Ich bin neulich über eine interessante Studie in einer Fachzeitschrift mit dem Titel „Solar forcing of the semi-annual variation of length-of-day“ [etwa: Solare Einflüsse auf die halbjährliche Variation der Tageslänge] gestolpert:
● Durch Sonnenflecken bedingte Schwankungen beeinflussen irgendwie die Geschwindigkeit der „zonalen“ Winde. Dies sind die Komponenten der Winde, die parallel zum Äquator wehen. Ob diese Schwankungen die „meridionalen“ Winde, die Komponente der Winde senkrecht zum Äquator, beeinflussen, wird in der Studie nicht gesagt.
● Diese Schwankungen der zonalen Winde wirken sich dann nicht auf die Tageslänge (LOD) aus, sondern laut der Studie auf die „Amplitude A der halbjährlichen Variation der Tageslänge“.
Diese Wirkungskette erschien mir ziemlich … hmmm … nennen wir es mal „dünn“, also beschloss ich, einen Blick darauf zu werfen. Beginnen möchte ich mit den Gesamtdaten zur Tageslänge (LOD).
Abbildung 1: Anomalie der Tageslänge
Wie man sieht, variiert die Länge des Tages auf verschiedenen Zeitskalen. Aus der Studie:
Die Tageslänge (lod) unterliegt einem breiten Spektrum von Schwankungen.
Die dekadischen Schwankungen (10 bis 30 Jahre) werden hauptsächlich auf den Austausch von Drehimpulsen zwischen dem Kern und dem Mantel des Planeten zurückgeführt [z. B. Lambeck, 1980; Jault und Le Mouël, 1991; Gross, 2007].
Die saisonalen Schwankungen, die halbjährliche, jährliche und zweijährliche Komponenten umfassen, sind fast ausschließlich auf Variationen der atmosphärischen zonalen Windzirkulation zurückzuführen (abgesehen von einer wichtigen Gezeitenkomponente). Die Amplituden der saisonalen Schwankungen sind nicht von Jahr zu Jahr konstant, und es wurden verschiedene Hypothesen vorgeschlagen, um diese Variabilität zu erklären.
Von Interesse für die Studie sind die halbjährlichen Schwankungen. Hier ist eine Überlagerung der jährlichen Anomalien der Tageslänge, wobei die Anomalie um den Mittelwert des jeweiligen Jahres gelegt wurde. Ich habe jedes Jahr wiederholt, damit wir einen Blick auf den Gesamtzyklus werfen können.
Abbildung 2: Anomalie der Tageslänge
Wie die Autoren erörterten, gibt es in der Tat eine starke halbjährliche Schwankung der Tageslänge. Am längsten ist sie im Allgemeinen um den 15. April herum, mit einer zweiten Spitze im November, und am niedrigsten im Juli mit einem zweiten Tiefpunkt im Januar.
Da ich ein einfacher Mensch bin, dachte ich mir, dass man, wenn man an der „Amplitude A der halbjährlichen Schwankung der Tageslänge“ interessiert ist, jedes Jahr vom Höchststand zum Tiefststand messen sollte. Ist das nicht das, was „Amplitude“ bedeutet?
Aber nicht diese guten Leute. Hier ist ihr Verfahren:
Abbildung 3: Das Berechnungsverfahren der Amplitude der Autoren
Ich kann nur staunend den Kopf schütteln. Sie verwenden eine auf vier Jahre zentrierte Fourier-Analyse, um die Amplitude des 6-Monats-Zyklus zu ermitteln … was mir so vorkommt, als würden sie behaupten, dass die Sonnenflecken-bedingten Schwankungen die Zukunft beeinflussen können.
Darüber hinaus gibt es ein großes Problem mit ihrem Verfahren – es gibt keinen tatsächlichen Sechsmonatszyklus. Der Abstand zwischen dem November-Peak und dem April-Peak beträgt fünf Monate, nicht sechs … und folglich könnten wir ein stärkeres Fourier-6-Monats-Ergebnis erhalten, sowohl durch eine Änderung der Amplitude als auch durch eine Änderung des Timings der Peaks.
Aber ich bin gestern geboren, was weiß ich schon?
Auf jeden Fall möchte ich mich nicht auf ein solches Verfahren einlassen, ohne einzelne Jahre zu betrachten. Hier sind einige der besagten Jahre, mit einer LOWESS-Glättung (schwarze/gelbe Linien) und einer Angabe der halbjährlichen Schwankungen (schwarze/rote Linien):
Abbildung 4: Das Berechnungsverfahren der Amplitude der Autoren
Ich bezweifle sehr, dass eine Fourier-Analyse dieser Art von Schwankung etwas aussagen wird. Es ist nicht einmal klar, wie wir die „Amplitude A der halbjährlichen Variation der Tageslänge“ nennen können.
