20 Febbraio 2019 - 19:03 pm Pubblicato da
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Di Javier – 12 Dicembre 2018

In che modo il sole guida i cambiamenti climatici?

La disputa tra studiosi che favoriscono un’interpretazione periodica dei cambiamenti climatici, per lo più basati su cause astronomiche, e quelli che preferiscono spiegazioni non periodiche basate sulla Terra, ha una lunga tradizione che può essere ricondotta alla disputa sul catastrophism-uniformitarianism e come la teoria dell’età del ghiaccio (ora chiamate glaciazioni) adattate.

Prima della proposta scientifica delle ere glaciali nel 1834, la maggior parte degli studiosi che si preoccupavano della questione riteneva che la Terra si stesse progressivamente raffreddando da un inizio incalzante, come sembravano sostenere fossili tropicali alle alte latitudini. Nel 1860 gli studiosi furono convinti dalle prove che non una, ma diverse glaciazioni avevano avuto luogo nel lontano passato. A quel punto gli scienziati che cercavano di spiegare la causa delle glaciazioni passate erano divisi in due. Quelli che seguirono Joseph Adhémar, che aveva già proposto variazioni orbitali nel 1842, e quelli che seguirono John Tyndall, che proposero di essere dovuti a cambiamenti nei gas serra (gas a effetto serra) nel 1859, in particolare il vapore acqueo.

Per un certo periodo, il campo anti-ciclico, pro-GHG risultò in vantaggio, dopo che l’ipotesi di James Croll fu respinta, e Svante Arrhenius nel 1894 propose il CO 2 come GHG responsabile. Ma poi, i dubbi sull’effetto del CO 2 e una nuova formulazione dell’ipotesi ciclica astronomica di Milankovitch sembravano adatti alle ricostruzioni geologiche popolari delle glaciazioni del passato. Questo ha fatto oscillare di nuovo le teorie.

Alla fine degli anni ’40 la teoria di Milankovitch era ben consolidata, in particolare in Europa, ma non così molto in America, dove la ricostruzione dei cambiamenti dello spessore del ghiaccio di Laurentide non corrispondeva in modo convincente alla teoria. Ma negli anni ’50 si formò un nuovo consenso. La teoria dei GHG fu rafforzata dal lavoro di Suess, Revelle e Keeling, mentre la datazione al carbonio portò a ricostruzioni glaciali in contrasto con la teoria di Milankovitch.

Negli anni ’60 e all’inizio degli anni ’70 la teoria di Milankovitch fu screditata solo da una manciata di seguaci. La spiegazione anti ciclica del GHG godeva di ampio consenso, ma a causa del raffreddamento del tempo, gli studiosi ritenevano che altri fattori dovessero essere in gioco. Poi il disastro colpì il campo anti ciclico. Nel 1976, Hays, Imbrie e Shackleton, analizzando i nuclei bentonici dell’Oceano Indiano negli ultimi 450.000 anni, dimostrarono che le glaciazioni seguivano alcune frequenze dei cicli di Milankovitch con un errore del 5%. Una missione di 140 anni era terminata e i sostenitori dell’orbita ciclica potevano ritenersi vincitori.

Naturalmente, i sostenitori dei GHG sono abietti giocatori e non accettano la sconfitta con grazia. Poiché è stato presto scoperto nelle carote di ghiaccio che i GHG hanno seguito i cambiamenti orbitali (come dovrebbero), è stato presto proposto (e accettato senza prove) che fosse loro richiesto di amplificare i cambiamenti orbitali e di mantenere la sincronia inter-emisferica. Cercando di trasformare la sconfitta in una vittoria, affermano che la frequenza è fissata da Milankovitch, ma una grande quantità di cambiamenti climatici glaciale-interglaciali sono dovuti a cambiamenti dei GHG.

