de afgelopen 8.000 jaar3. Inmiddels is ook duidelijk dat in het perspectief van de minimum jaren van de 11-jarige zonnecyclus vanaf 1985 bij iedere cyclus voortdurend een verdere stijging is aangetroffen4. In 2017 is op basis van de LISIRD TSI zelfs sprake van een voorlopig “officieus” nieuw record waarbij de activiteit van de zon op een fors hoger niveau is beland dan bij de voorgaande minima het geval is geweest sinds het Maunder minimum in de 2de helft van de 17de eeuw. Parallel hieraan wordt bij de ‘totale zonnestraling’ [TSI] waarschijnlijk ook in 2019 een record gerealiseerd, want voor het eerst sinds het Maunder minimum is tijdens de 2010s een opeenvolgende periode van 10 jaar op rij ontstaan waarbij de zon ieder jaar gemiddeld een waarde heeft geproduceerd die hoger is dan 1361,2 W/m2.

In combinatie met een tweetal andere recente records bij de ‘achtergrond zonnestraling’ [BSI], tonen de records een duidelijke parallel met het mondiale temperatuur recordjaar 2016. Daarnaast wordt bij de BSI op basis van de 22-jarige magnetische zonnecyclus een curve aangetroffen die vanaf het einde van de 19de eeuw past binnen de jaarlijkse variaties van de HadCRUT4 temperatuur. M.b.v. een versterkend mechanisme kan ook de gehele opwarming sinds 1976 worden verklaard op basis van de activiteit van de zon.

Voor de periode 1867-2017 wordt voor het verband tussen de temperatuur en de zon op basis van de BSI een correlatie beschreven met een zeer hoge omvang: r = +0,98 [p=0,000], welke indicatief is voor het oorzakelijke verband tussen de activiteit van de zon & de temperatuurontwikkeling op aarde. Deze correlatie is iets sterker dan de correlatie tussen CO2 & de temperatuur: r = +0,97 [p=0,000]; ook de correlatie tussen de zonnestraling en CO2 is bijzonder hoog: r = +0,93 [p=0,000]. Dit gaat gepaard met een klimaatgevoeligheid van maximaal ~0,49°C voor de periode sinds het begin van het Maunder minimum rond het jaar 1650.

In dit artikel wordt m.b.v. de HadCRUT4 temperatuur serie & PAGES 2k temperatuur proxies (2013) aangetoond dat de opmars van zowel de activiteit van de zon als de temperatuur al in de 2de helft van de 17de eeuw is ontstaan tijdens het zogenaamde Maunder minimum – dit betreft het dieptepunt in de activiteit van de zon tijdens de Kleine IJstijd. Sindsdien hebben zich drie periodes aangediend waarbij zowel de activiteit van de zon als de temperatuur een tijdelijke terugval hebben getoond. Dit gebeurde tijdens: (1) het Dalton minimum, begin 19de eeuw; (2) het Moderne minimum, begin 20ste eeuw; en (3) de meeste recente terugval vond plaats in de periode 1965-1976.
De magnetische zonnecyclus is verantwoordelijk voor het ontstaan van een ‘zaagtandbeweging’ in het temperatuurverloop op aarde. Hierbij wordt een fase verschil aangetroffen tussen de zon en de temperatuur dat een flink drukkend effect heeft op de correlatie tussen beide. Wanneer de diverse fasen in de 11-jarige zonnecyclus afzonderlijk worden bestudeerd dan tonen enkel de minimum jaren een hoge correlatie met de temperatuur. Dit verband blijkt ruim 4x sterker dan bij maximum jaren het geval is. Na een fase-correctie voor de TSI wordt het verband nog sterker. Een relatief groot deel van de ‘klimaatruis’ in het verband tussen de zon en de temperatuur wordt waarschijnlijk veroorzaakt door de maximum jaren in de zonnecyclus; het natuurkundige mechanisme achter dit fenomeen wordt ook beschreven. Ook wordt aangetoond dat de zon verantwoordelijk is voor het ontstaan van de 66-jarige cyclus.

Om een vergelijking tussen alle jaren tezamen mogelijk te maken, wordt via een 2de correctie bij de TSI op basis van de zonnevlekkencyclus doelgericht een flink deel van de fluctuaties weggefilterd; het resultaat vormt de BSI. Ook bij de BSI zijn afgelopen jaren records niveaus bereikt die van toepassing zijn op zowel het gehele huidige decennium als het jaar 2015.

Na de presentatie van respectievelijk: de technische samenvatting (paragraaf I), de onderzoeksresultaten (paragraaf II t/m VIII) en de discussie & conclusie (paragraaf IX), volgt een bijlage die is gewijd aan de vraag: ‘Hoe werkt de zonnecyclus?’. De bijlage heeft een visueel karakter waarbij de werking van de zon wordt uiteengezet in relatie tot de zonnevlekkencyclus + haar kosmische oorsprong via de beweging van de zon rond het zwaartekrachtcentrum van het zonnestelsel (zie video 1). Deze kosmische dynamiek ligt tevens ten grondslag aan het ontstaan van de 66-jarige cyclus, welke bij de temperatuurontwikkeling op aarde wordt aangetroffen en bij de minimum jaren van de TSI. Tevens wordt duidelijk dat de 22-jarige magnetische zonnecyclus een fase voor loopt t.o.v. de 11-jarige zonnecyclus; de complexe wisselwerking tussen beide wordt hierbij ook getoond (zie video 2).

TIP: Figuur 1 beschrijft de basis van de analyse & figuur 16 beschrijft het resultaat. In de bijlage is video 1 illustratief voor het ontstaan van de multi-decennium cyclus in het perspectief van de kosmos.


