Kleine Schwankung der Sonnenaktivität, große Wirkung im Klima

27.08.2009 | Potsdam: Unsere Sonne strahlt nicht gleichmäßig. Das bekannteste Beispiel der Strahlungsschwankungen ist der berühmte 11-Jahreszyklus der Sonnenflecken. Seinen Einfluss auf die natürliche Klimavariabilität bestreitet niemand, aber die bisherigen Klimamodelle konnten seine Wirkung im Klimageschehen bisher nicht zufriedenstellend nachvollziehen.
Forschern aus den USA und aus Deutschland ist es jetzt erstmals gelungen, die komplexe Wechselwirkung zwischen Solarstrahlung, Atmosphäre und Ozean detailliert zu simulieren. Wie das Wissenschaftsmagazin „Science“ in seiner neuesten Ausgabe berichtet, hat das Team um Gerald Meehl vom US-National Center for Atmospheric Research (NCAR) berechnen können, wie die äußerst geringe Strahlungsvariation eine vergleichsweise große Änderung im System Atmosphäre-Ozean zustande bringt.
Katja Matthes vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ, Co-Autorin der Studie, sagt dazu: „Über das gesamte Strahlungsspektrum der Sonne betrachtet, ändert sich die Strahlungsintensität innerhalb eines Sonnenfleckenzyklus nur um 0,1 Prozent. Komplexe Wechselwirkungsmechanismen in der Stratosphäre und Troposphäre erzeugen dennoch messbare Änderungen in der Wassertemperatur des Pazifiks und im Niederschlag.“


Top Down - Bottom up

Damit es zu einer solchen Verstärkung kommen kann, müssen mehrere Rädchen ineinander greifen. Der erste Prozess läuft von oben nach unten: erhöhte Solarstrahlung führt zu mehr Ozon und höheren Temperaturen in der Stratosphäre. „Der ultraviolette Strahlungsanteil variiert viel stärker als die anderen Anteile im Spektrum, nämlich um fünf bis acht Prozent, und das bildet mehr Ozon,“ erläutert Katja Matthes. In der Folge wird vor allem die tropische Stratosphäre wärmer, was wiederum zu veränderter atmosphärischer Zirkulation führt. Dadurch verlagern sich auch die damit zusammenhängenden typischen Niederschlagsmuster in den Tropen.
Der zweite Prozess geht den umgekehrten Weg: die höhere Sonnenaktivität führt zu mehr Verdunstung in den wolkenfreien Gebieten. Mit dem Passat werden die erhöhten Feuchtigkeitsmengen zum Äquator gebracht, wo sie zu stärkerem Niederschlag, niedrigeren Wassertemperaturen im Ostpazifik und geringerer Wolkenbildung führen, die wiederum mehr Verdunstung erlaubt. Katja Matthes: „Diese positive Rückkopplung ist es, die den Prozess verstärkt.“ Damit lassen sich auch die entsprechenden Messungen und Beobachtungen auf der Erde erklären.
Professor Reinhard Hüttl, Vorstandsvorsitzender des GFZ (Helmholtz-Gemeinschaft), meint dazu: „Die Studie ist wichtig für das Verständnis der natürlichen Klimavariabilität, die - auf unterschiedlichen Zeitskalen - ganz maßgeblich von der Sonne bestimmt wird. Um den anthropogen bedingten Klimawandel besser interpretieren und verläßlichere Szenarien der zukünftigen Klimaentwicklung machen zu können, ist es sehr wichtig, die darunterliegende natürliche Klimavariabilität zu verstehen. Die Untersuchung zeigt erneut, dass wir zum Verständnis des Systems Klima noch erheblichen Forschungsbedarf haben.“ Zusammen mit dem Alfred Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung und der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung veranstaltet das GFZ daher eine Konferenz „Klima im System Erde“ am 2./3. November 2009 in Berlin.

Meehl, G.A., J.M. Arblaster, K. Matthes, F. Sassi, and H. van Loon (2009), Amplifying the Pacific climate system response to a small 11 year solar cycle forcing, Science, 325, 1114-1118.