Inleiding
In deze bijdrage wil ik graag enkele nieuwe theorieën over de zonneactiviteit en het klimaat aansnijden. Het is een steeds weer terugkerend onderwerp in de discussie over de opwarming van de aarde. Volgens veel sceptici heeft de opwarming alleen maar met de zonnevlekken te maken terwijl de mainstream klimatologen er duidelijk over uit zijn dat het door uitgestoten broeikasgassen van de mens komt. Het IPCC onderkent ook wel de invloed van de zon maar acht de bijdrage daarvan klein, zeker in vergelijking met de bijdrage van het versterkte broeikaseffect. Ondanks dat men een schatting heeft weten te maken weet men niet goed hoe het werkt. Laten we daar eens naar op zoek gaan.
De zonneactiviteit, die het gedrag van zonnevlekken en uitbarstingen op de zon omschrijft, heeft lange cycli van 80 en circa 250 jaar. Daar loopt een korte cyclus van 11 jaar doorheen. Afwisselend zijn er veel en dan weer weinig zonnevlekken. Momenteel zitten we in een minimum wat de komende maanden aan zijn einde komt, om vervolgens naar een maximum toe te gaan wat naar verwachting in 2012 zal worden bereikt. Wat betreft de lange cycli zitten we nu waarschijnlijk aan het einde van een maximum. Tijdens zonne-uitbarstingen worden er geladen deeltjes de ruimte in gespoten die noorderlicht veroorzaken en de kosmische straling tegenhouden. Het oppervlak van een actieve zon zendt, met haar koelere zonnevlekken, minder straling uit maar dit wordt gecompenseerd door hete zonnevlammen en een dichtere corona. Bij deze extreme hitte wordt er een extra dosis ultra kortgolvig licht uitgestraald die ook de aarde bereikt. Satellieten hebben een kleine variatie gemeten in de totale zonne-energie die aan de top van de atmosfeer binnenkomt. De extra energie bij een actieve zon is vooral in het kortgolvige gebied van het spectrum te vinden, namelijk in het ultraviolet en deels in het blauw. De variatie van de zonneconstante tussen het maximum en het minimum bedraagt ongeveer anderhalf Watt per vierkante meter.
Stand van zaken
Het langjarige gemiddelde van de zonneconstante is sinds het Maunderminimum rond 1700 met 1,2 tot 1,6 W/m2 toegenomen en sinds 1950 gelijk gebleven. Omgerekend naar een mondiaal gemiddelde deelt men door vier. Omdat de toename vooral bij UV-straling present is wordt een substantieel deel geabsorbeerd door ozon in de stratosfeer. Dit heeft geen direct gevolg voor de gemiddelde temperatuur op aarde maar wel van de stratosfeer. Tevens leidt een hogere dosis UV-straling, via fotochemische processen, tot een toename van ozon, wat indirect een geringe forcering geeft van 0,02 tot 0,05W/m2 (Hansen et al, IS2000)
Verder zou de zonneaktiviteit van invloed zijn op de stratosferische circulatie. Onderzoek naar de rol van de zon op de stratosfeer in de afgelopen decennia kamt nog met veel onzekerheden. Twee maxima van de onderzochte periode vielen toevallig samen met vulkaanuitbarstingen die veel stof in de stratosfeer bliezen en meetonnauwkeurigheden spelen parten.
Een andere bestaande hypothese over de rol van zonnevlekken op het klimaat is de wisselwerking tussen het magnetische veld en wolkenvorming. De zonnewind, als gevolg van uitbarstingen op de zon, houdt kosmische straling tegen. Die kosmische straling speelt een rol bij de vorming van nuclei voor wolkenvorming. Bij een aktieve zon zou er dan minder dichte laaghangende bewolking ontstaan die zonlicht reflecteren met als gevolg opwarming. Onderzoek naar deze theorie heeft (nog) niet tot bevredigende antwoorden geleid.
