Attività Solare: Il Ciclo Solare 25 Supera il Ciclo Solare 24

Javier Vinos

Nelle ultime due decadi, l’attività solare è stata caratterizzata da un prolungato minimo solare che attraversa due cicli solari, noto come Minimo di Clilverd. Questo fenomeno sta attualmente influenzando il clima, ma prima di capire il suo impatto, dobbiamo affrontare la notevole discrepanza tra gli effetti solari osservati nei record di proxy paleoclimatici e nelle osservazioni moderne.

La relazione tra i segnali solari e la risposta climatica è complessa e non completamente compresa. Tuttavia, esiste un’ampia evidenza proveniente da modelli e rianalisi che tale relazione esiste. Una recente ipotesi è che il segnale solare moduli il trasporto di calore e umidità verso l’Artico, il che spiega il suo effetto relativamente piccolo durante un singolo ciclo solare. Tuttavia, quando un’anomalia nell’attività solare persiste su diversi cicli, come è successo durante il massimo solare moderno di 70 anni, il suo effetto si accumula e ha un grande impatto sul bilancio energetico del pianeta. Comprendere questo meccanismo è fondamentale per capire l’impatto complessivo dell’attività solare sul nostro clima.

Attività Solare Corrente

Il numero mensile di macchie solari per giugno 2023 ha raggiunto 163.4. Sebbene questa cifra possa essere leggermente rivista, è probabile che rimanga come il numero più alto visto negli ultimi due decenni, da settembre 2002. Il Ciclo Solare 25 è relativamente giovane, ha solo tre anni e mezzo, il che significa che ci sono molte opportunità nei prossimi tre anni per superare il record di questo mese di 20 anni. Sulla base dei dati recenti, sembra molto probabile che il Ciclo Solare 25 supererà il Ciclo Solare 24 in termini di attività.

Figura 1. Numeri giornalieri e mensili di macchie solari negli ultimi 13 anni, come fornito da SILSO.

Entrambi i cicli solari 24 e 25 mostrano un’attività significativamente bassa rispetto alla media degli ultimi 300 anni. Insieme rappresentano un prolungato minimo solare, recentemente proposto come noto come il Minimo di Clilverd[1]. Questa proposta di nome è dovuta a un articolo pubblicato nel 2006 da Mark Clilverd e colleghi, in cui hanno previsto con successo l’occorrenza di questo evento[2].

Contrariamente alle speculazioni precedenti, la probabilità di un grande minimo solare nel 21° secolo sta diventando sempre più remota. Allo stesso modo, le previsioni che l’attuale minimo solare prolungato avrebbe portato a una marcata diminuzione della temperatura sono errate. Tuttavia, ciò non significa che il Minimo di Clilverd non abbia alcun effetto. I cambiamenti nell’attività solare influiscono indirettamente sulle temperature superficiali in modo complesso. Comprendere come queste variazioni solari influenzano il clima è fondamentale per identificare i loro effetti.

Figura 2. Attività solare proiettata basata sul mio modello 2018, che si basa su cicli solari a lungo periodo. Il modello utilizza il numero totale di macchie solari in un ciclo, piuttosto che l’attività di picco, e presume cicli regolari di 11 anni. In ogni punto, stima l’effetto di cinque diversi cicli lunghi, considerando il loro impatto storico su macchie solari o registrazioni 14C. Quattro periodi del ciclo solare di Feynman (100 anni) sono indicati in basso.

L’effetto solare sul clima (I). Osservazioni moderne

Esiste una grande discrepanza tra gli effetti solari osservati nei record di proxy paleoclimatici e nelle osservazioni moderne. Secondo gli strumenti satellitari, il cambiamento osservato nel corso del ciclo solare è di soli 1,1 W m^-2, e la variabilità osservata negli ultimi 9.000 anni non sembra essere molto superiore, circa 1,5 W m^-2.[3] Questo presenta un’altra sfida perché il cambiamento è così minimo che il suo impatto dovrebbe essere indistinguibile tra il rumore dei dati climatici. Tuttavia, numerosi studi identificano costantemente un’influenza climatica di circa 0,1°C attribuita al ciclo solare, che è circa quattro volte maggiore di quanto ci si aspetterebbe dal leggero cambiamento radiativo. Di conseguenza, sorge la necessità di un meccanismo di amplificazione per spiegare questa seconda discrepanza.

Aggiungendo alla complessità, l’effetto del ciclo solare sulle temperature superficiali non è quello che ci si aspetterebbe da un aumento marginale dell’irradianza totale su tutta la superficie. Piuttosto, rivela un modello altamente dinamico caratterizzato da alcune regioni che sperimentano un riscaldamento di più di 1°C, mentre altre mostrano tendenze al raffreddamento (Figura 3). Interessantemente, questo modello è simile al riscaldamento osservato tra il 1976 e il 2000. Durante questo periodo, l’emisfero settentrionale ha sperimentato un riscaldamento maggiore rispetto all’emisfero meridionale, le superfici terrestri si sono riscaldate più degli oceani, e le medie latitudini dell’emisfero settentrionale hanno sperimentato gli effetti del riscaldamento più pronunciati.