SAMENVATTING: Ruim 300 jaar geleden werd de koudste periode van de Kleine IJstijd bereikt tijdens het Maunder minimum, wat bekend staat als het dieptepunt in de activiteit van de zon. Vervolgens is de activiteit van de zon toegenomen en sindsdien is ook de temperatuur van onze leefomgeving op aarde begonnen met stijgen. Parallel met het mondiale temperatuurrecord van 2016 zijn tijdens het huidige decennium ook bij de zon diverse nieuwe records ontstaan. In dit onderzoek wordt voor de zonnestraling en de temperatuur een zeer hoge correlatie beschreven met een omvang van +0,98 [p=0,000] voor de periode 1867-2017 (zie figuur 16). Deze correlatie is gevonden op basis van de 22-jarige magnetische zonnecyclus. Tevens wordt een groot verschil beschreven voor de impact van minima en maxima in de 11-jarige zonnecyclus op de temperatuur + het bijbehorende natuurkundige mechanisme.

Via een versterkend mechanisme kan de opwarming sinds 1850 geheel worden verklaard, inclusief de opwarming sinds 1976. De correlatie tussen CO2 en de temperatuur heeft een vergelijkbare hoge omvang: +0,97 [p=0,000]. Ook de correlatie tussen de zonnestraling en CO2 is bijzonder hoog met een omvang van +0,93 [p=0,000]. De beschreven correlaties wijzen voor de temperatuurstijging sinds het Maunder minimum in de richting van een hoge ‘zonnegevoeligheid’ voor relatief kleine fluctuaties van de zon, in combinatie met een lage ‘klimaatgevoeligheid’ (maximaal ~0,49°C) voor de relatief grote toename van CO2.


INHOUD

• I – Technische samenvatting [ABSTRACT]
• II – Minimum jaren in cyclus zonnestraling correleren ruim 4x hoger met temperatuur dan maximum jaren
• III – Na fase correctie tonen zonneminimum jaren een nog sterker verband met temperatuurontwikkeling
• IV – Zon toont sterk verband met gemiddelde temperatuur op basis van magnetische zonnecycli
• V – Magnetische zonnecyclus levert aanvullend bewijs voor bestaan versterkend mechanisme
• VI – Zon is verantwoordelijk voor de 66-jarige cyclus + een deel van het opwaartse trendkanaal
• VII – De ‘zonnegevoeligheid’ is hoog & de ‘klimaatgevoeligheid’ is laag
• VIII – De definitie van het klimaat is achterhaald
• IX – Discussie & conclusie

BIJLAGE: ‘Hoe werkt de zonnecyclus?’

(Data: Excel file)

 


I – Technische samenvatting [ABSTRACT]

{I-1} In de wetenschappelijke literatuur wordt al tenminste sinds 2003 beschreven dat naast een dalende trend in de piekwaarden van de 11-jarige zonnevlekkencyclus afgelopen decennia ook een opvallend tegengesteld fenomeen wordt aangetroffen bij de minimum jaren van de ‘totale zonnestraling’ [TSI: Total Solar Irradiance]4. Op basis van de HadCRUT4 temperatuur serie en de LISIRD TSI wordt in dit artikel aangetoond voor de periode vanaf 1910 dat tussen minimum jaren van de TSI en de temperatuur vanaf 1910 inmiddels een fors hogere correlatie (r = +0,803; p<0,01) wordt aangetroffen dan bij maximum jaren (r = +0,183; p=N.S.); het natuurkundige mechanisme achter dit verschil wordt ook beschreven. Deze observatie vormt in combinatie met de 22-jarige magnetische zonnecyclus tevens de basis voor het belangrijkste resultaat aan het eind van de analyse: de beschrijving van een zeer hoge correlatie tussen de activiteit van de zon & de temperatuurontwikkeling op aarde m.b.t. de periode 1867-2017 (r = +0,98; p=0,000). Dit verband kan enkel vanuit de zon zijn ontstaan. De correlatie is bovendien iets sterker dan de correlatie tussen CO2 & de temperatuur (r = +0,974; p=0,000). Ook de correlatie tussen de zonnestraling en CO2 is bijzonder hoog (r = +0,93; p=0,000). Logischerwijs staat de zon zeer waarschijnlijk aan de oorsprong van deze opmerkelijk sterke onderlinge verbanden. Bij de diverse natuurlijke cycli in het klimaatsysteem op aarde volgt CO2 altijd de temperatuur via tussenkomst van de vegetatie en/of het oceaan systeem. De beschreven correlaties wijzen voor de temperatuurstijging sinds het Maunder minimum in de richting van een hoge ‘zonnegevoeligheid’ m.b.t. relatief kleine fluctuaties van de zon, in combinatie met een lage ‘klimaatgevoeligheid’ (maximaal ~0,49°C) voor de relatief grote toename van CO2.

{I-2} In het perspectief van de zonneminimum jaren wordt bij zowel de TSI als de temperatuur een drietal andere opvallende fenomenen aangetroffen: (1) een regelmatige multi-decennium cyclus met een duur van 6 zonnecycli die gepaard gaat met een opvallend hoge amplitude; (2) een opwaarts gericht trendkanaal waarop de multi-decennium cyclus wordt aangetroffen; (3) een ‘zaagtandbeweging’ waarbij de temperatuur stijgt (of daalt) wanneer de TSI daalt (of stijgt). De ‘zaagtandbeweging’ wordt veroorzaakt door de magnetische cyclus van de zon, waarvan bekend is dat deze gepaard gaat met een opeenvolging van hoge- en lage pieken, en/of spitse- en brede pieken.

