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Sonnenaktivität und Klimawandel von Dipl. Phys. Dr. Horst Borchert Physikdirektor Lehrbeauftragter am Geographischen Institut der Johannes-Gutenberg Universität.

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1 Sonnenaktivität und Klimawandel von Dipl. Phys. Dr. Horst Borchert Physikdirektor Lehrbeauftragter am Geographischen Institut der Johannes-Gutenberg Universität Mainz 2008 (verkürzte Version)

2 100-30mb =18,4-28 km = km = 10 –18 km =1,4 – 10 km 0 bis 100mb= 0 – 18,4 km bodennah

3 Man beachte auf der Oberfläche den leichten Rückgang der Temperatur ab 1959 bis 1985, dann den Temperatursprung bis 1990, dann nach der Pinatubo-Senke die Fortsetzung auf erhöhtem Niveau

4 Global erfolgten in der nördlicher Hemisphäre seit 1900 zwei Temperatursprünge: 1920 bis 1930 (Climate-Jump 1) und ab1989 (Climate-Jump 2).Dazwischen eine kleine Eiszeit

5 Kein weiterer globaler Temperaturanstieg seit 1988 auf der nördl. Hemisphäre, doch Gleichbleiben auf erhöhtem Niveau

6 In Mitteleuropa zeigen die Messung der bodennahen Temperatur und der Verlauf der Sonnenfleckenhäufigkeit in weiten Bereichen einen periodischen Gleichklang. Gibt es einen ursächlichen Zusammenhang zwischen Sonnenfleckenhäufigkeit und bodennaher Temperatur?

7 Wie groß ist der Einfluss der Sonnenflecken auf das irdische Klima? Von 1940 bis 1985 erfolgte ein leichter Rückgang der Temperatur in Mitteleuropa, 1989 dann ein Temperatursprung um etwa +0,9 °C. Es gibt auch einen Bereich, der antizyklisch verläuft: 1966 bis 1977.

8 Die Temperaturdaten des DWD zeigen im Mittel von 1945 bis 1988 einen leichten Rückgang in ganz Deutschland. Nach einem Temperatursprung 1989 um etwa +0,9 °C bleiben die Werte langfristig nahezu konstant auf erhöhtem Niveau, 2006/07 erfolgt ein vorübergehender Anstieg

9 Von ~ 1945 bis 1986 erfolgte eine Kaltzeit in Mitteleuropa. ab 1989 ein Temperatursprung um 0,9 °C +- 0,2 °C, seid dem kein wesentlicher Anstieg. Es gibt keine kausale Korrelation zwischen Anstieg des CO2 und bodennaher Temperatur

10 Wodurch entstand der Temperatursprung Ende der Achtziger Jahre weltweit? CO2 konnte es nicht gewesen sein nach seinem kontinuierlichem Anstieg. Was geschah um diese Zeit auf der Sonne und in der Umgebung der Erde?

11 Seit der 22. Sonnenfleckenperiode ab 1989 : Extrem starke Protonenflüsse Richtung Erde(rot) verursachen erhöhte Globalstrahlung (rot) und Temperatursprung

12 Gibt es eine Verbindung zwischen den von der Sonne emittierten Protonen und den meteorologischen Komponenten auf der Erde?

13 Emissionen von Sonnenmaterie (Protonen, Elektronen), werden teilweise durch das Magnetfeld der Sonne (~50 Gaus) zurückgeholt. Dabei entsteht Synchrotron-Strahlung (Röntgenstrahlung um 1 nm), die als sogn. Flares in 8 min den Orbit der Erde erreichen, dort durch die Satelliten GEOS fortlaufend gemessen und im Internet angezeigt werden.

14 Alle 5 Minuten wird die Intensität der Flares unter von der NASA im Internet bekannt gegeben in vier Energieformen

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16 This photo of the remains of Supernova 1987A was taken by Hubble Space Telescope 7 years after the star exploded.

17 Die Intensität, nicht die Häufigkeit der Flares (Röntgenstrahlen-Emissionen der Sonnenflecken) steigt seit 1982 an. Sie ist ein Maß für die Intensität der in Richtung Erde fließenden Protonen mit nachfolgender Reduktion der Höhenstrahlung

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19 Auch die von den Satelliten GEOS gemessenen Protonen werden im Internet bekannt gegeben in drei verschiedenen Energieformen. Hier treten bereits Protonen mit Lichtgeschwindigkeit nach 8 Min. wie die Flares auf (siehe Bild der Flares) auf, die Masse des Stromes aber erst am 3. Tag mit Geschwindigkeiten von 700 bis 300 km/sec

20 Die von der Sonne in das All geschickten Protonen bauen ein Magnetfeld auf und lenken die Kosmische Strahlung ab. Die erdnahen Magnetfelder werden auch bekannt gegeben durch GEOS

21 Speispiel einer Messserie vom 18 bis 31. Okt von GEOS- Satelliten: Flares, Protonen- und Elektronen-Ströme (letztere erzeugen Nordlichter), Magnetfelder in Nanotesla, Höhenstrahlung (Neutronen)