Si potrebbe pensare che, dopo aver dimostrato che il clima era ciclico e basato sull’astronomia, le proposizioni secondo cui altri fenomeni astronomici (come le periodicità lunari o le periodicità della variabilità solare), potessero influenzare il clima, avendo almeno il beneficio del dubbio. Ma no. Il campo anti ciclico gode di battiture centenarie da parte degli anticonformisti ciclici, quindi si stavano preparando per il futuro respingendo categoricamente qualsiasi significativo effetto climatico dai periodici cambiamenti solari. Apparentemente, non erano scoraggiati dalle prove dove mostravano che la maggior parte dei periodi di bassa attività solare durante l’Olocene erano associati al raffreddamento, alla circolazione atmosferica e ai cambiamenti delle precipitazioni, come nella LIA. Ci sono stati circa 10 eventi climatici improvvisi (ACE) associati alla bassa attività solare durante l’Olocene. Alcuni eventi hanno nomi come le oscillazioni pre-boreali e boreali o gli eventi da 9,3 o 2,7 kyr, a dimostrazione del fatto che la causa più frequente delle ACE è la bassa attività solare prolungata.

Ho già mostrato alcune prove a riguardo nei miei precedenti articoli:

Do-It-Yourself: The solar variability effect on climate

Do-It-Yourself: Solar variability effect on climate. Part II

Ho anche dimostrato come l’ENSO sia sotto il controllo del sole:

Solar minimum and ENSO prediction

Eppure la folla anti ciclica (inclusa l’IPCC) si rifugia nell’argomento di conteggio dei fagioli secondo cui la variabilità solare è solo dello 0,1% e quindi troppo scarsa per formare un grande cambiamento. Questo dimostra solo quanto sia strettamente focalizzata la loro visione del clima. Pensano che il clima terrestre possa essere spiegato solo con termini di W/m 2 e in definitiva lo 0,1% è solo 1,4 W/m 2 nel ciclo di 11 anni (irraggiamento solare), regolato a soli 0,34 W/m 2 di insolazione media annuale cambiando in top of the atmosfera (TOA) a 1 UA. Tuttavia, la Terra ha ricevuto la stessa insolazione di TOA durante l’Ultimo massimo glaciale come in questo momento, quindi il clima non è chiaramente un caso di watt contando il fagiolo.

Oggi vi mostrerò come la variabilità solare influisce sulla velocità di rotazione della Terra, e perché è importante. Questo problema è stato sollevato più volte nel 2010, ma non è compreso da molti:

https://wattsupwiththat.com/2010/10/03/length-of-day-correlated-to-cosmic-rays-and-sunspots/
https://wattsupwiththat.com/2010/12/23/confirmation-of-solar-forcing-of-the-semi-annual-variation-of-length-of-day/

Le variazioni della velocità di rotazione della Terra sono misurate come variazioni della lunghezza del giorno (ΔLOD) definite come la differenza tra la durata della giornata astronomicamente determinata e 86.400 secondi dalla International Standard (SI). Il ΔLOD è stato misurato giornalmente fino a una precisione di 20 microsecondi (μs) per interferometria dal 1962. Le variazioni annuali con precisione di 1 millisecondo (ms) sono state ricostruite per l’era del telescopio dalle osservazioni astronomiche. Le variazioni di ΔLOD su scale temporali annuali e stagionali (semestrali) sono altamente correlate alle fluttuazioni del momento angolare all’interno dell’atmosfera, principalmente a causa dei cambiamenti nei venti zonali. Le oscillazioni medie annuali e semestrali in ΔLOD presentano ampiezze quasi uguali di circa 0,36 ms.

L’oscillazione semestrale in ΔLOD ha le seguenti caratteristiche:

Da novembre a gennaio la Terra accelera a ~ 0,2 ms-giorno (ΔLOD cambia di -0,2 ms). Poi decelera di quasi la stessa quantità entro il mese di aprile.  Successivamente accelera a ~ 1 ms-giorno entro luglio (variazione ΔLOD di -1 ms), prima di decelerare di nuovo al valore iniziale entro il successivo novembre. L’ampiezza media è ~ 0,35 ms, ma il componente invernale del NH è molto più piccolo del componente invernale del SH (vedi figura 1, riquadro).