{I-3} Na een fase-correctie waarbij de TSI één zonnecyclus wordt teruggeschoven in de tijd wordt bij de laagste minimum jaren tussen de TSI en de temperatuur een hoog significante correlatie aangetroffen (r = +0,904; p=0,000). Het mechanisme achter het faseverschil kan worden begrepen op basis van het feit dat de 22-jarige magnetische zonnecyclus fundamenteel bezien de bepalende factor vormt en enkele jaren voor loopt t.o.v. de 11-jarige zonnecyclus. Bovendien zitten beide cycli zitten in tegengestelde fase waarbij de poloïdale magnetische cyclus door de nulfase beweegt wanneer de zonnevlekkencyclus door de fase van de maximum jaren beweegt. In combinatie met het grote verschil tussen de minimum- en maximum jaren ontstaat een totaalbeeld dat suggereert dat ‘klimaatruis’ vooral ontstaat bij maximum jaren onder invloed van de zonnevlekkencyclus. Met de intentie om de invloed van ‘klimaatruis’ te minimaliseren/reduceren bij de maximum jaren is vervolgens een analyse gemaakt op basis van de ‘achtergrond zonnestraling’ [BSI: background solar irradiance = TSI minus zonnevlekken], waarbij de fluctuaties t.g.v. de zonnevlekkencyclus grotendeels uit de TSI zijn verwijderd. Ook deze correctie draagt in het perspectief van de minimum jaren bij aan een verdere verhoging van de correlatie tussen de zon en de temperatuur (r = +0,924; p=0,000); deze correlatie is ook hoger dan de correlatie tussen CO2 en de temperatuur.

{I-4} Om zowel de invloed van de ‘zaagtandbeweging’ (t.g.v. de magnetische zonnecyclus) als ook andere ‘klimaatruis’ (t.g.v. de maximum jaren) te reduceren is vervolgens een analyse uitgevoerd op basis van de gemiddelde waarde van de TSI, BSI en de temperatuur voor alle magnetische zonnecycli die beginnen en eindigen bij een minimum jaar in de 11-jarige zonnecyclus. Hierbij worden curves aangetroffen met een oscillerende beweging die bij alle drie de factoren een hoge mate van gelijkenis tonen. Na de eerder genoemde fase-correctie worden hierbij onderlinge correlaties aangetroffen met een zeer hoog significantieniveau. Tussen de BSI en de temperatuur wordt een nog hogere correlatie aangetroffen voor de periode 1856-2008 (r = +0,928; p=0,000). Met de fase-correctie past deze BSI curve geheel in de bandbreedte van de jaarlijkse fluctuaties binnen de HadCRUT4 temperatuur serie vanaf het jaar 1880. Zonder de fase-correctie valt deze BSI curve vanaf de eind jaren ’70 aan de onderzijde van de HadCRUT4 temperatuur serie; echter, de omvang van het verschil neemt af in de 21ste eeuw. Zowel in het perspectief van de TSI op basis van de minimum jaren, als ook bij de BSI op basis van de gemiddelde waarden tijdens 1 magnetische cyclus, kan de temperatuurstijging sinds 1976 op basis van de activiteit van de zon volledig wordt verklaard.

{I-5} Getalsmatig kan op basis van de TSI minimum jaren t/m het jaar 2017 – na een fasecorrectie van één zonnecyclus – ongeveer 75% tot 95% van de temperatuurstijging sinds 1976 worden toegeschreven aan de combinatie van: de 66-jarige cyclus + een versnelling binnen de opwaarts gerichte trend in de activiteit van de zon. Dit vormt een eerste aanwijzing waaruit kan worden afgeleid dat de ‘klimaatgevoeligheid’ waarschijnlijk laag is, omdat na het toepassen van de genoemde correctie dusdanig hoge correlaties worden aangetroffen die bij benadering minder dan een kwart aan ruimte laten voor andere invloeden. Hieruit kan worden afgeleid dat bij klimaatverandering de cumulatieve invloed van de zon over een periode van meerdere magnetische zonnecycli waarschijnlijk ook een factor van betekenis vormt.

{I-6} M.b.v. de PAGES 2k temperatuur proxies (2013) is vastgesteld dat de opwaarts gerichte trend in het grootste deel van de 19de eeuw (1810-1902) waarschijnlijk al in de orde lag van gemiddeld +0,0316°C per decennium. Terwijl bij de HadCRUT4 tussen de 1872-1939 een aanzienlijk lagere trend wordt aangetroffen: +0,015°C per decennium. Op basis van een vergelijking tussen het verloop van de PAGES 2k proxies, de HadCRUT4 en de GISSTEMP v4 is een aanwijzing gevonden dat de eerste piekfase van de 66-jarige bij de HadCRUT4 de grootste uitschieter vormt die in de diverse perspectieven wordt aangetroffen. Hieruit kan worden afgeleid dat de impact van de temperatuur toename tussen de 1870s en de 1940s op basis van het relatief kleine verschil tussen de jaren 1978 en 1944 (t.g.v. hoge uitschieters in de jaren 1877 en 1878) bij de HadCRUT4 leidt tot een onderschatting van het verschil tussen de 1870s en de 1940s. Het hieruit volgende neveneffect betreft een overschatting van de snelheid van de temperatuurstijging die vanaf de eind jaren ’70 is ontstaan.

{I-7} Tevens wordt een 2-tal sterke aanwijzingen beschreven die wijzen in de richting van de werking van een versterkend mechanisme voor relatief kleine fluctuaties van de zon. In jaren waarbij de magnetische noordpool begint met omslaan wordt bij de ENSO cyclus op aarde altijd een negatieve waarde aangetroffen. De impact van dit fenomeen is dusdanig sterk dat hierbij in het betreffende jaar meestal ook La Niña omstandigheden worden aangetroffen – welke normaal gesproken gepaard gaan met afkoeling t.o.v. het voorgaande jaar. Ook wordt kort ingegaan op een fenomeen waaruit blijkt dat de periodes van afkoeling in de 20ste eeuw zijn ontstaan tijdens jaren waarin zowel de TSI als het impuls-momentum van de zon (betreffende de beweging rond het barycentrum) beiden in- of rond de bodem fase zitten.

