L’effetto sole-clima: Il ruolo del sole nel cambiamento climatico

“Una volta che si inizia a dubitare, proprio come si suppone che si debba dubitare. Mi chiedi se la scienza è vera e noi ti diciamo ‘No, no, non sappiamo cosa sia vero, stiamo cercando di scoprirlo, è possibile che tutto sia sbagliato’… Quando dubiti e chiedi diventa un po’ più difficile credere. Posso convivere con il dubbio, l’incertezza e il non sapere. Penso che sia molto più interessante vivere senza sapere, piuttosto che avere risposte che potrebbero essere sbagliate”. Richard Feynman (1981)

5.1 Introduzione

La scoperta negli anni ’90 della variabilità multidecadale (vedi Parte IV) ha dimostrato che la scienza del cambiamento climatico è molto immatura. La risposta a ciò che stava causando il riscaldamento osservato è stata fornita prima che venissero poste le domande appropriate. Una volta annunciata la risposta, le domande non erano più gradite. Michael Mann ha detto di una scettica Judith Curry: “Non so cosa pensi di fare, ma non aiuta la causa, né la sua credibilità professionale” (Mann 2008). Ma come ha affermato Peter Medawar (1979), “l’intensità della convinzione che un’ipotesi sia vera non ha alcuna influenza sul fatto che sia vera o meno”. Le opinioni degli scienziati non costituiscono scienza e un consenso scientifico non è altro che un’opinione collettiva basata sul pensiero di gruppo. Quando dubitare di un consenso scientifico (“proprio come si dovrebbe dubitare”, come disse Feynman) diventa sgradito, l’opinione collettiva diventa dogma, e il dogma non è chiaramente scienza.

Lennart Bengtsson, ex direttore del Max Planck Institute of Meteorology, vincitore del Premio Descartes e di un premio WMO per la sua ricerca innovativa, lo ha detto sinteticamente dopo aver accettato di partecipare a un’organizzazione scettica guidata da Nigel Lawson, membro della Camera dei Lord ed ex Cancelliere dello Scacchiere:

“Non mi aspettavo una pressione così enorme a livello mondiale da parte di una comunità a cui sono stato vicino per tutta la mia vita professionale. I colleghi stanno ritirando il loro sostegno, altri colleghi si stanno ritirando dalla collaborazione con altri autori, ecc. Non vedo limiti e fine a ciò che accadrà. È una situazione che mi ricorda i tempi di McCarthy. Non mi sarei mai aspettato qualcosa di simile in una comunità originariamente pacifica come la meteorologia. A quanto pare, negli ultimi anni si è trasformata” (von Storch 2014).

Questo è l’effetto che i dogmi hanno sugli scienziati: la normale ricerca scientifica diventa impossibile se si introduce un forte pregiudizio di gruppo contro la messa in discussione del dogma.

Una volta affermati, i dogmi tendono a sfuggire al controllo scientifico. Stuart Firestein, nel passare in rassegna i principali consensi scientifici errati del passato nel suo libro del 2012, Ignorance: How it Drives Science, si chiede se

“… c’è davvero qualche ragione per pensare che la nostra scienza moderna non soffra di errori simili? In effetti, più un fatto ha successo, più è preoccupante. I fatti veramente riusciti hanno la tendenza a diventare inespugnabili alla revisione”. Stuart Firestein (2012)

Il dogma principale della scienza del cambiamento climatico è affermato nel Quinto Rapporto di Valutazione (AR5) del Gruppo Intergovernativo sul Cambiamento Climatico come:

“È estremamente probabile che più della metà dell’aumento osservato della temperatura superficiale media globale dal 1951 al 2010 sia stato causato dall’aumento antropogenico delle concentrazioni di gas serra e da altri forzanti antropogenici insieme”. La migliore stima del contributo al riscaldamento indotto dall’uomo è simile al riscaldamento osservato in questo periodo (Figura SPM.3)” (IPCC 2014).

