Jeśli energia słoneczna zmienia się tylko o 0,1 procent podczas 11-letniego cyklu słonecznego, czy tak mała zmienność może spowodować poważne zmiany we wzorcach pogodowych na Ziemi? Tak, twierdzą naukowcy z National Center for Atmospheric Research (NCAR), którzy w swoich badaniach wykorzystali ponad sto lat obserwacji pogody i trzy potężne modele komputerowe. Odkryli subtelne powiązania między cyklem słonecznym, stratosferą i tropikalnym Oceanem Spokojnym, które działają synchronicznie, generując okresowe wzorce pogodowe, które wpływają na większą część globu. Naukowcy twierdzą, że pomoże to przewidzieć intensywność niektórych zjawisk klimatycznych, takich jak monsun indyjski i tropikalne opady na Pacyfiku, z wyprzedzeniem.
„Słońce, stratosfera i oceany są połączone w sposób, który może wpływać na takie wydarzenia, jak zimowe opady deszczu w Ameryce Północnej”, mówi naukowiec z NCAR, Gerald Meehl, główny autor. „Zrozumienie roli cyklu słonecznego może zapewnić dodatkowy wgląd, gdy naukowcy pracują nad przewidywaniem regionalnych warunków pogodowych na następne kilka dziesięcioleci.”
Nowe badanie dotyczyło związku między wpływem Słońca na dwa pozornie niezwiązane regiony. Substancje chemiczne w stratosferze i temperaturach powierzchni mórz na Oceanie Spokojnym reagują podczas maksimum słonecznego w sposób, który wzmacnia wpływ Słońca na niektóre aspekty ruchu powietrza. Może to nasilać wiatry i opady deszczu, zmieniać temperatury powierzchni morza i zachmurzenie w niektórych regionach tropikalnych i subtropikalnych, a ostatecznie wpływać na pogodę globalną.
Zespół najpierw potwierdził wcześniejszą teorię, że niewielki wzrost energii słonecznej podczas szczytowej produkcji plam słonecznych jest pochłaniany przez ozon stratosferyczny. Energia ogrzewa powietrze w stratosferze nad tropikami, gdzie światło słoneczne jest najbardziej intensywne, jednocześnie stymulując produkcję dodatkowego ozonu, który pochłania jeszcze więcej energii słonecznej. Ponieważ stratosfera rozgrzewa się nierównomiernie, a najbardziej wyraźne ocieplenie zachodzi na niższych szerokościach geograficznych, wiatry stratosferyczne ulegają zmianie, a łańcuch połączonych procesów ostatecznie wzmacnia opady tropikalne.
Jednocześnie zwiększone nasłonecznienie przy maksimum słonecznym powoduje lekkie ocieplenie wód powierzchniowych oceanów w subtropikalnym Pacyfiku, gdzie chmury blokujące Słońce są zwykle rzadkie. Ta niewielka ilość dodatkowego ciepła prowadzi do większego parowania, wytwarzając dodatkową parę wodną. Z kolei wilgoć jest przenoszona przez wiatry handlowe do normalnie deszczowych obszarów zachodniego tropikalnego Pacyfiku, napędzając ulewne deszcze i wzmacniając działanie mechanizmu stratosferycznego.
Wpływ odgórny stratosfery i oddolny wpływ oceanu współpracują ze sobą w celu zintensyfikowania tej pętli i wzmocnienia wiatrów handlowych. Gdy więcej słońca dociera do bardziej suchych obszarów, zmiany te wzmacniają się nawzajem, co prowadzi do zmniejszenia liczby chmur w podzwrotnikach, umożliwiając jeszcze więcej światła słonecznego docierającego do powierzchni i wytwarzając dodatnią pętlę sprzężenia zwrotnego, która dodatkowo zwiększa reakcję klimatu.
Te reakcje stratosferyczne i oceaniczne podczas maksimum słonecznego sprawiają, że równikowy wschodni Pacyfik jest jeszcze chłodniejszy i bardziej suchy niż zwykle, tworząc warunki podobne do zdarzenia z La Nina. Jednak chłodzenie o około 1-2 stopnie Fahrenheita jest skoncentrowane dalej na wschód niż w typowej La Nina, jest tylko o połowę tak silne i jest związane z różnymi wzorcami wiatru w stratosferze.
Reakcja Ziemi na cykl słoneczny trwa przez rok lub dwa po szczytowej aktywności plam słonecznych. Wzorzec podobny do La Nina wywołany przez maksimum słoneczne ma tendencję do ewolucji do wzoru podobnego do El Nino, gdy powolne prądy zastępują chłodną wodę nad wschodnim tropikalnym Pacyfikem cieplejszą wodą. Reakcja oceaniczna jest tylko o połowę silniejsza niż w przypadku El Nino, a opóźnione ciepło nie jest tak spójne, jak wzór La Nina, który występuje podczas szczytów w cyklu słonecznym.
Maksimum słoneczne może potencjalnie wzmocnić prawdziwe wydarzenie La Nina lub osłabić prawdziwe wydarzenie El Nino. La Nina z lat 1988-89 wystąpiła w pobliżu szczytu maksimum słonecznego. To, że La Nina stała się niezwykle silna i wiązało się ze znaczącymi zmianami pogody, takimi jak wyjątkowo łagodna i sucha zima w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych.
Monsun indyjski, temperatury powierzchniowe i opady mórz Pacyfiku oraz inne regionalne wzorce klimatyczne są w dużej mierze napędzane przez wznoszące się i opadające powietrze w tropikach i podzwrotnikach Ziemi. Dlatego nowe badanie może pomóc naukowcom w wykorzystaniu prognoz cyklu słonecznego do oszacowania, w jaki sposób ten obieg i związane z nim regionalne wzorce klimatyczne mogą się różnić w ciągu następnej dekady lub dwóch.
Zespół zastosował trzy różne modele komputerowe, aby spojrzeć na wszystkie zmienne i każdy z nich uzyskał ten sam wynik, że nawet niewielka zmienność energii słonecznej może mieć głęboki wpływ na Ziemię.
„Dzięki zwiększonej mocy obliczeniowej i ulepszonym modelom, a także odkryciom obserwacyjnym odkrywamy więcej, w jaki sposób mechanizmy łączą się, aby połączyć zmienność Słońca z naszą pogodą i klimatem”, mówi Meehl.
Badania zespołu zostały opublikowane w czasopiśmie Nauka.