{I-8} Tenslotte wordt een duidelijke parallel beschreven tussen het mondiale temperatuurrecord van 2016 en een 4-tal recente records in de activiteit van de zon. In het perspectief van de TSI minimum jaren is in 2017 een fors hoger recordniveau bereikt en in 2019 ontstaat voor het eerste een periode van 10 jaar op rij waarbij de TSI waarde ieder jaar gemiddeld boven 1361,20 W/m2 heeft gezeten. Sinds het begin van de mondiale instrumentele temperatuur in 1850 is voorheen slechts 2x maal een periode van 7 jaar op rij aangetroffen met hogere waarden, waarvan de 2de periode betrekking heeft op het eerste decennium van de 21ste eeuw. Hieruit blijkt ook duidelijk dat tijdens de eerste twee decennia van de 21ste eeuw de activiteit van de zon uitzonderlijk hoog is geweest. Bij de BSI wordt in de 2010s een fors nieuw decennium record aangetroffen en in 2015 is een nieuw recordniveau bereikt – direct voorafgaand aan het wereldwijde temperatuur recordjaar 2016.

 


II – Minimum jaren in cyclus zonnestraling correleren ruim 4x hoger met temperatuur dan maximum jaren

{II-1} In figuur 1 is de totale zonnestraling (= TSI volgens het LASP Interactive Solar Irradiance Datacenter, gepresenteerd door het ‘Laboratory for Atmospheric & Space Physics’ van de Universiteit van Colorado) uitgezet tegen de HadCRUT4 temperatuur serie. In beide grafieken zijn op basis van de zonnestraling cyclus de 3 laagste minimum jaren en de 3 hoogste maximum jaren gemarkeerd. Voor jaren in dezelfde fase van de zonnecyclus is in figuur 1 de correlatie weergegeven; deze correlaties tonen een groot verschil tussen de minimum en maximum jaren. Tussen de TSI en de HadCRUT4 wordt voor de gehele periode 1910-2019 slechts een geringe correlatie aangetroffen (r = +0,306; p=N.S.). Echter, bij de 3 laagste minimum jaren tezamen wordt een veel hogere correlatie in combinatie met een hoog significantie niveau aangetroffen (r=+0,768; p<0,001); bij de gezamenlijke maximum jaren is het verband met de temperatuur daarentegen veel zwakker, ofschoon ook hierbij wel overal een positieve correlatie wordt aangetroffen (r = +0,285; p=N.S.).

{II-2} Opvallend is ook dat bij de individuele fases van de zonnecyclus de laagste correlatie bij de hoogste maximum jaren wordt aangetroffen; de hoogste correlaties worden bij de twee laagste minimum jaren aangetroffen. De correlatie bij de laagste minimum jaren (r = +0,804; p<0,01) ligt maar liefst ruim 4x hoger t.o.v. de correlatie bij de hoogste maximum jaren (r = +0,184; p=N.S.).

Figuur 1: Minimum jaren in cyclus zonnestraling correleren ruim 4x hoger met temperatuur dan maximum jaren.

Figuur 1: Minimum jaren in cyclus zonnestraling correleren ruim 4x hoger met temperatuur dan maximum jaren.

Omdat bij de zonnevlekkencyclus het jaar 2019 waarschijnlijk het minimum jaar tussen cyclus 24 en cyclus 25 vormt, is rekening gehouden met de mogelijkheid dat ook de TSI op een lagere waarde zou kunnen gaan eindigen dan 2017. Op basis van de TSI ruwe data van de eerste 10 maanden van 2019 lijkt dit overigens niet te gaan gebeuren: het verschil t.o.v. 2018 is beperkt gebleven tot een waarde die duidelijk minder dan 0,03 W/m2 lager ligt t.o.v. de waarde van 2018. Daarom heeft in figuur 1 de getoonde TSI voor het jaar 2019 een voorlopige waarde van 1361,226 W/m2, welke 0,030 W/m2 lager is dan de 2018 waarde van 1361,256 W/m2. Omdat bij de LISIRD TSI nog correcties gaan volgen op de data van de metingen is rekening gehouden met de mogelijkheid dat het neerwaartse effect eventueel nog 1/3 deel omvangrijker zou kunnen uitpakken dan op basis van de ruwe data over de eerste 10 maanden van 2019 is vastgesteld. Ook in dat geval blijft de LISIRD TSI waarde voor het jaar 2019 net boven het niveau van het jaar 2017 (1361,215 W/m2) waardoor dit geen impact zal hebben op de resultaten en conclusies die in dit artikel worden gepresenteerd. De definitieve uitkomst van de analyse in dit artikel kan dus pas na afloop van 2019 worden gemaakt nadat de LISIRD TSI waarde voor dit jaar is vastgesteld.

{II-3} Uit figuur 1 blijkt tevens dat wanneer de fases behorende bij de 3 laagste minimum jaren worden samengevoegd en hetzelfde wordt gedaan voor de 3 hoogste maximum jaren, een zeer significant statistisch effect ontstaat. Ook ontstaat hierbij een beeld dat suggereert dat de minimum jaren een hoofdrol spelen bij het ontstaan van de 66-jarige cyclus. Want in dit perspectief blijken zowel de piekjaren 1878 en 1944, als ook de bodemjaren 1911 en 1976, betrekking te hebben op de 3 laagste fases in de cyclus van de zonnestraling.

{II-4} Bovendien wordt rondom 3 van de 4 meest extreme jaren in 66-jarige cyclus, een patroon aangetroffen dat suggereert dat een combinatie van minimum jaren hiervoor verantwoordelijk is. Enkel bij de eerste bodem fase van de 66-jarige cyclus wordt rondom het jaar 1911 een patroon aangetroffen waarbij ook diverse maximum jaren worden aangetroffen. Overigens, fundamenteel bezien levert dit een merkwaardig beeld op want logischerwijs zou eigenlijk van de TSI (lees: de hoeveelheid zonnestraling) kunnen worden verwacht dat deze positief correleert met de temperatuur op aarde. Het is daarom opmerkelijk om te constateren dat de maximum jaren zich bij de extremen van de 66-jarige cyclus enkel duidelijk manifesteren bij de allerlaagste bodem fase (rond het jaar 1911) sinds 1850.