Questo cambiamento è causato dal momento angolare dell’atmosfera che è più alto in inverno perché la circolazione meridionale è molto più forte durante quella stagione. Questo è il risultato del polo in inverno che riceve poca insolazione poiché il Sole è sopra l’emisfero opposto. Il polo senza la luce solare diventa più freddo e il gradiente di temperatura latitudinale più ripido, di conseguenza più calore deve essere trasportato verso l’esterno, attivando la circolazione meridionale in quell’emisfero. L’asimmetria delle componenti invernali del NH (Northern Hemisphere) in inverno e del SH (Southern Hemisphere) di ΔLOD è dovuta all’asimmetria delle masse terrestri tra gli emisferi che hanno un forte effetto sulla circolazione del vento.

Le Mouël et al., 2010 hanno dimostrato che la componente semestrale di ΔLOD risponde alla variabilità solare. Questo è un risultato estremamente importante evidenziato solo da alcuni scettici e ignorato da tutti gli altri. Parte del problema è che il metodo dell’articolo per dimostrarlo è piuttosto complicato e la maggior parte delle persone non riesce a capire l’articolo o le sue implicazioni. Proviamo con un metodo più semplice.

Quindi concentriamoci solo sull’accelerazione invernale del NH (diminuzione ΔLOD) che, essendo più piccola, mostra più chiaramente l’effetto. Iniziamo con i dati LOD provenienti dal file International Earth Rotation and Reference System EOP C04 IAU2000A:

https://datacenter.iers.org/data/latestVersion/224_EOP_C04_14.62-NOW.IAU2000A224.txt

Questo è un file di 20.700 punti di dati con valori giornalieri di ΔLOD dal 1962. Viene convertito in valori mensili per lavorare con solo 680 punti ed eliminare così tutte le frequenze oceaniche e atmosferiche più alte. Il risultato è mostrato in figura 1.

Figura 1. Argomento mensile ΔLOD. L’inserto mostra due anni di dati con quattro componenti semestrali. Quello che sto per misurare ogni anno è l’accelerazione (diminuzione del ΔLOD) della componente NH-invernale.

La depressione invernale del NH in ΔLOD potrebbe aver luogo nel Dic-Jan-Feb (DJF), quindi per ogni anno seleziono il valore più basso tra quei tre mesi e poi sottrai da quel valore il valore più alto (picco di caduta ΔLOD) nei quattro mesi precedenti a quello selezionato. Se non ci sono valori di picco nei 4 mesi precedenti ciò significa che non c’è stato alcun calo di ΔLOD rispetto al precedente autunno e ho introdotto uno zero (è accaduto nel 1983 e nel 1993, vedi figura 1). Il risultato è un numero per ogni anno che misura l’accelerazione terrestre da ottobre a novembre a DJF in millisecondi, che varia tra 0 e -0,9 ms.

Poiché il ΔLOD è influenzato da qualsiasi cosa che influenzi il momento angolare dell’atmosfera, come l’ENSO, il set di dati annuale dell’accelerazione invernale del NH è sentito, quindi lo si uniforma con un filtro triangolare (ΔLODsm [t] = 0,5 * ΔLOD [t] + 0,25 * ΔLOD [t-1] + 0,25 * ΔLOD [t + 1]). Il risultato viene quindi confrontato con l’attività solare, in questo caso un flusso mensile di 10,7 cm livellato con un filtro gaussiano. È mostrato in figura 2.