Voor het overige wordt de bijdrage van de zon op het klimaat berekend vanuit de stralingsforcering die het aardoppervlak bereikt.
Gekleurde planeten
Heel belangrijk bij de energiebalans op aarde is de albedo. De albedo is een maat voor het deel van de totale zonnestraling wat wordt gereflecteerd. Zo is de albedo hoog voor wolken en sneeuw en laag voor bos en zee. Verder heeft het aardoppervlak verschillende kleuren. In wetenschappelijke termen spreekt men van spectraal albedo. ‘Kleur’ betekent in feite dat het oppervlak licht niet in alle golflengten in gelijke mate reflecteert. Zo reflecteert een rood object beter lagere frequenties dan hogere en een blauw object andersom, waarbij juist de lagere frequenties worden geabsorbeerd en de hogere gereflecteerd.
Stel het volgende voor: We zitten in een donkere zaal naar de aarde te kijken, verlicht door een spot aan het plafond. Daar wordt blauw licht van gemaakt en we zien meteen dat rode oppervlakten die oplichtten ineens donkerder worden en blauwe oppervlakten feller reflecteren. Wordt het blauwe schermpje vervangen door rood of groen dan zien we ineens andere delen oplichten of donkerder worden. Met andere woorden: de albedo verandert.
De albedo wordt dus niet alleen bepaald door de aard van de reflector maar ook door de straler zelf, in het geval aarde is dat de zon. Aangezien de variatie in zonnestraling tijdens de zonnevlekkencyclus niet gelijk is voor alle golflengten (lees: kleuren) varieert ook de albedo van de aarde, onafhankelijk van enige verandering in bedekkingsgraad van bos, woestijn en sneeuw e.d.
Gele en rode oppervlakten zoals woestijnen, steppes en rotsen reflecteren de extra kortgolvige zonnestraling nauwelijks maar absorberen wel veel van de extra straling van de aktieve zon. Die reageren dus sterker op de zonneaktiviteit dan blauwe voorwerpen. Nu kent het landschap weinig blauw maar de planeet in zijn geheel is wel blauw, wat zou kunnen duiden dat de aarde weinig gevoelig is voor de zonnevlekken. In dit verband is het wel terecht de opwarming van Mars toe te schrijven aan een aktievere zon. Zoals de naam al zegt, reflecteert de rode planeet vooral langgolvige straling maar wordt de extra kortgolvige straling vrijwel volledig geabsorbeerd wat in opwarming resulteert. De albedo van Mars variëert, hoe gering dan ook, met de zonne-aktiviteit.
Hoewel het klimaat gevoelig is voor kleine veranderingen in de albedo (een verandering van 1% levert een temperatuurverandering op van 0,3 °C, exclusief feedbacks) moeten we ons er niet te veel van voorstellen. Als we kijken naar het verband tussen de waargenomen oppervlakte temperatuur en zonneflux dan is er geen verband te ontdekken zoals onderstaande figuren duidelijk maken. Deze hypothese is allerminst bewezen.
(Invalid img)
Figuur 1a
Figuur 1b
(Invalid img)
Figuur 1c
Figuur 1d
Figuur1: Samenhang waargenomen temperatuur en zonnecyclus over de periode 1948-2005.
a) Een kleuren afbeelding van de aarde waarin blauw en groen zijn weggefliterd. De rodere gebieden zouden relatief gevoeliger moeten zijn voor de zonnecyclus.
b)Dit komt niet overeen met de plaatsen die de grootste correlaties laat zien. Het grootste deel van de aarde correleert positief maar nogal zwak zodat daar niet al te veel betekenis aan kan worden gehecht. Opvallend is het sterkere verband boven Europa.
c) Afwijkende oppervlakte temperatuur van jaren met weinig zonnevlekken
d) Idem voor jaren met veel zonnevlekken.