{II-5} Kortom, figuur 1 toont een beeld waarbij de meest voor de hand liggende verwachting enkel duidelijk wordt ingelost bij de minimum jaren. De maximum jaren (b)lijken daarentegen voor nogal wat ‘klimaatruis’ te zorgen bij de temperatuurontwikkeling op aarde. Enkel in de periode vanaf 1944 is wel een duidelijk patroon zichtbaar waarbij relatief veel piekjaren worden aangetroffen aan de bovenkant van de HadCRUT4 temperatuur serie (in combinatie met veel bodemjaren aan de onderzijde). Vooral de periode tussen 1850 en 1900 toont min of meer het omgekeerde patroon.

Omdat bij de tussenliggende periode van 1900-1944 een gemengd beeld zichtbaar is kan dit fenomeen worden geassocieerd met een lange termijn zonnecyclus die een mogelijk een veelvoud van de 66-jarige cyclus zou kunnen omvatten. Want de periode 1850-2018 toont een patroon dat ogenschijnlijk niet meer dan de helft van een verschuiving binnen het mechanisme toont. In paragraaf VI wordt via figuur 12 dit patroon meer in detail beschreven.

Natuurkundig mechanisme verklaart impact verschil tussen minima en maxima

{II-6} De fundamentele logica achter het verschil tussen de minimum en maximum jaren in de zonnecyclus kan worden begrepen op basis van de helioseismologie. Tijdens de minima wordt bij de druk component in de energiegolven van de zon een lagere frequentie 5 aangetroffen in combinatie met de combinatie van: een hogere amplitude + een groter aantal actieve regionen 6. Bij de maxima wordt het omgekeerde patroon aangetroffen: de frequentie is dan hoger maar de amplitude + het aantal actieve regionen is lager. Dit patroon wijst in de richting van dat minima waarschijnlijk gepaard gaan met een meer krachtige laagfrequente energetische activiteit; gevolg: de relatie met de temperatuurontwikkeling op aarde is duidelijker waarneembaar. Terwijl maxima gepaard gaan met minder krachtige hoogfrequente energetische activiteit. Dit verklaart waarom juist tijdens maxima relatief gemakkelijk ‘klimaatruis’ ontstaat; dit komt waarschijnlijk omdat de atmosfeer van de aarde de minder krachtige hoogfrequente energie gemakkelijker zal kunnen reflecteren (Albedo), dan wel absorberen in de hogere atmosfeer..

{II-7} Tenslotte, een nadere inspectie van het verloop van de minima bij de TSI met de corresponderende temperatuur heeft een merkwaardig fenomeen aan het licht gebracht. Vanaf het jaar 1867 tussen beide voortdurend een tegengestelde beweging wordt aangetroffen: iedere stijging (of daling) tussen 2 opeenvolgende TSI minima gaat bij de temperatuur gepaard met een daling (of stijging). In de volgende paragraaf wordt duidelijk dat dit fenomeen het gevolg is van een faseverschil tussen de TSI en de temperatuurontwikkeling op aarde.

III – Na fase correctie tonen zonneminimum jaren een nog sterker verband met temperatuurontwikkeling

{III-1} In de vorige paragraaf is beschreven dat bij het bestuderen van het verband tussen de activiteit van de zon en de temperatuurontwikkeling op aarde rekening moet worden gehouden met tenminste 1 complicatie, namelijk: een fors correlatie verschil tussen de minimum en maximum jaren van de zonnecyclus. In deze paragraaf wordt een tweede complicatie beschreven in de vorm van een faseverschil.

{III-2} In figuur 2 zijn enkel de minimum jaren van de zonnestraling cyclus (TSI) uit figuur 1 weergegeven in combinatie de corresponderende temperaturen. Hierbij is een fase-correctie uitgevoerd waarbij de TSI één cyclus is teruggezet in de tijd; het meeste recente minimum van de zonnecyclus (2017/2019) staat in figuur 2 daarom weergegeven boven de temperatuur van het vorige minimum (2008).

Het gevolg is dat de TSI en de temperatuur in figuur 2 een min of meer dezelfde ‘zaagtandbeweging’ over een periode van 130 jaar tonen (enkel bij de laatste beweging wordt nu een tegengestelde beweging aangetroffen, waarbij enkel de zon de te verwachten beweging omhoog voortzet). De fase-correctie heeft als gevolg dat de correlatie tussen de TSI minima en de temperatuur aanzienlijk groter is in figuur 2 (r = +0,904; p=0,000) dan in figuur 1 (r = +0,803; p<0,01) het geval is. Opvallend is ook dat het oscillerende patroon van de 66-jarige cyclus in dit vereenvoudigde perspectief zowel bij de zon als de temperatuur gemakkelijk kan worden herkend.

{III-3} De ‘zaagtandbeweging’ betreft een bekend fenomeen dat het gevolg is van de 22-jarige magnetische cyclus van de zon. Bij dit fenomeen wordt op het niveau van de 11-jarige zonnevlekkencyclus een patroon aangetroffen dat bestaat uit een afwisseling van o.a. hoge en lage pieken en/of spitse en brede pieken. In de technische beschrijving aan het eind van paragraaf VI wordt dit fenomeen met meer details beschreven op basis van een visuele impressie van het verloop van de zonnecyclus.

Figuur 2: Na een fase-correctie voor de TSI minima (deze zijn 1 zonnecyclus terug in de tijd geschoven) toont zowel de zon als de temperatuur een duidelijke 66-jarige cyclus die parallel loopt en gepaard gaat met een hoge correlatie tussen beide [r = +0,904; p=0,000].