Figura 2. NH invernale ΔLOD vs. attività solare

Questo è un modo più semplice per guardare alla dipendenza della velocità di rotazione della Terra sulla variabilità solare. Ricordiamo che 
Le Mouël et al., 2010, e Paul Vaughan su WUWT, hanno mostrato che entrambe le componenti semi annuali rispondono alla variabilità solare, e non solo quella invernale del NH che ho mostrato. L’accordo con i dati solari è ancora migliore utilizzando entrambi i componenti (vedi Le Mouël et al., 2010 o i collegamenti WUWT sopra).

Ora sappiamo come la variabilità solare influisce sul clima nonostante sia solo una variazione dello 0,1% nella TSI. Ma prima di spiegarlo, vorrei spiegare perché il ΔLOD è così importante per il clima.

I cambiamenti nella velocità di rotazione della Terra agiscono come integratori climatici, riflettendo i cambiamenti nella circolazione atmosferica che poi causano cambiamenti di temperatura. L’ΔLOD non è noto come causa del cambiamento climatico, ma un modo per misurarlo che risponde in tempo reale ai cambiamenti del momento angolare dell’atmosfera. È quindi un indicatore importante del cambiamento climatico. Non è noto rispondere alle modifiche radiative e quindi alla CO 2, e quindi non appare nei report IPCC. Ho cercato il rapporto ARG WG1 e non ho trovato alcuna menzione. Eppure, nel 1976, Kurt Lambeck e Anny Cazenave riportarono che le variazioni di ΔLOD negli ultimi 150 anni si correlavano bene con una varietà di indici climatici, e produssero una delle poche previsioni climatiche in grado di cambiare tendenza che si sono dimostrate accurate. Hanno indicato che dal momento che il ΔLOD aveva iniziato ad accelerare nel 1972 (vedi figura 1), la tendenza al raffreddamento osservata stava per finire. Il 1976 fu l’anno esatto in cui questo accadde.

Adriano Mazzarella  nel 2013 e Mazzarella and Scafetta nel 2018 hanno mostrato la buona correlazione tra diversi indici climatici e il ΔLOD. Nella figura 3 ho confrontato, come ha fatto, il NH SST annuale da HadSST3.1 e l’annuale ΔLOD (entrambi hanno penalizzato linearmente il periodo indicato).

Figura 3. Modifiche disastrose nella temperatura della superficie del mare dell’emisfero settentrionale e cambiamenti negativi nella velocità di rotazione della Terra (ΔLOD invertito).

I cambiamenti medi di ΔLOD precedono i cambiamenti nelle SST di 4 anni, indicando che i cambiamenti atmosferici che influenzano il ΔLOD sono anche responsabili del raffreddamento o del riscaldamento della superficie dell’oceano.

Quindi, in che modo il Sole influenza il ΔLOD? Come mostra la figura 2, quando l’attività solare è elevata, l’accelerazione invernale del NH non ha luogo e quando l’attività solare è bassa, l’accelerazione invernale del NH è maggiore. Quindi, la circolazione atmosferica del NH invernale subisce cambiamenti più profondi quando l’attività solare è bassa. Una bassa attività solare è anche associata ad una più forte attivazione della circolazione meridionale invernale che provoca un trasporto del calore meridionale più forte verso i poli e un blocco invernale più frequente. Inoltre, una bassa attività solare è associata a persistenti condizioni negative di NAO in inverno (oscillazione del Nord Atlantico) a latitudini elevate. Il vortice oceanico subpolare diventa quindi più debole. Una corrente più calda dell’Atlantico settentrionale alimenta una maggiore caduta di neve in Scandinavia (ricordate la grande tempesta di neve del 2010 che ricoprì la Gran Bretagna e molti altri paesi europei), mentre le più deboli correnti occidentali provocano un percorso invernale più a sud che provoca meno precipitazioni in Europa settentrionale e rende più piovoso il Mediterraneo.

