Projekt

Future and Past Solar Influence on the Terrestrial Climate II Titel Englisch Future and Past Solar Influence on the Terrestrial Climate II Gesuchsteller/in Schmutz Werner Nummer 147659 Förderungsinstrument Sinergia Forschungseinrichtung Physikalisch-Meteorologisches Observatorium Davos und Weltstrahlungszentrum Hochschule Physikal.-Meteorolog. Observatorium Davos - PMOD Hauptdisziplin Klimatologie, Atmosphärenphysik, Aeronomie Beginn/Ende 01.01.2014 - 31.03.2017 Bewilligter Betrag 1'081'075.00

Alle Disziplinen (3)

Disziplin Klimatologie, Atmosphärenphysik, Aeronomie Astronomie, Astrophysik und Weltraumforschung Meteorologie

Keywords (7)

Future Solar forcing; Ocean; Modelling; Sun-Earth connection; Past Solar forcing; Chemistry; Climate

Lay Summary (Deutsch)

Lead Die Klimaerwärmung gehört zu den grossen Herausforderungen der Menschheit. Zahlreiche Messreihen weisen nach, dass seit ca. 1970 der menschliche Einfluss auf das Klima zum dominierenden Faktor geworden ist. Trotzdem kann man natürliche Einflüsse wie die Schwankungen der Sonnenstrahlung oder Vulkane auf den Langzeittrend des Klimas nicht vernachlässigen.Derzeit schätzt der Internationale Ausschuss für Klimaänderung das Wissen um den Faktor des solaren Einflusses auf die Klimaerwärmung als niedrig ein. Trotz erheblichen Fortschritten in der Beobachtung und Modellierung des Sonneneinflusses bestehen immer noch grosse Unsicherheiten bezüglich des Wie und der Stärke des solaren Einflusses auf das Klima. Lay summary Im Verlauf von FUPSOL-I haben wir neue Rekonstruktionen der spektralen solaren Einstrahlung für den Zeitraum 1600-2100 veröffentlicht. Diese wurden zusammen mit den weiteren notwendigen Rahmenbedingungen (sogenannte forcings) für Simulationen mit einem neu entwickelten Atmosphären-Ozean-Chemie-Klima-Modell (AOCCM -- Atmosphere-Ocean-Chemistry-Climate Model) zur Berechnung des Klimas und der Ozonschicht dieses Zeitraums verwendet. Die Resultate zeigen, dass der vorausgesagte Rückgang der Sonnenaktivität in der zweiten Hälfte des 21ten Jahrhunderts bis zu 20 % der Treibhausgas-Erwärmung kompensieren könnten. Es zeigte sich aber auch, dass einerseits das verwendete Klimamodell noch Mängel aufweisen, u.a. zu stark auf den Anstieg der Treibhausgase reagiert und das Europäische Winter-Klima nicht richtig reproduziert, und anderseits gibt es Beobachtungs-Hinweise, dass die solare UV-Einstrahlung stärker variiert als in unseren Rechnungen angenommen wurde. Ein weiteres wichtiges Resultat war, dass der simulierte Zeitraum bis 2100 zu kurz ist, um den möglichen zukünftigen Sonneneinfluss auf die Klimaerwärmung richtig zu definieren. Das Fortsetzungsprojekt FUPSOL-II wird daher mit einer Serie von Untersuchungen das Klimamodell verbessern und unter Berücksichtigung von neuen Erkenntnissen zu den Randbedingungen Simulationen bis 2200 berechnen. Die FUPSOL-II Untersuchungen sind sehr aktuell, da sich die Hinweise für eine zukünftige reduzierte Sonnenaktivität verstärken. Das Projekt wird unser Wissen über den Sonneneinfluss auf das Klima auf eine solidere Basis stellen und zusammen mit neuen Beobachtungsdaten wird das Verständnis unseres Klimasystems auf allen Zeitskalen, von Wetter bis zu Langzeittrends, wesentlich verbessert. Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 10.02.2014

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Publikationen

Zusammenarbeit

Gruppe / Person Land Formen der Zusammenarbeit University Oulu Finnland (Europa) - vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten

- Publikation MPI for meteorology, Hamburg Deutschland (Europa) - vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten IAA CSIC Spanien (Europa) - vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten

- Publikation Charles University Tschechische Republik (Europa) - vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten

- Publikation Univ. Giessen Deutschland (Europa) - vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten FU Berlin Deutschland (Europa) - vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten Sankt Petersburg State University Russland (Europa) - vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten

- Publikation MPS Deutschland (Europa) - vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten

- Publikation

Wissenschaftliche Veranstaltungen

Kommunikation mit der Öffentlichkeit

Auszeichnungen

Titel Jahr International Kristian Birkeland Medal for space weather and space climate .. for a unique ability to combine basic and applied research to obtain useful products, preferentially being used outside the research community, or across disciplines in research. The work must have led to a better physical comprehension of the solar or terrestrial phenomena related to space weather, to a drastic improvement of the modeling, or to a new generation of instruments for space weather observations. 2015