‘Blauw’ water
Het grootste deel van het aardoppervlak bestaat uit oceanen. Dit is zeker ook in de tropen het geval waar de aarde de meeste zonne-energie ontvangt. Daarom is het ook belangrijk om te kijken hoe oceanen zonne-energie opnemen. Meestal wordt verondersteld dat alle straling aan het oppervlak wordt opgenomen en ook klimaatmodellen behandelen voor het gemak de zonneflux op deze wijze. In de praktijk ligt het een stuk genuanceerder.
Veelal heerst ten oprechte de opvatting dat water blauw is maar in werkelijkheid is het kleurloos. De blauwe kleur ontstaat, afgezien van de reflectie van de hemel en eventuele algen, doordat blauw licht dieper doordringt dan rood licht. Vooral bij diepzee films valt dat op. Bij water geldt hoe korter de golflengte hoe dieper de straling doordringt. Echter door vertroebeling ontstaat rayleight verstrooiing waarbij juist de kortste golflengten worden uitgefilterd en langgolvig rood licht dieper doordringt. Dit zien we ook in de atmosfeer en verklaart de blauwe hemel en de rode schemering. Bij water overheerst het eerste effect en de rayleight verstrooiing treedt pas duidelijker op in het UV. Sterker vertroebelt water verstrooit het licht in alle golflengten en toont de kleur van de vertroebeling (groen voor algen, bruin voor veen en klei). Op de volle oceaan is het water doorgaans erg helder.
De albedo van de oceanen is zeer laag (2 tot 6%, alleen bij laagstaande zonnestand groter).
Bij de bespreking van de zonneactiviteit op de opwarming van de oceanen dienen we weer te selecteren naar golflengte. Aangezien de variatie groter is bij blauw en vooral Uv-a mogen we concluderen dat het effect sterker wordt met de diepte. De opwarming vindt vooral plaats op diepten tussen 100 en 200 m en mogelijk nog dieper. De hoge zonnestand in de tropen heeft nog allerlei neven effecten die dit versterken. Zoals genoemd is de albedo van water lager, de zonnestraling dringt dieper door, de ozonlaag is dunner en de weg die de zonnestralen afleggen door de ozonlaag is korter. Die laatste twee argumenten geven aan dat een relatief groter deel van de extra zonnestraling bij aktieve zon het aardoppervlak en dus de oceanen bereikt dan op hoge breedten. Omdat de extra opwarming onderin of zelfs onder de menglaag plaats vindt duurt het jaren tot mogelijk tientallen jaren voordat de warmte uiteindelijk aan de oppervlakte komt. Voor die tijd verzamelt de energie zich in de diepte, zonder dat die afgegeven of uitgestraald kan worden. Dit merken we nauwelijks aan de oppervlakte temperatuur maar wel aan een stijgende zeewaterspiegel aangezien warm water uitzet.
Met de grootschalige circulatie verspreidt het warme water zich door de wereldzeëen. In de tropen en subtropen hebben de oceanen een gelaagde opbouw, waarbij de warmste lagen aan de oppervlakte liggen en op de koelere drijven. Ondanks de hogere temperatuur van de diepere lagen blijven die kouder dan aan de oppervlakte en blijft de stabiele opbouw in stand. Op plaatsen waar aflandige winden het warme oppervlaktewater wegblazen komt het diepere water naar boven en komt de opgeslagen extra zonne-energie vrij. Een dergelijk gebied is de Stille oceaan ten westen van Peru. Wanneer sterke winden een goede opwelling van koel water uit de diepte te weeg brengen spreekt men van La Nina. Eens in de zoveel jaar verzwakken wind en stroming en warmt dat zeegebied sterk op: El Nino. De zonne-aktiviteit zou hierbij ook een rol kunnen spelen. Voor het overige wordt het, door kortgolvige straling aangewarmde water, via de thermohaliene circulatie naar de polen gezogen. Op hogere breedten koelen de warme lagen aan de oppervlakte af waardoor de opbouw onstabiel wordt. Door convectie komt het diepere water aan de oppervlak en wordt de opgeslagen zonne-energie afgegeven aan de atmosfeer. In de noord-Atlantische oceaan, juist voor onze deur, bevindt zich zo’n gebied waar die warmte vrijkomt. Dit wordt afgegeven aan de atmosfeer om vervolgens over West-Europa uit te stromen.