Deshalb habe ich diese Frage beiseite gelassen und mich der Frage der zonalen Winde gewidmet. Leider sind die einzigen langfristigen Informationen dazu die Ergebnisse eines Reanalyse-Computermodells … aber „was sein muss, muss sein“, also habe ich das verwendet. Hier sind die durchschnittlichen zonalen Winde:
Abbildung 5: Mittlerer zonaler Wind, jeweils mit Blick auf Atlantik und Pazifik
Man sieht, was die starken Winde im Südlichen Ozean anrichten, den Breitengraden, die Segler wie ich die „Brüllenden Vierziger“ und die „Heulenden Fünfziger“ nennen.
Beachten Sie, dass der Windwert im Durchschnitt negativ ist, was im Durchschnitt Ostwind bedeutet. Und die Richtung der Erdrotation bedeutet, dass stärkere Ostwinde die Rotation tendenziell verlangsamen und somit die Länge des Tages erhöhen.
Wie sieht nun der Jahreszyklus der zonalen Winde aus? Ich habe einen monatlichen Durchschnitt des zonalen Windmoments und der Tageslänge gebildet. Hier ist der Vergleich.
Abbildung 6: Durchschnittliches monatliches zonales Wind-Drehmoment und monatliche Tageslänge
Wie man sieht, beschleunigen und verlangsamen die zonalen Winde eindeutig die Erdrotation auf jährlicher Basis.
Gibt es also eine Korrelation zwischen Sonnenflecken und zonalen Windgeschwindigkeiten? Um das zu untersuchen, habe ich eine CEEMD-Analyse verwendet, die die zugrunde liegenden Frequenzen der beiden Signale aufschlüsselt. Hier ist ein Vergleich der Periodogramme der CEEMD-Analyse der beiden Datensätze, zonale Winde und Sonnenflecken.
Abbildung 7: PeriodenDiagramme von Sonnenflecken und zonalem Wind von 1948 bis heute
Das erste, was man über die Spektralanalyse wissen muss ist, dass der alte Joe Fourier vor Hunderten von Jahren bewiesen hat, dass JEDE Zeitreihe in einzelne Signale zerlegt werden kann, die, wenn sie addiert werden, die ursprüngliche Zeitreihe wiederherstellen. Das Vorhandensein solcher Einzelsignale bedeutet also nicht unbedingt, dass sie von außen gesteuert werden.
Betrachtet man die verschiedenen Signale in Abbildung 7, so erkennt man, dass die Sonnenflecken (schwarz) ein deutliches 11-Jahres-Signal in den empirischen Modi C6 und C7 aufweisen, mit einem kleineren Signal bei 14 Jahren. Die zonalen Winde (rot) hingegen haben ein Signal von etwa 12 Jahren und ein kleineres Signal von 9 Jahren.
Was dies bedeutet, wird deutlich, wenn wir die beiden tatsächlichen empirischen Signale der Phase 7 auftragen, die in der obigen Abbildung als „C7“ dargestellt sind.
Abbildung 7a: PeriodenDiagramme von Sonnenflecken und zonalem Wind von 1948 bis heute
Wie Sie sehen können, zeigen beide Signale eine ~ 11-jährige Komponente … aber da sie nicht die gleiche Periode haben, beginnen sie in Phase und enden völlig phasenverschoben.
Mit anderen Worten: Obwohl die jährlichen Schwankungen der zonalen Winde eindeutig für einen Teil der jährlichen Schwankungen der LOD verantwortlich sind, finde ich keinen Hinweis darauf, dass sonnenfleckenbedingte Schwankungen der Sonnenenergie die zonalen Winde antreiben.
Abschließend möchte ich sagen, dass mich mein Ausflug in die zonalen und meridionalen Winde dazu gebracht hat, über die durchschnittlichen globalen Windgeschwindigkeiten im Allgemeinen nachzudenken. Die tatsächliche Windgeschwindigkeit ist die Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate der zonalen und meridionalen Winde. Hier ist ein globaler Überblick über die langfristige durchschnittliche Windgeschwindigkeit:
Abbildung 8: Mittlere Windgeschwindigkeit von 1948 bis heute, jeweils zentriert auf Atlantik und Pazifik.