Verbundene Projekte

Nummer Titel Start Förderungsinstrument 140573 Seismology of the Sun, Variability of Solar Irradiance, and its implications on the terrestrial middle atmosphere 01.04.2012 Projektförderung (Abt. I-III) 153301 Physical understaning of the solar irradiance at radio frequencies 01.04.2014 Projektförderung (Abt. I-III) 130642 Future and Past Solar Influence on the Terrestrial Climate 01.09.2010 Sinergia 157099 NLTE calculations of the Solar Spectrum with Cross-Influence of Solar Atmospheric Structures 01.01.2015 Projektförderung (Abt. I-III) 163206 Study to determine Spectral Solar Irradiance and its impact on the middle atmosphere (SIMA) 01.10.2015 Projektförderung (Abt. I-III) 159563 Climate and Environmental Physics 01.04.2015 Projektförderung (Abt. I-III) 182239 Past and future of the Ozone Layer Evolution (POLE) 01.01.2019 Projektförderung (Abt. I-III) 169647 NLTE calculations of the Solar Spectrum with Cross-Influence of Solar Atmospheric Structures. II Validation and Application 01.01.2017 Projektförderung (Abt. I-III) 162668 Reconstructing Climate Using Ensemble Kalman Fitting (REUSE) 01.06.2016 Projektförderung (Abt. I-III) 169241 Volcanic Eruptions and their impact on future Climate (VEC) 01.10.2016 Projektförderung (Abt. I-III) 172745 Climate and Environmental Physics: Pleistocene Earth System Evolution (pleistoCEP) 01.04.2017 Projektförderung (Abt. I-III) 153302 Variability of Solar Irradiance and its implications on the terrestrial middle atmosphere 01.04.2014 Projektförderung (Abt. I-III)

Abstract

Global warming is one of the main threats to mankind. There is growing evidence that anthropogenic greenhouse gases have become the dominant factor of climate change since about 1970, however the natural factors such as solar variability and volcanic eruptions cannot be neglected on longer time scales. In the previous IPCC assessment (IPCC, 2007) the understanding level of the solar influence on climate was graded as very low. During the last six years a major progress in both, observations and modeling advanced the scientific understanding of solar influence on climate, but still there remain open questions, which should be resolved in the nearest future. The results of the ongoing FUPSOL project (FUPSOL-I) make a substantial contribution to this process. In the framework of FUPSOL-I we proposed new reconstructions of the solar activity and solar spectral irradiance (SSI) covering 500 years (1600-2100) based on the analysis of the improved 10Be data set and the comprehensive solar radiation code COSI. We developed a fully coupled atmosphere-ocean-chemistry-climate model (AOCCM) and simulated the climate and ozone layer behavior from 1600 up to 2100 by applying spectral solar forcing and all other known forcing data compiled by the project team. The results suggest that the predicted decline of the solar activity in the second half of 21st century might compensate up to 20 % of the greenhouse warming and delay the recovery of the ozone layer. The extensive set of the sensitivity studies improves considerably the discrimination be-tween the contributions of different forcing factors to ozone and climate change. However, based on the analysis of our results and based on recently appeared new observational data and theoretical studies, we conclude that further analyses are needed, in particular with regard to the following issues: (i) the simulated period (1600-2100) is too short to properly de-fine solar contribution to the future climate; (ii) the climate sensitivity of the applied model to the greenhouse gas increase seems too high; (iii) our AOCCM model has deficiencies in reproducing the observed European winter time climate re-sponse to solar forcing; (iv) the analysis of the data representing weather time scale variability was not planned in FUSPOL-I; (v) there is observational evidence that the solar UV forcing should be stronger than applied in our experiments. These problems should be addressed to corroborate and refine the conclusions of FUPSOL-I. Therefore, the proposed main goals of FUPSOL-II project are: •Analyze the data obtained during FUPSOL-I, concentrating on weather time scale events and their connection to the solar activity; •Improve the reconstructions of solar spectral irradiance taking into account new observational data and the results of the climate simulations;•Perform a set of sensitivity studies to better understand climate response to greenhouse gases and the response of the European winter time climate to solar forcing; •Predict solar forcing factors until 2200 AD and simulate the global climate system behavior from 2000 to 2200 with the improved version of the model.The proposal is timely because of growing evidence that the Sun is about to enter a new and less active phase of magnetic activity. The present solar maximum will provide new and unprecedented instrumental data, which in combination with long-term reconstructions based on solar activity proxies will form the basis for more reliable model runs of future solar influence on the terrestrial climate. The project is expected to significantly increase our knowledge of the solar influence on the climate system on time scales from short-term weather related to centennial and to elucidate the role of the Sun in future climate change.