Bovenstaande heeft op de eerste plaats tot gevolg dat het klimaat sterk vertraagd reageert op de zonneaktiviteit en weinig reageert op de relatief korte 11-jarige cyclus. Echter hebben de lange cycli wel een sterkere uitwerking op de wereldwijde temperatuur. Dit komt ook overeen met de metingen en temperatuurreconstructies van de afgelopen 1000 jaar terwijl de correlatie met de korte cyclus maar gering is. Ten tweede verloopt de afgifte van opgeslagen oceaanwarmte niet lineair. Fluctuaties in de thermo-haliene circulatie kunnen tot gevolg hebben dat de extra zonne-energie in wisselende doseringen wordt afgegeven. Zo kan de theoretisch de energie die in 25 jaar is opgeslagen in 10 jaar vrij komen. Dit leidt tot klimaatschommelingen. Echter wordt het leeuwendeel van de ‘normale’ zonnestraling op veel kortere termijn afgegeven omdat die zich aan de oppervlakte wordt opgevangen.
(Invalid img)
Figuur 2a
(Invalid img)
Figuur 2b
a) Verschillende indringdieptes van zonnestraling naar golflengte (kleur), waarbij het kortgolvige blauw en UV de diepere oceaanlagen verwarmen.
b) Absorptie van extra kortgolvige straling tijdens zonneactiviteit. Het grijze vlak geeft het grootste deel van de totale zonnestraling aan dat gelijk blijft. De extra energie van de aktieve zon wordt met het gekleurde vlakje aangegeven. Onder de oppervlakte verspreidt de warmte zich via de grootschalige oceaancirculatie om deels op hoge breedte weer aan de oppervlakte te komen.
Samenvatting
Naast de al bekende en vaak genoemende werkingen van de zonneaktiviteit op het klimaat kan het ook op andere manieren reageren op de zon. Hierbij wordt gekeken hoe verschuivingen in het stralingsspectrum door de aarde worden opgenomen. De albedo van gele en rode aardoppervlakten zouden moeten varieren met de zonnecyclus. Bij oppervlakten die vooral blauw en UV-licht reflecteren zou dat niet het geval zijn. Een aktieve zon zendt juist in die golflengten extra uit, welk deel grotendeels wordt teruggekaatst de ruimte in.
Veel hoeven we hier niet van te verwachten, zeker als we ook de correlatiekaartjes naast de kleurenkaartjes leggen. Daarnaast verwarmt de aktieve zon vooral de diepere lagen in de oceaan. De warmte kan zich daar jarenlang verzamelen om zich vervolgens, vanuit de tropen, over de gehele planeet uit te spreiden. Het klimaat reageert hier sterk vertraagt op wat mogelijk de hoge gevoeligheid voor de lange cycli en lage gevoeligheid voor de korte zonnevlekkencycli verklaart. Het gaat hier om hypotheses die, voor zover ik weet, nog niet zijn onderzocht. Ze kunnen dus allerminst als bewezen worden beschouwd.
Victor de Vries
Veel informatie komt uit het onderzoek IS2000 van Hansen et al en andere wetenschappelijke literatuur. Figuren b,c,d zijn gegenereerd dankzij NOAA/ESRL Physical Sciences Division, Boulder Colorado op www.cdc.noaa.gov/ gebaseerd op NCEP Reanalysis, met dank aan
Kalnay, E. and Coauthors, 1996: The NCEP/NCAR Reanalysis 40-year Project. Bull. Amer. Meteor. Soc., 77, 437-471. Figuur 2 Victor de Vries
Naar nadere informatie over bronnen kan altijd worden gevraagd.
