Hvis energien fra solen bare varierer med 0,1 prosent i løpet av den 11 år lange solsyklusen, kan en så liten variasjon føre til store endringer i værmønstre på jorden? Ja, sier forskere fra National Center for Atmospheric Research (NCAR) som brukte mer enn et århundre med værobservasjoner og tre kraftige datamodeller i studien. De fant subtile forbindelser mellom solsyklus, stratosfæren og det tropiske Stillehavet som fungerer synkronisert for å generere periodiske værmønstre som påvirker store deler av kloden. Forskere sier at dette vil hjelpe til med å forutsi intensiteten til visse klimafenomener, som den indiske monsunen og tropisk stillehavsnedbør, år i forveien.
"Solen, stratosfæren og havene er koblet sammen på måter som kan påvirke hendelser som vinternedbør i Nord-Amerika," sier NCAR-forsker Gerald Meehl, hovedforfatteren. "Å forstå solsyklusens rolle kan gi økt innsikt når forskere jobber for å forutsi regionale værmønstre de neste par tiårene."
Den nye studien så på sammenhengen mellom solens innvirkning på to tilsynelatende urelaterte regioner. Kjemikalier i stratosfæren og havoverflatetemperaturene i Stillehavet reagerer under solmaksimum på en måte som forsterker solens innflytelse på noen aspekter av luftbevegelse. Dette kan intensivere vind og nedbør, endre havoverflatetemperaturer og skydekke over visse tropiske og subtropiske regioner, og til slutt påvirke det globale været.
Teamet bekreftet først en tidligere teori om at den svake økningen i solenergi under toppproduksjonen av solflekker absorberes av stratosfærisk ozon. Energien varmer luften i stratosfæren over tropene, der sollyset er mest intenst, samtidig som det stimulerer produksjonen av ytterligere ozon der som tar opp enda mer solenergi. Siden stratosfæren varmer ujevnt, med den mest uttalte oppvarmingen som oppstår på lavere breddegrader, endres stratosfæriske vinder og ender opp med å styrke den tropiske nedbøren gjennom en kjede av sammenkoblede prosesser.
Samtidig forårsaker det økte sollyset ved solmaksimum en svak oppvarming av havoverflatevannet over det subtropiske stillehavet, der solblokkerende skyer normalt er knappe. Den lille mengden ekstra varme fører til mer fordampning og produserer ytterligere vanndamp. På sin side føres fuktigheten av passatvind til de normalt regnfulle områdene i det vestlige tropiske Stillehavet, noe som fører til kraftigere regn og forsterker effekten av den stratosfæriske mekanismen.
Den øverste og nedre påvirkningen av stratosfæren og den nedenfra-opp-påvirkningen av havet jobber sammen for å intensivere denne sløyfen og styrke handelsvindene. Etter hvert som mer solskinn rammer tørrere områder, forsterker disse endringene hverandre, noe som fører til mindre skyer i subtropene, slik at enda mer sollys kan nå overflaten, og produsere en positiv tilbakemeldingssløyfe som ytterligere forsterker klimaresponsen.
Disse stratosfæriske reaksjonene og havreaksjonene under solmaksimum holder det ekvatoriale østlige Stillehavet enda kjøligere og tørrere enn vanlig, og gir forhold som ligner på en La Nina-hendelse. Kjøling på omtrent 1-2 grader Fahrenheit er imidlertid fokusert lenger øst enn i en typisk La Nina, er bare omtrent halvparten så sterk, og er assosiert med forskjellige vindmønstre i stratosfæren.
Jordens respons på solsyklusen fortsetter i et år eller to etter den maksimale solflekkaktiviteten. Det La Nina-lignende mønsteret som utløses av solmaksimum, har en tendens til å utvikle seg til et mønster som ligner på El Nino da sakteflytende strømmer erstatter det kjølige vannet over det østlige tropiske Stillehavet med varmere vann. Havresponsen er bare omtrent halvparten så sterk som med El Nino, og den forsinkede varmen er ikke så konsistent som det La Nina-lignende mønsteret som oppstår under toppene i solsyklusen.
Solmaksimum kan potensielt forbedre en ekte La Nina-hendelse eller dempe en ekte El Nino-hendelse. La Nina fra 1988-89 skjedde nær toppen av solmaksimum. At La Nina ble uvanlig sterk og var assosiert med betydelige endringer i værmønstre, for eksempel en uvanlig mild og tørr vinter i det sørvestlige USA.
Den indiske monsunen, temperaturen og nedbøren i stillehavshavet og andre regionale klimamønstre er i stor grad drevet av stigende og synkende luft i jordens troper og subtropiske omgivelser. Derfor kan den nye studien hjelpe forskere med å bruke prognoser for solsyklus for å estimere hvordan den sirkulasjonen, og de regionale klimamønstrene relatert til den, kan variere i løpet av det neste tiåret eller to.
Teamet brukte tre forskjellige datamodeller for å se på alle variablene, og hver hadde det samme resultatet, at selv en liten variabilitet i solens energi kan ha store effekter på jorden.
"Ved hjelp av økt datakraft og forbedrede modeller, i tillegg til observasjonsfunn, avdekker vi mer av hvordan mekanismene kombineres for å koble solvariabilitet til vårt vær og klima," sier Meehl.
Teamets forskning ble publisert i tidsskriftet Vitenskap.