Figuur 2: Na een fase-correctie voor de TSI minima (deze zijn 1 zonnecyclus terug in de tijd geschoven) toont zowel de zon als de temperatuur een duidelijke 66-jarige cyclus die parallel loopt en gepaard gaat met een hoge correlatie tussen beide [r = +0,904; p=0,000]. De combinatie van de 66-jarige cyclus + de stijgende trend in zonneactiviteit suggereert dat in potentie 75% tot 95% van de temperatuurstijging sinds 1976 kan worden verklaard door de toegenomen activiteit van de zon. De temperatuur van minimum jaar 2017 ontbreekt in de illustratie t.g.v. de fase-correctie van de TSI (een vergelijking met de TSI kan pas plaatsvinden na het volgende minimum jaar dat rond ~2028 kan worden verwacht).

{III-4} Uit figuur 2 blijkt dat ook bij de TSI minima jaren een 66-jarige cyclus wordt aangetroffen; periodes van 3 opwaarts gerichte cycli (~33 jaar) worden afgewisseld door 3 neerwaarts gerichte cycli (ook ~33 jaar). Op basis van de combinatie van de langdurige parallelle ‘zaagtandbeweging’ en de 66-jarige cyclus is het geenszins verrassend dat figuur 2 een zeer significante hoge correlatie beschrijft tussen de ontwikkeling van de gefaseerde TSI en de niet-gefaseerde temperatuur.

{III-5} De getoonde trendkanalen in figuur 2 tonen een patroon waarbij zowel de TSI als de temperatuur bij de laatste fase het trendkanaal aan de bovenzijde hebben verlaten. Een vergelijking tussen de verhoudingen van de punten I, II en III (zie rechterzijde) suggereert dat op basis van de minima ruim 75% van de temperatuurstijging sinds 1976 kan worden verklaard op basis van de zonneactiviteit t.g.v. de combinatie van de volgende 3 factoren:

(1) de 66-jarige cyclus;
(2) de opwaarts gerichte trend;
(3) er is sprake van versnelling waarbij het trendkanaal aan de bovenzijde wordt verlaten.

{III-6} Een meer exacte vergelijking tussen beide perspectieven op basis van de punten A t/m L wijst uit dat de stijging van de temperatuur tussen 1976 en 2008 t.o.v. de voorgaande decennia bij de temperatuur slechts in beperkte mate sneller is verlopen dan bij de zon. De afstand tussen de waarden bij de punten A en D t.o.v. de gemiddelde afstand tussen de punten A & E t/m A & L toont aan dat bij de temperatuur (+101,3%) slechts een +5,0% hogere waarde wordt aangetroffen dan bij de zon (96,3%). Dit suggereert dat in potentie op basis van alle individuele minimum jaren de variatie in de activiteit van de zon sinds 1976 mogelijk zelfs 95% van de temperatuur kan verklaren – dit heeft te maken met dat de zon in de laatste decennia een iets sterkere opwaartse trend toont dan bij de temperatuur het geval is. Aan het einde van deze paragraaf wordt duidelijk dat deze opvallende trend ook buiten het perspectief van de minimum jaren van de zon wordt aangetroffen.

{III-7} Een ander interessant aspect vormt het feit dat in het huidige decennium bij de minima een stijging in de activiteit van de zon wordt aangetroffen die sinds 1850 niet eerder is waargenomen. Bij de temperatuur wordt in figuur 2 de snelste stijging aangetroffen tussen 1933 en 1943. Omdat dit een vergelijking betreft tussen jaren met vergelijkbare omstandigheden bij de zon kan hieruit worden afgeleid dat bij de temperatuur geen sprake is van een “niet eerder getoonde versnelling” in de periode tussen 1976 en 2008. Overigens, uit figuur 1 blijkt dat voor de periode van 2008 t/m 2017 wel geldt dat de snelheid van de temperatuurstijging een fractie hoger is dan de stijging tussen 1933 en 1943, doch het gaat hierbij om een periode die 1 jaar korter is. Bovendien loopt deze periode parallel met de snelste stijging van de TSI sinds 1850, wat impliceert dat de zon betrokken is bij de snelle stijging van de temperatuur.


{III-8} In paragraaf II is vastgesteld dat vooral maxima gepaard gaan met fluctuaties die ogenschijnlijk verantwoordelijk lijken voor het ontstaan van ‘klimaatruis’. Overigens, van zonnevlekken is bekend dat ze gepaard gaan met een complexere dynamiek in de output van de zon. Om een analyse mogelijk te maken die verder reikt dan alleen de minimum jaren van de zonnestraling cyclus is het daarom wenselijk om de invloed van de fluctuaties gerelateerd aan de zonnevlekkencyclus uit het TSI signaal weg te filteren. In de wetenschappelijke literatuur worden diverse technieken beschreven waarmee deze zogenaamde ‘achtergrond zonnestraling’ [background solar irradiance = BSI] kan worden berekend7. In dit onderzoek wordt voor de berekening van de BSI een eenvoudige benadering gebruikt waarbij de omvang van de zonnevlekkencyclus via subtractie uit de TSI is verwijderd (de BSI is als volgt berekend: het aantal zonnevlekken per jaar is gedeeld door de recordwaarde van 269,3 zonnevlekken, welke de gemiddelde waarde voor het jaar 1957 betreft; vervolgens is het resultaat uit de TSI waarde verwijderd). Figuur 3 toont de TSI cyclus, de BSI cyclus en de zonnevlekkencyclus voor de periode 1800-2019; de waarden voor 2019 zijn op de eerste 10 maanden (jan t/m okt) gebaseerd.

Figuur 3: Totale zonnestraling [TSI], achtergrond zonnestraling [BSI] & zonnevlekken (met 2019 data op basis van eerste 10 maanden).

Figuur 3: Totale zonnestraling [TSI], achtergrond zonnestraling [BSI] & zonnevlekken (2019 data is gebaseerd op eerste 10 maanden).