In deze bijdrage wil ik graag enkele nieuwe theorieën over de zonneactiviteit en het klimaat aansnijden. Het is een steeds weer terugkerend onderwerp in de discussie over de opwarming van de aarde. Volgens veel sceptici heeft de opwarming alleen maar met de zonnevlekken te maken terwijl de mainstream klimatologen er duidelijk over uit zijn dat het door uitgestoten broeikasgassen van de mens komt. Het IPCC onderkent ook wel de invloed van de zon maar acht de bijdrage daarvan klein, zeker in vergelijking met de bijdrage van het versterkte broeikaseffect. Ondanks dat men een schatting heeft weten te maken weet men niet goed hoe het werkt. Laten we daar eens naar op zoek gaan.
De zonneactiviteit, die het gedrag van zonnevlekken en uitbarstingen op de zon omschrijft, heeft lange cycli van 80 en circa 250 jaar. Daar loopt een korte cyclus van 11 jaar doorheen. Afwisselend zijn er veel en dan weer weinig zonnevlekken. Momenteel zitten we in een minimum wat de komende maanden aan zijn einde komt, om vervolgens naar een maximum toe te gaan wat naar verwachting in 2012 zal worden bereikt. Wat betreft de lange cycli zitten we nu waarschijnlijk aan het einde van een maximum. Tijdens zonne-uitbarstingen worden er geladen deeltjes de ruimte in gespoten die noorderlicht veroorzaken en de kosmische straling tegenhouden. Het oppervlak van een actieve zon zendt, met haar koelere zonnevlekken, minder straling uit maar dit wordt gecompenseerd door hete zonnevlammen en een dichtere corona. Bij deze extreme hitte wordt er een extra dosis ultra kortgolvig licht uitgestraald die ook de aarde bereikt. Satellieten hebben een kleine variatie gemeten in de totale zonne-energie die aan de top van de atmosfeer binnenkomt. De extra energie bij een actieve zon is vooral in het kortgolvige gebied van het spectrum te vinden, namelijk in het ultraviolet en deels in het blauw. De variatie van de zonneconstante tussen het maximum en het minimum bedraagt ongeveer anderhalf Watt per vierkante meter.
Stand van zaken
Het langjarige gemiddelde van de zonneconstante is sinds het Maunderminimum rond 1700 met 1,2 tot 1,6 W/m2 toegenomen en sinds 1950 gelijk gebleven. Omgerekend naar een mondiaal gemiddelde deelt men door vier. Omdat de toename vooral bij UV-straling present is wordt een substantieel deel geabsorbeerd door ozon in de stratosfeer. Dit heeft geen direct gevolg voor de gemiddelde temperatuur op aarde maar wel van de stratosfeer. Tevens leidt een hogere dosis UV-straling, via fotochemische processen, tot een toename van ozon, wat indirect een geringe forcering geeft van 0,02 tot 0,05W/m2 (Hansen et al, IS2000)
Verder zou de zonneaktiviteit van invloed zijn op de stratosferische circulatie. Onderzoek naar de rol van de zon op de stratosfeer in de afgelopen decennia kamt nog met veel onzekerheden. Twee maxima van de onderzochte periode vielen toevallig samen met vulkaanuitbarstingen die veel stof in de stratosfeer bliezen en meetonnauwkeurigheden spelen parten.
Een andere bestaande hypothese over de rol van zonnevlekken op het klimaat is de wisselwerking tussen het magnetische veld en wolkenvorming. De zonnewind, als gevolg van uitbarstingen op de zon, houdt kosmische straling tegen. Die kosmische straling speelt een rol bij de vorming van nuclei voor wolkenvorming. Bij een aktieve zon zou er dan minder dichte laaghangende bewolking ontstaan die zonlicht reflecteren met als gevolg opwarming. Onderzoek naar deze theorie heeft (nog) niet tot bevredigende antwoorden geleid.