Tuttavia, non ci sono prove che confermino questo dogma. Si basa sui risultati di modelli computerizzati che sono stati programmati con le stesse ipotesi che emergono da essi, in un chiaro caso di ragionamento circolare. Un esempio di tali assunti è che l’unico effetto accettato della variabilità solare sul clima è la variazione dell’irradianza solare totale (TSI). Nessuno degli effetti solari descritti nella Parte II è incluso perché non è accettato e, anche se fosse accettato, non sapremmo come programmarlo. Non sappiamo come avvengono e come influenzano il clima. L’arroganza dei sostenitori delle moderne teorie climatiche è tale che credono di capire come cambia il clima abbastanza bene da poter fare proiezioni affidabili da qui a 75 anni.

Fig. 5.1. Il dogma principale della scienza del cambiamento climatico è mostrato nella Figura SPM.3 dell’AR5. Il quinto rapporto IPCC sostiene che il riscaldamento osservato tra il 1951 e il 2010 sia dovuto a cause antropiche, senza alcun contributo da parte di forzanti naturali, nonostante la bassa attività vulcanica e l’elevata attività solare; e senza alcun contributo da parte di oscillazioni multidecadali, nonostante il periodo di riscaldamento 1976-2000 abbia coinciso con una ripresa dell’AMO.

Nella Parte III abbiamo mostrato l’importanza del trasporto meridionale (MT) e del gradiente di temperatura latitudinale (LTG) nel clima globale e regionale. Essi determinano la quantità di energia diretta verso i poli. Nella Parte IV abbiamo mostrato che i cambiamenti nel MT causano cambiamenti di regime climatico e che questi cambiamenti alterano il bilancio energetico del sistema climatico. Queste prove confutano il dogma, rivelando che i cambiamenti nella MT costituiscono una forzante climatica non considerata nella Fig. 5.1. Nella Parte II abbiamo esaminato le prove che le variazioni dell’attività solare influenzano il vortice polare, l’ENSO, il tasso di rotazione della Terra e le proprietà di propagazione atmosferica delle onde planetarie, determinando cambiamenti dinamici spazio-temporali nella circolazione atmosferica, nella temperatura e nelle precipitazioni che corrispondono a sostanziali cambiamenti climatici del passato, come registrato dalle prove paleoclimatologiche. Ognuno dei fattori climatologici influenzati dall’attività solare indica un effetto della variabile solare sulla MT. Attraverso le variazioni della MT, le variazioni dell’attività solare costituiscono una delle cause principali del cambiamento climatico, confutando ulteriormente il dogma del clima.

La MT è il più importante modulatore del clima globale. La grande complessità della circolazione globale accoppiata oceano-atmosfera, con tutte le sue modalità di variabilità, oscillazioni, teleconnessioni e modulazioni, è solo la manifestazione di un’unica causa di fondo, il trasporto di energia dal punto di ingresso del sistema climatico al punto di uscita. La massa (compresa l’acqua) viene trasportata, direttamente o indirettamente, a causa del trasporto di energia. Come abbiamo visto nella Parte III, sezione 3, la MT è trasportata principalmente dall’atmosfera (vedi Fig. 3.4) e lo fa attraverso due percorsi separati ma accoppiati, uno attraverso la stratosfera (la circolazione di Brewer-Dobson, BDC), l’altro attraverso la troposfera, principalmente sopra i bacini oceanici con il contributo sia dell’atmosfera che degli oceani. L’accoppiamento di queste due correnti è variabile nel tempo e nello spazio (Kidston et al. 2015). Nella zona equatoriale c’è un accoppiamento attraverso la convezione profonda e il ramo ascendente della BDC (Collimore et al. 2003), e alle alte latitudini attraverso il vortice polare (PV). L’accoppiamento verso il basso alle medie latitudini è complesso e variabile in base alla longitudine (Elsbury et al. 2021). L’accoppiamento verso il basso è esercitato principalmente dalle variazioni dei gradienti di temperatura stratosferici e dalla risposta del bilancio termico del vento. Il bilancio termico del vento influenza la forza della circolazione zonale media e la posizione e la forza di getti troposferici, vortici e tracce di tempesta (Kidston et al. 2015). L’accoppiamento verso l’alto dipende dai cambiamenti nella convezione e nella generazione di onde atmosferiche. Di conseguenza, l’accoppiamento è più forte in inverno, quando i contrasti di temperatura e la generazione di onde atmosferiche nella troposfera sono più intensi e i gradienti di temperatura nella stratosfera sono più profondi.