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23 Sonnenfleck 798 überquerte die Sonne in 13 Tagen und reduziert die Kosmische Strahlung und damit deren Sekundässtrahlung auf der Erde (Neutronen, C14, Mesonen etc),durch das Magnetfeld der Protonen (Sonnenwind) bis um 20 % für etwa 5Tage hier vom 7.Sept. bis19. Sept. 2005, gemessen vom Neutronenmonitor in Moskau (nächstes Bild) (Bilder:NASA,

24 Sunspot Nr. 798 erzeugte einen Protonenstrom, der ein Magnetfeld im Raum um die Sonne aufbaut und damit die Kosmische Strahlung, das sind extrem schnelle Protonen aus der Galaxi oder auch von Super Novae,ablenkt und damit auch deren in der Erdatmosphäre produzierte Sekundärstrahlung, die Höhenstrahlung (u.a. Neutronen), abschwächt.

25 Gibt es eine Wechselwirkung zwischen der in der Erdatmosphähre durch die Kosmische gebildeten Höhenstrahlung und terrestrischen meteorologischen Komponenten ?

26 Bekanntes Phänomen: Neutronen-Rate antikorreliert mit Sunspot-Häufigkeit. Mit Svensmark folgt: Reduzierte Kosmische Strahlung führt zur Reduzierung von niedriger Bewölkung, das bedeutet: Ansteigende Zahl der Sonnenflecken führt zum Rückgang von Sonnenflecken.

27 Die Protonenströme der Sonne reduzieren durch magnetische Ablenkung die galaktische Kosmische Strahlung und damit die sekundäre Höhenstrahlung (hier Neutronen) mittelbar und synchron.Hier sind nur Extremwerte dargestellt bis 2007 ! Der erste größere Strom erfolgte 1982, der letzte am

28 Der prozentuale Rückgang der Höhenstrahlung (hier: Reziproker Neutronenfluß)(grün) ist um etwa 10 Monate verzögert gegenüber dem der Sonnenfleckenhäufigkeit. Diese Reduktion der Höhenstrahlung erfolgt unmittelbar nach dem Auftreten des Protonenflusses.

29 Der Globale terrestrische Temperaturverlauf (schwarz) steigt an mit der Zunahme der Protonenflüsse (rot) und dem Rückgag der Höhenstrahlung (grün). Die globale Temperatur steigt ab der 21. Sonnenfeckenperiode. Ihr Anstieg stagniert seit etwa 2003.

30 Die globale Temperatur steigt systematisch an und erreicht 2006 den größten Wert. Eine Abschwächung des Anstiegs ist zu erkennen. Der letzte große Protonenfluss erfolgte am mit synchroner Reduktion der Höhenstrahlung

31 Die Höhenstrahlung wird reduziert durch den Protonenfluß. Diese Forbush- Reduktion wird sowohl von der Häufigkeit als auch von der Intensität des Protonenflusses (Sonnenwindes) bestimmt (Logarithmische. Korrelation). Die letzte solare Protonenintrusion erfolgte am 6 Dez Man beachte die logarithmische Skalierung, die auch die Häufung der geringen solare Protonenströme zeigt

32 Der ansteigende Fluss von Sonnenwinden (Protonen) gegen Ende der 21. Sonnenfleckenperiode führte zum Rückgang der globalen Bewölkung und mit Ansteigen der Sonneneinstrahlung zur Temperaturzunahme.

33 Magnetfelder der einfließenden Solarprotonen (Sonnenwind) reduzieren die Höhenstrahlung (hier Neutronen) und damit die Wolken. Sie erhöhten so ab 1989 im Jahresmittel die Sonneneinstrahlung um ~1,2 mW/cm2 und damit die Temperatur um ~ 1°C in der nördl. Hemisphäre.

34 Die fehlende Verbindung zwischen solaren Effekten und dem irdischen Klima postulierte der dänische Forscher Svensmark 1989: Svensmark-Effekt: Höhenstrahlung erzeugt Wolken (meine vorläufige Abschätzung: Ca 30% der terrestrischen Bewölkung ist durch Mikroaerosole der Höhenstrahlung induziert, hier besteht ergänzender Forschungsbedarf, Bcht08) Rückgang der Höhenstrahlung reduziert Bewölkung

35 Höhenstrahlung produces Clouds (Svensmark) especially about hight of 3500 m (Maximum of Secondary Cosmic Rays)

36 Prof. Dr. Svensmark in His Laboratory

37 Measuring Results in a Cloud Chamber by Svensmark & al. 2006: Cloudiness vs Cosmic Rays

38 Tropfenbildung durch Höhenstrahlung (nach CERN)

39 Gibt es einen sichtbaren Zusammenhang zwischen gemessener Höhenstrahlung (Neutronen in Uni Kiel und Moskau) und vom DWD gemessenen Bewölkung in Mitteleuropa?