{III-9} Uit figuur 3 blijkt dat de BSI in het jaar 2015 een nieuwe recordwaarde heeft bereikt; de gemiddelde BSI waarde voor de periode 2010-2019 resulteert bovendien in een fors nieuw decennium record. Overigens, dit mag geen verassing worden genoemd want enerzijds toont de TSI voor het minimum jaar 2017 een recordniveau in het perspectief van de minima; anderzijds ontstaat in 2019 ook voor het eerst een periode van 10 jaar op rij waarbij de TSI voortdurend boven een waarde van 1361,2 W/m2 zit, wat een record betekent voor de periode sinds het Maunder minimum.


{III-10} In figuur 4 wordt het perspectief dat in figuur 1 is beschreven nogmaals getoond, doch hier zijn zowel de BSI als CO2 toegevoegd; uit de dynamiek van de grafieken blijkt direct dat de ‘oscillerende beweging’ in de temperatuurgrafiek enkel in verband kan worden gebracht met de zon – ofschoon ook bij de CO2 in de periode 1923-1976 een oscillatie met een geringe amplitude zichtbaar is. De periode 1933-1943 betreft bij de CO2 de cyclus met de geringste stijging op basis van de TSI minima jaren, welke in verband kan worden gebracht met zowel het feit dat de periode 1933-1943 een bijna vlakke BSI toont en de periode 1923-1933 een bijna vlakke temperatuur ontwikkeling toont.

Figuur 4: Totale zonnestraling [TSI], achtergrond zonnestraling [BSI], temperatuur & CO2 op basis van de TSI minimum jaren; deze factoren tonen onderling allemaal sterke correlaties (na een fase-correctie voor zowel de TSI als BSI).

Figuur 4: Totale zonnestraling [TSI], achtergrond zonnestraling [BSI], temperatuur & CO2 op basis van de TSI minimum jaren; deze factoren tonen onderling allemaal sterke correlaties (na een fase-correctie waarbij zowel de TSI als BSI met één zonnecyclus terug in de tijd is geschoven).

{III-11} Uit figuur 4 blijkt dat de BSI iets sterker met de temperatuur correleert dan de correlatie tussen CO2 en de temperatuur. De BSI, temperatuur en CO2 tonen onderling correlaties met een vergelijkbare omvang. Bij de TSI liggen de correlaties onderling op een iets lager niveau, ofschoon het verschil gering is voor zowel de periode 1867-2008 als de periode 1976-2008.

Getalsmatig liggen de correlaties nog enkele honderdsten hoger voor de periode vanaf 1879 of vanaf 1890; bij de BSI loopt de correlatie met de temperatuur in beide gevallen dan op tot boven de +0,94 (de correlatie tussen CO2 en de temperatuur blijft in beide periodes lager dan +0,91).

 


IV – Zon toont sterk verband met gemiddelde temperatuur op basis van magnetische zonnecycli

{IV-1} In paragraaf III is vastgesteld dat vooral bij de minima in de zonnecyclus na een fase-correctie behoorlijk hoge correlaties worden aangetroffen met de temperatuurontwikkeling op aarde; ook is vastgesteld dat bij zowel de TSI als de BSI de waarden hoger zijn dan de correlatie tussen CO2 en de temperatuur.

{IV-2} Vanzelfsprekend is het gewenst om de impact van het faseverschil tussen de zon en de temperatuur ook te bestuderen buiten het perspectief van de minima van de zonnecyclus. Echter, in paragraaf II is vastgesteld dat vooral bij de maxima van de zonnecyclus relatief veel ‘klimaatruis’ ontstaat. Om de impact van deze complicatie zoveel mogelijk te reduceren is een analyse gemaakt op basis van de 22-jarige magnetische cyclus van de zon – welke als de fundamenteel bepalende factor binnen de cyclus van de zon wordt herkend. De magnetische cyclus wordt bijvoorbeeld o.a. gebruikt om de amplitude van de zonnecyclus in de toekomst te voorspellen, waarbij vrij nauwkeurig tot tenminste wel 9 jaar vooruit kan worden gekeken 8. Dit fenomeen vormt een indicatie dat de zonnestraling cyclus in essentie achterloopt t.o.v. andere cycli van de zon.

{IV-3} De volgende analyse is gericht op de gemiddelde waarden per magnetische cyclus; hierbij wordt enkel gekeken naar periodes die beginnen (en eindigen) bij TSI minima. Dit impliceert dat in de analyse iedere magnetische cyclus in totaal 3 minimum jaren bevat waardoor het gewicht van de minimum jaren optimaal wordt gebruikt. Iedere magnetische cyclus heeft een lengte van bij benadering ongeveer 22 jaar en bevat twee zonnevlekkencycli die ieder een lengte hebben van bij benadering ongeveer 11 jaar. Omdat een magnetische cyclus bij ieder willekeurig minimum kan beginnen is het bij deze analysemethode mogelijk om de gemiddelde waarde van een magnetische cyclus te berekenen voor periodes die elkaar met ongeveer 11 jaar opvolgen.

{IV-4} Omdat de TSI waarde in 2017 lager ligt dan in 2018 en ook 2019 (waarschijnlijk) een hogere waarde gaat opleveren dan 2017, wordt in de analyse gebruik gemaakt van de 161-jarige periode 1856-2017. De periode voorafgaand aan het jaar 1856 wordt buiten beschouwing gelaten omdat de periode 1850-1855 geen volledige magnetische cyclus omvat.

{IV-5} Figuur 5 beschrijft de TSI, BSI, temperatuur en CO2 op basis van de individuele jaren voor de periode 1956-2017; vervolgens toont figuur 6 de gemiddelde waarden per magnetische zonnecyclus voor de data in figuur 5.

Figuur 5: Jaarlijkse data voor de TSI, BSI, temperatuur & CO2 voor de periode 1856-2017.

Figuur 5: Jaarlijkse data voor de TSI, BSI, temperatuur & CO2 m.b.t. de periode 1856-2017.