Fig. 5.2. Diagramma del trasporto meridiano. I rettangoli arrotondati grigio chiaro rappresentano le due componenti (tracce) del trasporto meridiano, con i loro modulatori noti negli ovali bianchi. Le frecce nere indicano l’accoppiamento o la modulazione. Le frecce tratteggiate indicano l’effetto indiretto delle eruzioni vulcaniche sul trasporto meridionale troposferico e sull’ENSO. I cambiamenti nel trasporto meridionale influenzano il bilancio energetico del sistema climatico terrestre modificando l’intensità del trasferimento di energia dalla regione tropicale, ricca di gas serra, alla regione polare, povera di gas serra. Da Vinós 2022.

La MT stratosferica è modulata da fattori che alterano il gradiente di temperatura latitudinale (ozono, attività solare e aerosol vulcanici) o dalla forza del vento zonale (QBO), in quanto determinano il livello di trasmissione delle onde planetarie che alimentano il trasporto stratosferico. L’ENSO fa parte del MT troposferico ed è determinato dalle sue condizioni, ma è anche un modulatore del trasporto stratosferico, influenzando la forza della BDC (Domeisen et al. 2019), e quindi partecipa all’accoppiamento MT stratosfera-troposfera. Non è noto se la QBO influenzi l’ENSO, ma tutte le altre interazioni tra questi tre modulatori (effetto solare, QBO ed ENSO) della MT stratosferica sono state documentate (Labitzke 1987; Calvo & Marsh 2011; Salby & Callaghan 2000; Taguchi 2010). La stadium-wave rappresenta il cambiamento sequenziale coordinato che interessa le parti interconnesse della MT troposferica (Wyatt & Curry 2014). Si tratta di una forte oscillazione multidecadale nella MT e la sua importanza sulla variabilità climatica non può essere sopravvalutata.

La maggior parte degli effetti climatici dell’attività vulcanica, che non sono dovuti alla riflessione diretta e alla diffusione della radiazione solare da parte degli aerosol di solfato stratosferici o all’alterazione della chimica stratosferica, si realizzano alterando la MT. Ecco perché le forti eruzioni vulcaniche tropicali causano il riscaldamento invernale dell’NH rafforzando il PV (GuðlaugsdÓttir et al. 2019), perché inducono stati ENSO (Swingedouw et al. 2017; Sun et al. 2018) e perché eccitano l’oscillazione bidecadale del MT (Swingedouw et al. 2015; si veda la Parte IV, Sez. 4.2 e Fig. 4.2), rendendo conto degli effetti interdecadali delle eruzioni vulcaniche.

Oltre alle variazioni del contenuto di gas serra nell’atmosfera, il clima cambia attraverso le variazioni della MT, e questo è probabilmente il meccanismo principale, dato che in passato si sono verificati importanti cambiamenti climatici seppure con modeste variazioni del forcing radiativo dell’effetto serra. L’effetto di alcuni fattori modulatori della MT tende a zero se mediato su alcuni anni. È il caso della QBO e dell’ENSO. Anche la variabilità multidecadale si equilibra su tempi più lunghi. Tuttavia, l’attività solare ha cicli centenari e millenari che diventano il più importante modulatore della MT a frequenze sub-Milankovitch (cioè <10.000 anni). Il Periodo Caldo Medievale, centrato intorno al 1100, la Piccola Era Glaciale, centrata intorno al 1600, e l’attuale periodo di Riscaldamento Globale Moderno, coincidono con un ciclo millenario di attività solare, noto come ciclo di Eddy (Abreu et al. 2010), che ha mostrato un’alta attività solare durante i massimi solari medievali e moderni (intorno al 1150 e al 1970), e una bassa attività solare durante i minimi solari di Wolf, Spörer e Maunder (intorno al 1300-1700).