Die Windgeschwindigkeit über dem Meer ist größer als über dem Land, und die Windgeschwindigkeit über den Tropen ist größer als die Windgeschwindigkeit über dem Meer. Und hier ist die Veränderung der Windgeschwindigkeit in diesem Zeitraum:
Abbildung 9: Mittlere monatliche Windgeschwindigkeit von 1948 bis heute
Und warum ist der geringe Anstieg der Windgeschwindigkeit um ein paar Prozent so wichtig?
Nun, die Verdunstung variiert grundsätzlich linear mit der Windgeschwindigkeit. Und global gesehen kühlt die Verdunstung die Oberfläche um etwa 80 Watt pro Quadratmeter (W/m²) pro Jahr ab. Ein Anstieg der Windgeschwindigkeit um 4,7% sollte also zu einer zusätzlichen Oberflächenabkühlung von etwa 3,7 W/m² führen … Ich will damit nur sagen, dass in dieser riesigen Wärmemaschine, die wir „Klima“ nennen, eine ganze Reihe von Dingen vor sich geht, die nichts mit CO2 zu tun haben.
Link: https://wattsupwiththat.com/2021/12/27/a-meander-through-sun-and-wind/
Übersetzt von Christian Freuer für das EIKE
Wo ist denn das Problem mit dem Grund der Variabilität der Windgeschwindigkeiten rund um das Azorenhoch und das Hoch über dem Pazifik? Es gibt ja zwei auf dem Atlantik, eines nördlich des Äquators, das sog. Azorenhoch und eines südlich.
Und die Windgeschwindigkeiten werden von den Temperaturdifferenzen verursacht. Tiefere Temperaturen im Norden während bzw. nach den Wintern führen zu höheren Temperaturdifferenzen, denn in der Azorenhochgegend nehmen die Temperaturen nicht so stark ab wie im Norden. Die mittlere Temperaturvariabilität in der Azorengegend beträgt 7 °C. Und die mittlere Temperaturvariabilität am Nordkap sind im Winter -5 °C die Regel und im Sommer um die 10 °C. Macht also 15 °C Differenz.
Und deshalb variiert auch die mittlere Westwindgeschwindigkeit. Hohe Temperaturdifferenz hat höhere Windgeschwindigkeit zur Folge. Desweiteren spielt natürlich die Position des höchsten mittleren Luftdrucks nebst der des tiefsten Luftdrucks eine Rolle. Kommt also darauf an wo das sog. Azorenhoch sein mittleres Zentrum hat und wo das des sog. Islandtiefs zu finden ist. Dasselbe gilt natürlich auch für den Pazifik. Und auf der Südhalbkugel gibt es auch Variabilitäten. Nur gibt es da kaum langjährige (mehr als 5 Jahrzehnte) globale Temperaturmessungen. Die gibt es letztendlich nur über dem Atlantik, da wo die Frachtschiffe zwischen Europa und den USA fahren und gefahren sind. Aber nördlich von Island gibt es praktisch keine. Ich war mit der Frithjof 1976 oben am Nordkap und habe entlang Norwegens bei den Fahrten rauf und runter die Daten gemessen. Ebenfalls 1974 für 6 Wochen westlich von Afrika im September mit Zentrum bei 10 °N und 30 °W. Solide globale Temperaturmessungen mit solidem gleichem Abstand gibt es immer noch nicht.
Wie war das denn in BHV? Da gab es doch südlich über 30 Jahre ein Kernkraftwerk. Und das hat die hin- und herschwappende Weser erwärmt. Dasselbe passierte in Hamburg und Cuxhaven. Auch da schwappte das Kraftwerkskühlwasser vorbei.
Man muß sich schon genau anschauen was an den angeblich soliden Meßorten tatsächlich passierte und immer noch passiert.
Deshalb kommt man darum herum den Einfluß der Sonnenfleckenvariabilität auf das „Klima“ zu bestimmen und über die Jahrhunderte bis Jahrtausende zu berücksichtigen. Wieso konnten denn die Wärme gewohnten Römer sogar England besetzen? Immerhin haben die über 400 Jahre da gelebt.
Fakt ist: Die Sonne bestimmt über die Fleckenvariabilität die Klimavariabilität. Wenn langjährig die Fleckenzahl im unteren Bereich oder bei Null ist, dann wird und bleibt es kalt. Und wenn die Fleckenzahl oben ist, wird es warm und im Sommer schmilzt sehr viel Eis im Nordpolarmeer.
Kann jedermann nachprüfen. Ich war noch 1976 mit der Frithjof im Sommer da oben. Und da war das Eis über dem Nordpolarmeer noch komplett, im Gegensatz zu den letzten Jahren. Aber jetzt steigt mit sinkender Fleckenzahl die Sommereisfläche wieder.