Voor het overige wordt de bijdrage van de zon op het klimaat berekend vanuit de stralingsforcering die het aardoppervlak bereikt.
Gekleurde planeten
Heel belangrijk bij de energiebalans op aarde is de albedo. De albedo is een maat voor het deel van de totale zonnestraling wat wordt gereflecteerd. Zo is de albedo hoog voor wolken en sneeuw en laag voor bos en zee. Verder heeft het aardoppervlak verschillende kleuren. In wetenschappelijke termen spreekt men van spectraal albedo. ‘Kleur’ betekent in feite dat het oppervlak licht niet in alle golflengten in gelijke mate reflecteert. Zo reflecteert een rood object beter lagere frequenties dan hogere en een blauw object andersom, waarbij juist de lagere frequenties worden geabsorbeerd en de hogere gereflecteerd.
Stel het volgende voor: We zitten in een donkere zaal naar de aarde te kijken, verlicht door een spot aan het plafond. Daar wordt blauw licht van gemaakt en we zien meteen dat rode oppervlakten die oplichtten ineens donkerder worden en blauwe oppervlakten feller reflecteren. Wordt het blauwe schermpje vervangen door rood of groen dan zien we ineens andere delen oplichten of donkerder worden. Met andere woorden: de albedo verandert.
De albedo wordt dus niet alleen bepaald door de aard van de reflector maar ook door de straler zelf, in het geval aarde is dat de zon. Aangezien de variatie in zonnestraling tijdens de zonnevlekkencyclus niet gelijk is voor alle golflengten (lees: kleuren) varieert ook de albedo van de aarde, onafhankelijk van enige verandering in bedekkingsgraad van bos, woestijn en sneeuw e.d.
Gele en rode oppervlakten zoals woestijnen, steppes en rotsen reflecteren de extra kortgolvige zonnestraling nauwelijks maar absorberen wel veel van de extra straling van de aktieve zon. Die reageren dus sterker op de zonneaktiviteit dan blauwe voorwerpen. Nu kent het landschap weinig blauw maar de planeet in zijn geheel is wel blauw, wat zou kunnen duiden dat de aarde weinig gevoelig is voor de zonnevlekken. In dit verband is het wel terecht de opwarming van Mars toe te schrijven aan een aktievere zon. Zoals de naam al zegt, reflecteert de rode planeet vooral langgolvige straling maar wordt de extra kortgolvige straling vrijwel volledig geabsorbeerd wat in opwarming resulteert. De albedo van Mars variëert, hoe gering dan ook, met de zonne-aktiviteit.
Hoewel het klimaat gevoelig is voor kleine veranderingen in de albedo (een verandering van 1% levert een temperatuurverandering op van 0,3 °C, exclusief feedbacks) moeten we ons er niet te veel van voorstellen. Als we kijken naar het verband tussen de waargenomen oppervlakte temperatuur en zonneflux dan is er geen verband te ontdekken zoals onderstaande figuren duidelijk maken. Deze hypothese is allerminst bewezen.
(Invalid img)
Figuur 1a
Figuur 1b
(Invalid img)
Figuur 1c
Figuur 1d
Figuur1: Samenhang waargenomen temperatuur en zonnecyclus over de periode 1948-2005.
a) Een kleuren afbeelding van de aarde waarin blauw en groen zijn weggefliterd. De rodere gebieden zouden relatief gevoeliger moeten zijn voor de zonnecyclus.
b)Dit komt niet overeen met de plaatsen die de grootste correlaties laat zien. Het grootste deel van de aarde correleert positief maar nogal zwak zodat daar niet al te veel betekenis aan kan worden gehecht. Opvallend is het sterkere verband boven Europa.
c) Afwijkende oppervlakte temperatuur van jaren met weinig zonnevlekken
d) Idem voor jaren met veel zonnevlekken.