Le variazioni centenarie e millenarie dell’attività solare sono un’importante forzante climatica a causa dell’effetto persistente che hanno sulla MT. Le variazioni dell’attività solare alterano il bilancio energetico del sistema climatico globale. Le variazioni più brevi dell’attività solare (decadali) sono meno importanti perché in questi periodi la MT è più influenzata da altri fattori modulatori, come la stadium-wave, l’ENSO e la QBO, che spesso agiscono in opposizione alla modulazione solare.

L’attuale visione del cambiamento climatico, così come si riflette nei rapporti di valutazione dell’IPCC, costituisce una teoria radiativa del clima. All’interno di questa teoria, la variabilità solare viene considerata solo in termini di piccole variazioni radiative della TSI (circa lo 0,1% per ciclo solare), nonostante la forte evidenza di cambiamenti dinamici indotti dal sole sulla circolazione atmosferica globale presentata nella Parte II. Questi effetti dinamici indiretti e non lineari della variabilità solare sul clima sono rilevabili nelle rianalisi climatiche (vedi Fig. 2.2; Lean 2017) e riprodotti dai modelli (Kodera et al. 2016), eppure non sono stati incorporati nella moderna teoria dei cambiamenti climatici perché non è stato lasciato loro spazio.

La variazione dell’attività solare non ha un effetto globale per tutto l’anno, come ci si aspetterebbe da una variazione globale del forcing radiativo solare. L’effetto è maggiore durante le stagioni fredde emisferiche e massimo durante l’inverno boreale, come dimostrato dalle modifiche alla velocità di rotazione della Terra (vedi Fig. 2.5; Le Mouël et al. 2010). Le variazioni della lunghezza del giorno (ΔLOD) sono dovute a cambiamenti nella circolazione atmosferica meridionale, responsabili dell’aumento della quantità di calore trasportata verso il polo invernale. Questo effetto solare specifico della stagione fredda, legato alla forza del PV, è visibile nelle rianalisi climatiche e nelle osservazioni che suggeriscono che influisce sui fenomeni atmosferici e oceanici, tra cui l’AO e la NAO, la frequenza degli eventi di blocco, la forza del vento zonale, la forza del giro subpolare e la traiettoria delle tempeste invernali nel Nord Atlantico. L’effetto dinamico dell’attività solare, specifico per ogni stagione, deve comportare importanti cambiamenti nella quantità di calore diretta verso il polo invernale. La maggior parte di questo calore esce dal pianeta irradiato come OLR nella lunga notte polare. Il flusso di calore attraverso il ghiaccio marino è sempre diretto verso l’atmosfera e l’aumento dei gas serra non condensanti favorisce la perdita di energia attraverso un maggiore raffreddamento radiativo da parte delle molecole di gas serra che sono più calde della superficie (van Wijngaarden & Happer 2020). La perdita di calore radiativo aumenta anche a causa della forte diminuzione della copertura nuvolosa che accompagna l’inverno polare (Eastman & Warren 2010) e della bassa umidità assoluta presente nell’atmosfera polare invernale.

L’effetto asimmetrico stagionale dell’attività solare sul clima stabilisce che la variabilità solare è il più importante guardiano a lungo termine della grande quantità di calore che lascia il pianeta ai poli nel corso di ogni stagione invernale. Questi ultimi sono il principale dissipatore di calore del pianeta (vedi Fig. 3.2). Pertanto, l’ipotesi di come i cambiamenti dell’attività solare regolano la MT è denominata “Winter Gatekeeper hypothesis” (WGK-h). La WGK-h (Fig. 5.3) afferma che il livello di attività solare è uno dei diversi fattori che determinano la forza dei venti zonali e quindi la propagazione delle onde planetarie nell’atmosfera invernale. La propagazione delle onde verso il polo e verso l’alto controlla l’intensità del PV, che è il principale modulatore del calore e dell’umidità MT verso il polo invernale. Gli inverni caratterizzati da un’elevata attività solare promuovono una circolazione zonale più forte, riducendo la MT e determinando un inverno artico più freddo, un inverno alle medie latitudini più caldo, una fascia tropicale più calda a causa della riduzione dell’upwelling della BDC e una minore perdita di energia presso il polo invernale. Gli inverni con bassa attività solare favoriscono il contrario. La differenza nella perdita di energia al polo invernale è abbastanza grande da influenzare notevolmente il clima dell’intero pianeta quando l’attività solare è costantemente alta o bassa per diversi cicli solari consecutivi (cioè decenni).