Figura 3. Cambiamenti regionali della temperatura superficiale dal minimo al massimo del ciclo di 11 anni.[4]

Si pensa che questo modello derivi da un meccanismo di amplificazione radicato negli effetti dell’aumento dell’attività solare sullo strato di ozono, che porta a un aumento dei livelli di ozono e delle temperature stratosferiche. Di conseguenza, questi cambiamenti influenzano la velocità dei venti zonali e la stabilità del vortice polare. Attraverso il collegamento stratosfera-troposfera, il segnale solare viene trasmesso alla troposfera. La forza del vortice polare gioca un ruolo critico nel determinare lo stato invernale dell’Oscillazione dell’Atlantico Settentrionale, che diventa marcatamente positiva durante i periodi di alta attività solare. Inoltre, la posizione del jet stream è influenzata dalla forza del vortice, causandone lo spostamento verso il polo durante questi periodi di alta attività solare. Di conseguenza, le masse d’aria fredde dell’Artico sono intrappolate nella regione artica, portando a inverni più caldi nelle medie latitudini dell’emisfero settentrionale.

Nelle regioni tropicali, si verificano cambiamenti nella circolazione atmosferica a causa del movimento verso il polo del jet stream e una riduzione del ramo ascendente della circolazione di Brewer-Dobson. Di conseguenza, la circolazione di Hadley si espande, portando a un corrispondente spostamento del jet subtropicale. Questi cambiamenti influenzano notevolmente i modelli di precipitazione e contribuiscono al riscaldamento delle medie latitudini, poiché meno calore viene trasportato all’Artico a causa di un vortice polare rafforzato.

Sia i prodotti di reanalisi dell’assimilazione dei dati che i modelli climatici che incorporano la chimica dell’ozono e la circolazione stratosferica possono riprodurre questi effetti in risposta a cambiamenti prescritti nell’attività solare. Tuttavia, lo fanno in modo un po’ attenuato, dando luogo a cambiamenti più piccoli di quelli osservati.

Tuttavia, poiché l’attività solare sale e scende nel corso di un ciclo solare, l’effetto cumulativo dei suoi cambiamenti su diversi cicli è considerato insignificante.

L’effetto solare sul clima (II). Osservazioni paleoclimatiche

Come accennato in precedenza, c’è una netta contraddizione tra il relativamente piccolo impatto climatico osservato durante il ciclo solare e le prove fornite dai dati proxy paleoclimatici. Sorprendentemente, i modelli climatici osservati negli ultimi 2000 anni sono coerenti con un ciclo millenario dell’attività solare noto come Ciclo di Eddy, così chiamato in onore dell’astronomo John Eddy, che ha rinnovato l’interesse per il Minimo di Maunder negli anni ’70. In particolare, la Piccola Era Glaciale, il periodo più freddo dell’Olocene, coincise con tre minimi solari che si sono verificati in un lasso di tempo inferiore a 500 anni.

È importante notare che l’inizio della Piccola Era Glaciale non può essere attribuito a cambiamenti nei livelli di gas serra, poiché i livelli di CO² sono rimasti costanti tra il 1100 e il 1500 d.C. Inoltre, la Piccola Era Glaciale non può essere spiegata solo da eruzioni vulcaniche, poiché non sono stati registrati eventi vulcanici significativi per un lungo periodo di trecento anni, dal 1458 al 1765.

Le prove che collegano l’attività solare a grandi cambiamenti climatici suggeriscono fortemente che il Ciclo di Eddy ha svolto un ruolo importante nella modellazione del clima degli ultimi 2000 anni. Questo è illustrato nella Figura 4, che mostra il record ¹⁴C – un proxy per l’attività solare – con la sua frequenza sinusoidale a banda larga di 1000 anni. Inoltre, la figura mostra un proxy climatico: la misurazione di traccianti petrologici nei nuclei bentonici che riflettono la quantità di scarico di iceberg nell’Atlantico del Nord.[5] Questi traccianti sono trasportati dagli iceberg e rilasciati quando si sciolgono. Durante i periodi più freddi con una maggiore nevicata invernale, i ghiacciai costieri avanzano e rilasciano più iceberg, risultando in una maggiore quantità di tracciante.

Sebbene le due curve potrebbero non essere perfettamente allineate in ogni momento, la loro correlazione generale è troppo convincente per essere respinta come una semplice coincidenza. Qualsiasi aumento dell’attività degli iceberg, indicando temperature più fredde e nevicate aumentate, corrisponde a una diminuzione dell’attività solare. Di conseguenza, questa relazione osservata implica che l’attività solare è stata il principale motore del clima su una scala temporale centenaria negli ultimi 2000 anni.