Durante la LIA (Little Ice Age) il pianeta si è bloccato in questa situazione durante anni e decenni di bassa attività solare. E ogni 200 anni arrivava un Grande Minimo Solare che durava per 80-150 anni, quindi diventava più freddo e più fresco mentre i ghiacciai crescevano e crescevano, fino a quando l’attività solare tornò alla normalità e ci fu una ripresa. Ne avveniva un lento raffreddamento e un lento riscaldamento. L’attività solare a lungo termine è cresciuta fino alla fine del 20° secolo (figura 4). Secondo i miei calcoli di periodicità solare, l’attività solare a lungo termine dovrebbe continuare ad essere elevata per almeno altri 100 anni, ma non aumenterà molto di più rispetto ai livelli osservati nella seconda metà del 20° secolo. Quindi, non dovrebbe contribuire in modo significativo al riscaldamento globale aggiuntivo.

A causa dell’asimmetria di massa terrestre tra gli emisferi, i cambiamenti della circolazione atmosferica causati dalla variabilità solare sono proporzionalmente più piccoli nell’emisfero meridionale. Sebbene l’effetto sia globale, è più forte nell’emisfero settentrionale, fornendo una spiegazione per il fatto inspiegabile che il cambiamento climatico è più intenso in quell’emisfero. Gli effetti della LIA erano anche più energico nell’emisfero settentrionale, al punto che alcuni suggerivano che si trattasse di un fenomeno regionale. È una caratteristica dell’effetto di variabilità solare asimmetrica sulla circolazione atmosferica emisferica, e la ragione per cui ho selezionato l’accelerazione del NH-invernale per mostrare l’effetto.

La Figura 4 mostra come è cambiata l’attività solare durante la LIA e come è andata aumentando da allora. La temperatura ha rallentato la ripresa dell’attività solare con un ritardo. Mentre l’attività solare iniziava a riprendersi dopo ~ il 1700, la temperatura toccò il fondo una seconda volta nel 1810-1840 e iniziò solo a riprendersi dopo la fine del gruppo di grandi eruzioni vulcaniche durante il periodo Dalton (~ 1790-1840). La temperatura è influenzata da più forzanti rispetto alla sola attività solare.

Figura 4. a) Ricostruzione dell’attività solare dal record di 14 C (Muscheler et al., 2007), con un polinomio di secondo grado che mostra la tendenza a lungo termine. b) Ricostruzione totale dell’irraggiamento solare (Vieira et al., 2011) rispetto alla ricostruzione della temperatura estiva nell’emisfero settentrionale (Anchukaitis et al., 2017).

Il clima del pianeta è determinato dal gradiente di temperatura latitudinale, non dalla temperatura media globale. I poli sono l’energia che affonda nell’atmosfera (in particolare in inverno) e l’efficienza del trasporto del calore verso il basso che determina quanta energia mantiene il pianeta, non la quantità di CO 2 nell’atmosfera, che ha un effetto molto minore. Stiamo studiando lo spessore del vetro nelle finestre, quando è la porta aperta ai poli che conta per il riscaldamento. La porta si è chiusa, quindi la Terra si è riscaldata e la variabilità solare ne è responsabile, mentre la CO 2 sta solo contribuendo. La forza verticale del vento zonale è proporzionale al gradiente di temperatura latitudinale e inversamente proporzionale al fattore di Coriolis. La variabilità solare, pur essendo solo dello 0,1%, mostra una capacità dimostrabile di influenzare il bilancio del vento zonale/ meridiano durante gli inverni. Ci sono diversi meccanismi possibili, ma una forte possibilità è dovuta ai gradienti di temperatura latitudinali stratosferici dovuti alla distribuzione di ozono invernale e ai cambiamenti UV con variabilità solare. Questi gradienti potrebbero influenzare la circolazione del vento troposferico attraverso variazioni dell’altezza del geopotenziale. In alternativa, l’atmosfera è nota per espandersi e contrarsi con l’attività solare, ma questo effetto è dominato dall’atmosfera esterna rarefatta che ha pochissima massa e i cambiamenti atmosferici del momento angolare che influenzano la rotazione della Terra sono dominati dall’effetto dei venti troposferici nel zona inferiore a 30 km. Potrebbe essere una combinazione di effetti di variabilità solare sull’intera atmosfera che agisce nella stessa direzione e che influenza la circolazione del vento zonale.