Fig. 5.3 L’ipotesi dell’effetto della variabilità solare sul clima. a) Gli inverni caratterizzati da un’elevata attività solare promuovono un forte gradiente di temperatura stratosferica latitudinale attraverso un aumento dell’ozono e un maggiore riscaldamento dell’ozono causato da una maggiore radiazione UV. L’alta attività solare, attraverso cambiamenti nel bilancio termico dei venti, rafforza i venti zonali riducendo la propagazione delle onde planetarie. Ciò consente al vortice polare di rimanere forte durante l’inverno, riducendo il trasporto meridiano e la perdita di calore in corrispondenza del polo invernale. L’effetto dell’elevata attività solare sul gradiente di temperatura stratosferica può essere contrastato da condizioni di QBO orientale e El Niño. Il trasporto meridionale troposferico è fortemente influenzato dall’oscillazione di circa 65 anni, qui rappresentata sull’Atlantico dall’AMO, che denota un trasporto più debole quando passa a valori più elevati (accumulo di calore nell’Atlantico settentrionale).L’effetto climatico si traduce in un maggiore riscaldamento globale e in un modello di inverno freddo per l’Artico e caldo per i continenti. b) Gli inverni a bassa attività solare favoriscono un debole gradiente di temperatura stratosferica latitudinale a causa della minore radiazione UV, che porta a un debole vortice polare che aumenta il trasporto meridionale e la perdita di calore in corrispondenza del polo invernale. L’effetto della bassa attività solare sul gradiente di temperatura stratosferica può essere contrastato dalla QBO occidentale, dalle condizioni de La Niña e dal forcing dell’aerosol vulcanico. Il trasporto meridiano troposferico è forte quando l’oscillazione di circa 65 anni è in fase discendente e l’AMO sta cambiando verso valori più bassi (riduzione del calore nel Nord Atlantico). L’aumento del trasporto aumenta la velocità di rotazione della Terra, poiché i venti zonali diminuiscono e meno momento angolare risiede nell’atmosfera. L’effetto climatico è una riduzione del riscaldamento globale e un modello di inverno caldo nell’Artico e freddo nei continenti. Da Vinós 2022.

Il WGK-h si basa sull’evidenza che la MT rappresenta uno dei principali agenti del cambiamento climatico, se non il più importante. Ma come detto in precedenza, la MT è modulata da condizioni climatiche che influenzano la forza dei venti zonali, tra cui non solo l’attività solare ma anche l’ENSO, la QBO, gli aerosol vulcanici stratosferici e la stadium-wave (l’oscillazione multidecadale della MT troposferica). Poiché la MT dipende dal trasporto atmosferico e da quello oceanico, essa risponde non solo al segnale stratosferico che coinvolge l’attività solare, ma anche a quello troposferico che coinvolge l’oceano (Fig. 5.3). Questa doppia dipendenza porta a un’incongruenza negli effetti solari che ha afflitto gli studi sul clima solare. Il segnale solare fa parte di un sistema complesso che determina la forza della MT invernale, ma il suo lungo tasso di rotazione (da decadale a centenario) si accumula nel tempo.

