Om energin från solen bara varierar med 0,1 procent under den 11-åriga solcykeln, kan en så liten variation driva stora förändringar i vädermönster på jorden? Ja, säger forskare från National Center for Atmospheric Research (NCAR) som använde mer än ett sekel av väderobservationer och tre kraftfulla datormodeller i sin studie. De hittade subtila förbindelser mellan solcykel, stratosfären och det tropiska Stilla havet som arbetar synkroniserat för att generera periodiska vädermönster som påverkar stora delar av världen. Forskare säger att detta kommer att hjälpa till att förutsäga intensiteten hos vissa klimatfenomen, till exempel den indiska monsunen och tropiska Stilla havet, i förväg.
"Solen, stratosfären och haven är förbundna på sätt som kan påverka händelser som vinterregn i Nordamerika," säger NCAR-forskaren Gerald Meehl, huvudförfattaren. "Att förstå solcykelns roll kan ge ytterligare insikt när forskare arbetar för att förutsäga regionala vädermönster under de kommande decennierna."
Den nya studien tittade på sambandet mellan solens påverkan på två till synes oberoende regioner. Kemikalier i stratosfären och havets yttemperaturer i Stilla havet svarar under solens maximalt på ett sätt som förstärker solens inflytande på vissa aspekter av luftrörelsen. Detta kan intensifiera vindar och nederbörd, ändra havets yttemperaturer och molntäckning över vissa tropiska och subtropiska regioner och i slutändan påverka det globala vädret.
Teamet bekräftade först en tidigare teori, att den lilla ökningen av solenergi under toppproduktionen av solfläckar absorberas av stratosfäriskt ozon. Energin värmer luften i stratosfären över tropikerna, där solljuset är mest intensivt, samtidigt som det stimulerar produktionen av ytterligare ozon där som absorberar ännu mer solenergi. Eftersom stratosfären värmer ojämnt, med den mest uttalade uppvärmningen som inträffar på lägre breddegrader, förändras stratosfäriska vindar och, genom en kedja av sammankopplade processer, hamnar den tropiska nederbörden.
Samtidigt orsakar det ökade solljuset vid solmaksimum en liten uppvärmning av havets ytvatten över det subtropiska Stilla havet, där solblockande moln normalt är knappt. Den lilla mängden extra värme leder till mer förångning och ger ytterligare vattenånga. I sin tur transporteras fukten av handelsvindar till de normalt regniga områdena i det västra tropiska Stilla havet, vilket tänker tyngre regn och förstärker effekterna av den stratosfäriska mekanismen.
Stratosfärens påverkan uppifrån och ner och havets botten-upp påverkan arbetar tillsammans för att intensifiera denna slinga och stärka handelsvindarna. När mer solsken träffar torrare områden, förstärker dessa förändringar varandra, vilket leder till mindre moln i subtroperna, vilket gör att ännu mer solljus når ytan och ger en positiv återkopplingsslinga som ytterligare förstärker klimatsvaret.
Dessa stratosfäriska och havssvar under solens maximala håller ekvatoriala östra Stilla Stilla havet ännu svalare och torrare än vanligt, vilket ger förhållanden som liknar en La Nina-händelse. Kylningen på cirka 1-2 grader Fahrenheit är emellertid fokuserad längre österut än i en typisk La Nina, är bara ungefär hälften så stark och förknippas med olika vindmönster i stratosfären.
Jordens svar på solcykeln fortsätter ett år eller två efter toppaktiviteten i solfläcken. Det La Nina-liknande mönstret som utlöses av solmaksimumet tenderar att utvecklas till ett mönster som liknar El Nino eftersom långsamma strömmar ersätter det kalla vattnet över det östra tropiska Stilla havet med varmare vatten. Havets respons är bara ungefär hälften så stark som med El Nino och den försenade värmen är inte lika konsekvent som det La Nina-liknande mönster som uppstår under toppar i solcykeln.
Solmaksimum kan potentiellt förbättra en riktig La Nina-händelse eller dämpa en sann El Nino-händelse. La Nina 1988-89 inträffade nära toppmomentet för solenergi. Att La Nina blev ovanligt stark och var förknippad med betydande förändringar i vädermönster, till exempel en ovanligt mild och torr vinter i det sydvästra USA.
Den indiska monsunen, ytor i Stilla havet och nederbörden och andra regionala klimatmönster drivs till stor del av stigande och sjunkande luft i jordens tropiker och subtroper. Därför kan den nya studien hjälpa forskare att använda solcykelförutsägelser för att uppskatta hur den cirkulationen och de regionala klimatmönstren som är relaterade till den kan variera under det kommande decenniet eller två.
Teamet använde tre olika datormodeller för att titta på alla variabler och var och en kom med samma resultat, att även en liten variabilitet i solens energi kan ha djupa effekter på jorden.
"Med hjälp av ökad datorkraft och förbättrade modeller, liksom observationsupptäckter, avslöjar vi mer av hur mekanismerna kombinerar för att koppla solvariabilitet till vårt väder och klimat," säger Meehl.
Teamets forskning publicerades i tidskriften Vetenskap.