L’importanza del gradiente di temperatura latitudinale non può essere sopravvalutata. Christopher Scotese ha ricostruito il clima del lontano passato ricostruendo i cambiamenti del gradiente di temperatura latitudinale su una scala di 10 milioni di anni sopra il Fanerozoico. La differenza principale tra un clima serra e un clima ghiacciato è nel gradiente, e la temperatura media del pianeta è solo il risultato di quanta energia viene spostata attraverso il gradiente.

Quando questo sarà sufficientemente studiato, ancora una volta il campo ciclico del clima avrà dato un suono al pubblico dei GHG, speriamo che questa volta sia per sempre. E i contatori di bean TSI scopriranno che il clima del pianeta è molto più complesso di quanto pensino e non è solo una questione di W/ m 2. Le risposte semplici sono soddisfacenti, ma raramente risolvono domande complesse.

E se vuoi sapere come si evolverà il cambiamento climatico nei prossimi 4 anni, devi solo osservare come ΔLOD si sta evolvendo ora. Ne saprete di più dell’IPCC, di Gavin Schmidt e di tutti i costruttori di consenso che guardano i loro modelli basandosi su un paradigma errato.

Parto per un altro giorno di come la Luna produce alcuni dei più bruschi eventi ciclici del cambiamento climatico del passato.

Riferimenti 

Hays, JD, Imbrie, J. e Nicholas J. Shackleton. 1976. Variazioni nell’orbita terrestre: pacemaker delle ere glaciali. Science 194 (4270), 1121-1132. Collegamento

Le Mouël, JL, Blanter, E., Shnirman, M., e Courtillot, V. (2010). Forzatura solare della variazione semestrale della lunghezza del giorno. Geophysical Research Letters, 37 (15). Link

Na, SH, Kwak, Y., Cho, JH, Yoo, SM, e Cho, S. (2013). Caratteristiche delle perturbazioni nella recente lunghezza del giorno e movimento polare. Journal of Astronomy and Space Sciences, 30, 33-41.Link

Lambeck, K., e Cazenave, A. (1976). Variazioni a lungo termine nella durata del giorno e cambiamenti climatici. Giornale geofisico della Royal Astronomical Society, 46 (3), 555-573. Link

Mazzarella, A. (2013). Oscillazione del Nord Atlantico integrata nel tempo come proxy per i cambiamenti climatici. Scienze naturali, 5 (01), 149. Link.

Mazzarella, A., & Scafetta, N. (2018). La Piccola Era Glaciale era più fredda di 1,0-1,5 ° C rispetto al periodo caldo corrente secondo LOD e NAO. Dinamiche climatiche, 1-12. Link

Muscheler, R., Joos, F., Beer, J., Müller, SA, Vonmoos, M., & Snowball, I. (2007). L’attività solare durante gli ultimi 1000 anni è stata dedotta dalle registrazioni di radionuclidi.Recensioni di Scienza del Quaternario, 26 (1-2), 82-97. Link

Anchukaitis, KJ, Wilson, R., Briffa, KR, Büntgen, U., Cook, ER, D’Arrigo, R., … & Hegerl, G. (2017). Le temperature estive dell’emisfero settentrionale dell’ultimo millennio dagli anelli degli alberi: parte II, ricostruzioni spazialmente risolte. Recensioni di Scienza del Quaternario, 163, 1-22. Link

Vieira, LEA, Solanki, SK, Krivova, NA, e Usoskin, I. (2011). Evoluzione dell’irradiamento solare durante l’Olocene. Astronomia e astrofisica, 531, A6. Link

Fonte WUWT

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