40 1.Solare Protronen (rot) reduzieren die Höhenstrahlung (grün) 2. Höhenstrahlung (Neutronen) steuert die Bewölkung (blau)

41 Durch eine zeitliche Verschiebung der Bewölkungskurve zurück um ca 11 Monate, erhält man über 20 Jahre hinweg die beste Übereinstimmung im Verlauf von Bewölkung und Höhenstrahlung mit einem Korrelationskeff. von 0,75

42 Bei einer Zeitverschiebung der Bedeckung um 8 Monate gegenüber der Höhenstrahlung wird die beste Korrelation mit K = 0,93 für Mitteldeutschland gefunden

43 Zwischen 1983 und 1993, also während der 22. Sonnenfleckenperiode innerhalb von 10 Jahren erhält man bei einer Verschiebung der Bewölkung um 8 Monate einen Korrelationskoeffizienten von 0,93 zwischen Höhenstrahlung und Bewölkung in Central-Europa. Es liegt eine Verzögerung um etwa 10 Monate vor zwischen Kosmischer Wolkenbildung und kosmischer Strahlungseinwirkung

44 Diese Korrelationen zwischen Höhenstrahlung und Bewölkung gibt es an jeder der bislang untersuchten Messstation des DWD

45 Gleit. 2 Jahresmittel der Bewölkung in Potsdam and Kosmische Strahlung (Neutronen) haben gemeinsam rücklaufenden Trend seit 50 Jahren und sind korreliert.

46 Bedeckung in Potsdam (DWD) und Kosmische Strahlung (Neutronenrate Uni Kiel) haben von 1982 bis 2007 (25Jahre) eine Korrelation mit einem Faktor K=0,6

47 Damit wäre die Existenz des Svensmark-Effektes bewiesen: Höhenstrahlung erzeugt Bewölkung d.h. Die Sonnenflecken steuern über den Protonenfluss die Höhenstrahlung und damit die Bewölkung, damit dann die Sonneneinstrahlung und die bodennahe Temperatur.

48 Klimawandel durch Solareffekt 1, Die Sonnenflecken produzieren Protonenströme 2. Die Protonenströme reduzieren die Kosmische Strahlung und damit die Höhenstrahlung. 3. Reduzierung der Höhenstrhlung bedeutet Reduzierung der heterogenen Bewölkung. 4. Reduzierte Bewölkung bedeutet Zunahme der Sonneneinstrahlung 5. Zunahme der Sonneneinstrahlung bedeutet Zunahme der Temperatur Bei Rückgang der Sonnenflecken Rückgang der Temperatur

49 Wenn diese Zusammenhänge real sind, dann müsste doch auch der Verlauf des Index für das nordatlantische Wetter, die Nordatlantische Oszillation, ein Abbild des Verlaufs der Höhenstrahlung sein und damit von der Sonnenaktivität gesteuert werden.

50 Die NAO, North-Atlantic Oscillation = Druck-Differenz zwishen Azoren and Island zeigen Maxima während Climate-Jump I and Climate-Jump II.

51 Die Nordatlantische Oszillation, das ist die Druckdifferenz zwischen Island und den Azoren, steuert das Wetter auf der nördlichen Hemisphäre: z.B.: Bei hoher NAO geringe Bewölkung in Potsdam

52 Die Nordatlantische Oszillation und die Höhenstrahlung zeigen ab 1980 Resonanz: Höhenstrahlung steuert die NAO und damit das Wetter in der nördlichen Hemisphäre: Bei geringer Höhenstrahlung (viel Sonnenflecken) hohe NAO Von 1966 bis 1977 stimmt diese Regel nicht, hier ist ein bereits erwähnter Ausnahmebereich (Forschungsbereich)

53 Die Solarprotonen (rot) reduzieren die Höhenstrahlung (grün). Die Höhenstrahlung ist antizyklisch in Resonanz mit der Nordatlantischen Oszillation (o-blau) und der bodennahen Temperatur (schwarz). Diese steigt 1989 an und bleibt oben.

54 Die Korrelation zwischen NAO und Höhenstrahlung hat den Koeffizienten K=0,6, also ein signifikanter Zusammenhang

55 Zusammenfassung 2006:Die Temperaturen in Mitteleuropa sind seit 1946 bis 1986 leicht rückläufig. Ab 1989 erfolgt mit der 22. Periode und weiter reduzierter Höhenstrahlung ein sprunghafter Anstieg um ca. 0,9 +- 0,2 °C, Beginn eines vorübergehenden Klimawandels durch vorrübergehend abnehmende Höhenstrahlung

56 Ergebnis: Der Temperaturanstieg seit Ende der 80ziger Jahre war die Folge einer außergewöhnlichen Aktivität der Sonnenoberfläche: Die Sonne emittierte ab 1989 besonders starke Protonenströme, die zu einer starken Reduzierung der Höhenstrahlung führten. Dadurch wurde global die Bewölkung periodisch bis um 10% reduziert, um die boden- und seenahe Temperaturen um ca 0,9 °C zusätzlich zu erwärmen. Seit 13 Monaten ist diese Sonnenaktivität erloschen, was zur Stagnation des Temperaturanstiegs führte. Der CO2 Anstieg ist ein Folge der Meeresentgasung. Die Klimaänderung seit den 80ziger Jahren war nicht anthropogen und hat mit CO2 nichts zu tun.


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