‘Blauw’ water
Het grootste deel van het aardoppervlak bestaat uit oceanen. Dit is zeker ook in de tropen het geval waar de aarde de meeste zonne-energie ontvangt. Daarom is het ook belangrijk om te kijken hoe oceanen zonne-energie opnemen. Meestal wordt verondersteld dat alle straling aan het oppervlak wordt opgenomen en ook klimaatmodellen behandelen voor het gemak de zonneflux op deze wijze. In de praktijk ligt het een stuk genuanceerder.
Veelal heerst ten oprechte de opvatting dat water blauw is maar in werkelijkheid is het kleurloos. De blauwe kleur ontstaat, afgezien van de reflectie van de hemel en eventuele algen, doordat blauw licht dieper doordringt dan rood licht. Vooral bij diepzee films valt dat op. Bij water geldt hoe korter de golflengte hoe dieper de straling doordringt. Echter door vertroebeling ontstaat rayleight verstrooiing waarbij juist de kortste golflengten worden uitgefilterd en langgolvig rood licht dieper doordringt. Dit zien we ook in de atmosfeer en verklaart de blauwe hemel en de rode schemering. Bij water overheerst het eerste effect en de rayleight verstrooiing treedt pas duidelijker op in het UV. Sterker vertroebelt water verstrooit het licht in alle golflengten en toont de kleur van de vertroebeling (groen voor algen, bruin voor veen en klei). Op de volle oceaan is het water doorgaans erg helder.
De albedo van de oceanen is zeer laag (2 tot 6%, alleen bij laagstaande zonnestand groter).
Bij de bespreking van de zonneactiviteit op de opwarming van de oceanen dienen we weer te selecteren naar golflengte. Aangezien de variatie groter is bij blauw en vooral Uv-a mogen we concluderen dat het effect sterker wordt met de diepte. De opwarming vindt vooral plaats op diepten tussen 100 en 200 m en mogelijk nog dieper. De hoge zonnestand in de tropen heeft nog allerlei neven effecten die dit versterken. Zoals genoemd is de albedo van water lager, de zonnestraling dringt dieper door, de ozonlaag is dunner en de weg die de zonnestralen afleggen door de ozonlaag is korter. Die laatste twee argumenten geven aan dat een relatief groter deel van de extra zonnestraling bij aktieve zon het aardoppervlak en dus de oceanen bereikt dan op hoge breedten. Omdat de extra opwarming onderin of zelfs onder de menglaag plaats vindt duurt het jaren tot mogelijk tientallen jaren voordat de warmte uiteindelijk aan de oppervlakte komt. Voor die tijd verzamelt de energie zich in de diepte, zonder dat die afgegeven of uitgestraald kan worden. Dit merken we nauwelijks aan de oppervlakte temperatuur maar wel aan een stijgende zeewaterspiegel aangezien warm water uitzet.
Met de grootschalige circulatie verspreidt het warme water zich door de wereldzeëen. In de tropen en subtropen hebben de oceanen een gelaagde opbouw, waarbij de warmste lagen aan de oppervlakte liggen en op de koelere drijven. Ondanks de hogere temperatuur van de diepere lagen blijven die kouder dan aan de oppervlakte en blijft de stabiele opbouw in stand. Op plaatsen waar aflandige winden het warme oppervlaktewater wegblazen komt het diepere water naar boven en komt de opgeslagen extra zonne-energie vrij. Een dergelijk gebied is de Stille oceaan ten westen van Peru. Wanneer sterke winden een goede opwelling van koel water uit de diepte te weeg brengen spreekt men van La Nina. Eens in de zoveel jaar verzwakken wind en stroming en warmt dat zeegebied sterk op: El Nino. De zonne-aktiviteit zou hierbij ook een rol kunnen spelen. Voor het overige wordt het, door kortgolvige straling aangewarmde water, via de thermohaliene circulatie naar de polen gezogen. Op hogere breedten koelen de warme lagen aan de oppervlakte af waardoor de opbouw onstabiel wordt. Door convectie komt het diepere water aan de oppervlak en wordt de opgeslagen zonne-energie afgegeven aan de atmosfeer. In de noord-Atlantische oceaan, juist voor onze deur, bevindt zich zo’n gebied waar die warmte vrijkomt. Dit wordt afgegeven aan de atmosfeer om vervolgens over West-Europa uit te stromen.