{IV-6} De tabel in figuur 5 toont in de bovenste helft correlaties die betrekking hebben alle jaren in de periode 1856-2017; de correlaties in de onderste helft hebben de betrekking op alle magnetische cycli (zonder fase-correctie) die beginnen met een minimum jaar. Uit de waarden in de tabel blijkt dat de correlaties tussen de zon en de temperatuur op basis van de magnetische cyclus fors hoger zijn dan de correlaties die zijn gebaseerd op de individuele jaren (de significantie niveaus worden niet getoond maar liggen ook hoger). De analyse suggereert dat een groot deel van de ‘klimaatruis’ in de relatie tussen zon en de temperatuur kan worden weggefilterd door rekening te houden met de magnetische cyclus van de zon. Dit heeft o.a. te maken met het feit dat hierbij bijvoorbeeld de dynamiek van de ‘zaagtandbeweging’ verdwijnt (dit fenomeen is besproken in paragraaf III).

{IV-7} De tabel in figuur 6 toont in de onderste helft de correlaties waarbij ook de eerder beschreven fase-correctie is toegepast; de bovenste helft van deze tabel toont de bijbehorende waarden voor de meest recente periode. Omdat de waarde voor de laatste volledige magnetische cyclus betrekking heeft op de periode 1996-2017 kan deze fundamenteel bezien aan het jaar 2006 worden gekoppeld; echter, t.g.v. de fase-correctie wordt de bijbehorende TSI waarde één zonnecyclus teruggeschoven in de tijd en eindigt de analyse in figuur 6 bij het jaar 1996.

{IV-8} Een vergelijking tussen de onderste helft van de tabel in figuur 5 en de onderste helft van de tabel in figuur 6 laat zien dat de impact van de fase-correctie significant is: immers, de correlaties tussen de zon en de temperatuur stijgen hierbij met ongeveer 8 tot 10 honderdsten. Echter, de impact van de keuze om de gemiddelde waarde te berekenen op basis van precies 1 magnetische zonnecyclus blijkt relatief bezien nog groter te zijn. Dit werpt een nieuw licht op figuur 2, want ook daar is de correlatie ongeveer 10 honderdsten hoger t.o.v. de correlatie die voor de laagste minima jaren wordt beschreven in figuur 1.

Figuur 6: Gemiddelde waarden tijdens een magnetische zonnecyclus (~22 jaar); na toepassing van de fase-correctie op de data van de zon, ontstaat een soortgelijk patroon waarbij de achtergrond zonnestraling [BSI], de temperatuur en CO2 onderlinge correlaties hebben met ongeveer hetzelfde significantie niveau.

Figuur 6: Gemiddelde waarden tijdens een magnetische zonnecyclus (~22 jaar); na toepassing van de fase-correctie op de data van de zon, ontstaat een soortgelijk patroon waarbij de achtergrond zonnestraling [BSI], de temperatuur en CO2 onderlinge correlaties hebben met ongeveer hetzelfde significantie niveau.

{IV-9} Uit de correlaties in figuur 6 blijkt dat de BSI (na fase-correctie) voor de periode vanaf 1976 een opmerkelijk sterke correlatie toon met CO2. Dit levert een parallel op met figuur 4 waarbij dit immers ook het geval is in het perspectief van de minima jaren (eveneens na fase-correctie). Omdat in beide perspectieven tussen de achtergrond zonnestraling, de temperatuur en CO2 correlaties worden aangetroffen met ongeveer hetzelfde significantie niveau ontstaat hierbij een beeld dat logischerwijs suggereert dat de zon zeer waarschijnlijk een significante rol speelt bij zowel de opwaartse temperatuurtrend als de opwaartse CO2 trend.

{IV-10} Bij een vergelijking tussen figuur 6 en de combinatie van figuur 2 & 4 wordt duidelijk dat tot 1996 de grafieken in essentie min of meer dezelfde dynamiek tonen. Het belangrijkste verschil is dat in figuur 6 zowel de ‘zaagtandbeweging’ als de 66-jarige cyclus is verdwenen en heeft plaats gemaakt voor een meer geleidelijk oscillerende beweging.

Interessant is ook dat in figuur 6 de achtergrond zonnestraling binnen 42 jaar na de vorige piek (halverwege de 20ste eeuw) op een recordniveau is beland. Dit levert ogenschijnlijk een soort van vertraagde parallel op met de temperatuurontwikkeling – waarbij dit reeds na 33 jaar het geval is. Bij de TSI gebeurd dit pas na 54 jaar. In het perspectief van de minima laten de recordniveaus zowel bij de zon als de temperatuur ongeveer 1 zonnecyclus langer op zich wachten – dit kan waarschijnlijk worden toegeschreven aan een vertraging t.g.v. de ‘zaagtandbeweging’ veroorzaakt door de magnetische zonnecyclus.

{IV-11} De curves in figuur 6 bieden onvoldoende handvatten om op basis van een relatief korte periode een betrouwbare getalsmatige inschatting te maken voor het aandeel van de zon in de opwarming sinds 1976; echter, de achtergrond zonnestraling toont een sterke helling die de curve duidelijk boven de bandbreedte van de voorgaande decennia doet belanden – wat een parallel oplevert met de ‘versnelling’ die voor figuur 2 is beschreven en ook met de records die voor figuur 3 zijn beschreven.

{IV-12} Het totaalbeeld suggereert dat de magnetische cyclus zeer waarschijnlijk in hoge mate verantwoordelijk is voor een flink deel van de ‘klimaatruis’ die het verband tussen de zon en de temperatuurontwikkeling op aarde maskeert. De combinatie van de gemiddelde waarde tijdens een magnetische zonnecyclus (op basis van de minimum jaren) + de fase-correctie van een halve magnetische cyclus (= een hele zonnestraling cyclus) blijkt een effectieve strategie om de impact van de ‘klimaatruis’ grotendeels te laten verdwijnen.

{IV-13} Helaas is het wel bijzonder lastig om deze strategie ook direct toe te passen op de individuele jaren omdat de lengte van de magnetische zonnecyclus immers fluctueert.

(Wordt vervolgd)

 

Print Friendly, PDF & Email