Figura 4. Il ciclo solare-climatico millenario degli ultimi 2000 anni. L’anomalia nei livelli di produzione di 14C (curva nera), un proxy per l’attività solare, è confrontata con l’attività degli iceberg nell’Atlantico settentrionale (curva blu tratteggiata), un proxy climatico. La curva sinusoidale rosa mostra la frequenza millenaria. Definisce due periodi caldi e due periodi freddi, supportati da una grande quantità di prove, alcune delle quali sono rappresentate dalle barre rosse e blu (vedere il testo principale).

Il clima degli ultimi due millenni può essere suddiviso in quattro fasi distinte:

Il Periodo Caldo Romano (che termina intorno al 400 d.C.) Il Periodo Freddo del Medioevo, che si compone di due parti – una prima parte intorno al 500 d.C. e una più tarda intorno al 700 d.C. Il Periodo Caldo Medievale (centrato intorno al 1100 d.C.) La Piccola Era Glaciale (che inizia intorno al 1300 d.C.) Questo schema, caratterizzato dalla sua quasi-periodicità millenaria, trova un forte sostegno da un’abbondanza di prove storiche, biologiche, geologiche e climatiche. Una recente pubblicazione presenta alcune di queste convincenti prove sotto forma di barre colorate (Figura 4), dove gli indicatori caldi sono rappresentati da barre rosse e gli indicatori freddi da barre blu.[6]

Il problema può essere riassunto come segue: se non riconosciamo l’effetto sostanziale della bassa attività solare, ci ritroviamo senza una spiegazione soddisfacente per l’occorrenza della Piccola Era Glaciale. L’applicazione delle tecniche di identificazione causale all’interno della teoria dei sistemi getta luce su questo problema di spiegabilità.[7] Queste tecniche comportano il confronto tra l’identificazione forzata, utilizzando le forzature identificate dall’IPCC, e l’identificazione libera, dove non si presumono specifiche forzature. Questa analisi mostra che è necessaria una grande forzatura solare per spiegare sia il Periodo Caldo Medievale che la Piccola Era Glaciale. Di conseguenza, l’ipotesi dell’IPCC di una bassa sensibilità climatica all’attività solare si dimostra errata.

Risolvere la discrepanza sull’effetto solare sul clima Ignorare le prove che contraddicono un’ipotesi non è mai una buona idea in scienza. I rapporti dell’IPCC si basano su prove proxy paleoclimatiche per affermare che il cambiamento climatico in corso è altamente insolito e che le temperature attuali sono probabilmente le più alte che siano state da molto tempo. Tuttavia, quando si tratta di esaminare le conseguenze paleoclimatiche delle passate variazioni dell’attività solare, i rapporti dell’IPCC ritengono le prove proxy inconcludenti.

In realtà, le prove sono abbondanti e coerenti, indicando chiaramente che l’effetto solare sul clima non deriva da piccole variazioni dell’irradianza solare totale in superficie. Al contrario, i cambiamenti solari influenzano principalmente la circolazione atmosferica e, di conseguenza, l’intensità del trasporto di calore e umidità verso l’Artico, specialmente durante la stagione invernale quando la circolazione atmosferica è potenziata.

Durante l’inverno, l’Artico ha un debole effetto serra perché la sua atmosfera contiene un minimo di vapore acqueo – un componente critico responsabile del 75% dell’effetto serra insieme alla formazione di nuvole. Di conseguenza, le regioni polari agiscono come sistemi di raffreddamento all’interno del motore termico del clima. Cambiare la quantità di calore trasportato all’Artico durante l’inverno ha un impatto notevole sul bilancio energetico del pianeta. Sebbene l’impatto possa sembrare piccolo in un singolo anno, si accumula rapidamente a un grande effetto quando i cambiamenti nell’attività solare persistono per diversi decenni, come è stato il caso duranteil Massimo Solare Moderno per la maggior parte del 20° secolo.

Questa ipotesi non solo concilia le prove paleoclimatiche e moderne, ma ha anche un grande potere esplicativo, cioè spiega un maggior numero di fatti, getta luce su osservazioni enigmatiche, si basa meno sull’autorità e più su osservazioni empiriche, fa un minimo di ipotesi, ed è più facilmente falsificabile. Questo la rende un’ipotesi migliore rispetto a quella basata sull’effetto potenziato dei cambiamenti di CO2.

Un libro accademico è stato recentemente pubblicato da questo autore presentando la nuova ipotesi.[8] È stata inoltre ulteriormente esplorata in diversi post su questo sito. Inoltre, un prossimo libro destinato a un pubblico più ampio fornirà una spiegazione convincente basata su prove dell’influenza dei cambiamenti nel trasporto di calore sui recenti cambiamenti climatici.

Questo nuovo meccanismo non contraddice le teorie esistenti, come gli effetti delle maggiori emissioni umane, ma riduce significativamente il loro potenziale impatto. Le prove paleoclimatiche suggeriscono fortemente che questo meccanismo funge da motore primario del cambiamento climatico su scale temporali centenarie e millenarie.