Bovenstaande heeft op de eerste plaats tot gevolg dat het klimaat sterk vertraagd reageert op de zonneaktiviteit en weinig reageert op de relatief korte 11-jarige cyclus. Echter hebben de lange cycli wel een sterkere uitwerking op de wereldwijde temperatuur. Dit komt ook overeen met de metingen en temperatuurreconstructies van de afgelopen 1000 jaar terwijl de correlatie met de korte cyclus maar gering is. Ten tweede verloopt de afgifte van opgeslagen oceaanwarmte niet lineair. Fluctuaties in de thermo-haliene circulatie kunnen tot gevolg hebben dat de extra zonne-energie in wisselende doseringen wordt afgegeven. Zo kan de theoretisch de energie die in 25 jaar is opgeslagen in 10 jaar vrij komen. Dit leidt tot klimaatschommelingen. Echter wordt het leeuwendeel van de ‘normale’ zonnestraling op veel kortere termijn afgegeven omdat die zich aan de oppervlakte wordt opgevangen.
(Invalid img)
Figuur 2a
(Invalid img)
Figuur 2b
a) Verschillende indringdieptes van zonnestraling naar golflengte (kleur), waarbij het kortgolvige blauw en UV de diepere oceaanlagen verwarmen.
b) Absorptie van extra kortgolvige straling tijdens zonneactiviteit. Het grijze vlak geeft het grootste deel van de totale zonnestraling aan dat gelijk blijft. De extra energie van de aktieve zon wordt met het gekleurde vlakje aangegeven. Onder de oppervlakte verspreidt de warmte zich via de grootschalige oceaancirculatie om deels op hoge breedte weer aan de oppervlakte te komen.
Samenvatting
Naast de al bekende en vaak genoemende werkingen van de zonneaktiviteit op het klimaat kan het ook op andere manieren reageren op de zon. Hierbij wordt gekeken hoe verschuivingen in het stralingsspectrum door de aarde worden opgenomen. De albedo van gele en rode aardoppervlakten zouden moeten varieren met de zonnecyclus. Bij oppervlakten die vooral blauw en UV-licht reflecteren zou dat niet het geval zijn. Een aktieve zon zendt juist in die golflengten extra uit, welk deel grotendeels wordt teruggekaatst de ruimte in.
Veel hoeven we hier niet van te verwachten, zeker als we ook de correlatiekaartjes naast de kleurenkaartjes leggen. Daarnaast verwarmt de aktieve zon vooral de diepere lagen in de oceaan. De warmte kan zich daar jarenlang verzamelen om zich vervolgens, vanuit de tropen, over de gehele planeet uit te spreiden. Het klimaat reageert hier sterk vertraagt op wat mogelijk de hoge gevoeligheid voor de lange cycli en lage gevoeligheid voor de korte zonnevlekkencycli verklaart. Het gaat hier om hypotheses die, voor zover ik weet, nog niet zijn onderzocht. Ze kunnen dus allerminst als bewezen worden beschouwd.
Victor de Vries
Veel informatie komt uit het onderzoek IS2000 van Hansen et al en andere wetenschappelijke literatuur. Figuren b,c,d zijn gegenereerd dankzij NOAA/ESRL Physical Sciences Division, Boulder Colorado op www.cdc.noaa.gov/ gebaseerd op NCEP Reanalysis, met dank aan
Kalnay, E. and Coauthors, 1996: The NCEP/NCAR Reanalysis 40-year Project. Bull. Amer. Meteor. Soc., 77, 437-471. Figuur 2 Victor de Vries
Naar nadere informatie over bronnen kan altijd worden gevraagd.