I meccanismi dell’effetto solare sul clima sono stati descritti da diversi autori. Il riscaldamento differenziale dell’ozono da parte dei raggi UV crea un gradiente di temperatura nella stratosfera che influenza la forza dei venti zonali. La forza dei venti zonali determina la propagazione delle onde planetarie che influisce sulla forza del fotovoltaico. Le condizioni del vento zonale e del PV nella stratosfera si propagano alla troposfera attraverso il bilancio termico del vento e il coupling stratosfera-troposfera. Nella troposfera, la posizione e la forza dei getti e le condizioni dell’oscillazione artica sono influenzate (Lean, 2017). Tuttavia, il WGK-h propone che l’effetto climatico a lungo termine della variabilità solare sia mediato dal suo effetto sulla MT del calore verso il polo invernale e che gli effetti climatici globali più forti siano dovuti alla perdita cumulativa di energia in corrispondenza del polo invernale durante prolungati periodi di bassa attività solare. Il ruolo principale della variabilità solare nel clima è quello di fungere da guardiano invernale, promuovendo la conservazione dell’energia durante gli anni di alta attività solare e consentendo una maggiore perdita di energia durante gli anni di bassa attività solare. Poiché la MT è geograficamente variabile, il ruolo di guardiano dell’energia solare ha un effetto più forte sulla rotta delle tempeste invernali dell’Atlantico settentrionale e un effetto minore sulla calotta polare meridionale, con le porte invernali del Pacifico e dell’Artico siberiano che si collocano nel mezzo.

Il WGK-h fornisce una spiegazione per il forte effetto paleoclimatico dei periodi di bassa attività solare prolungata, come la Piccola Era Glaciale (LIA), e la sua alternanza con periodi più caldi come il MWP o il Riscaldamento Globale Moderno che corrispondono al ciclo solare Eddy di circa 1000 anni, come rivelato dai proxy solari e climatici (Marchitto et al. 2010). Può anche spiegare il comportamento della regione del Nord Atlantico come hotspot di variabilità climatica. I paleoclimatologi hanno notato da tempo che molte manifestazioni importanti del cambiamento climatico, come gli eventi di Bond, gli eventi di Dansgaard-Oeschger, gli eventi di Heinrich, il MWP o la LIA sono più evidenti o esclusivi della regione del Nord Atlantico. Questa regione è un corridoio privilegiato per la MT e, quindi, è l’area più sensibile ai suoi cambiamenti.

5.4 Prove a favore dell’ipotesi del gatekeeper invernale

Il WGK-h spiega come i noti effetti dinamici a breve termine della variabilità degli UV solari sulla circolazione atmosferica (cioè il meccanismo top-down; Matthes et al. 2016) siano responsabili di una modulazione a più lungo termine del cambiamento climatico, attraverso cambiamenti persistenti nella MT che alterano le proprietà radiative del pianeta.

L’effetto della variabilità solare sul clima su una scala temporale da centenaria a millenaria è stato stabilito da tempo dalla paleoclimatologia (Engels & van Geel 2012), ma questa conoscenza non ha potuto essere incorporata nella nostra comprensione dei cambiamenti climatici a causa della mancanza di un meccanismo noto. La variabilità solare durante l’Olocene è relativamente ben conosciuta attraverso i dati degli isotopi cosmogenici (soprattutto 14C e 10Be). La LIA non è l’unico periodo secolare dell’Olocene in cui si può stabilire un’associazione tra una persistente riduzione dell’attività solare sotto forma di grandi minimi solari (SGM) e un significativo raffreddamento nell’emisfero settentrionale, insieme a un cambiamento nei modelli di precipitazione che ha interessato vaste regioni, compresi i monsoni tropicali (Wang et al. 2005b). A circa 11,4 kyr BP l’SGM pre-boreale coincide con l’Oscillazione pre-boreale (Björck et al. 1997). A circa 10,3 kyr BP la SGM Boreale 1 coincide con l’Oscillazione Boreale 1 (Björck et al. 2001). A circa 9,3 kyr BP il gruppo di SGM Boreal 2 coincide con l’Oscillazione Boreale 2 (Zhang et al. 2018). Tra 7,7 e 7,2 kyr BP un periodo simile alla LIA coincide con il cluster Jericho di SGM (Berger et al. 2016). A circa 6,3 kyr BP un altro periodo di bassa attività solare coincide con un altro pessimum climatico (Fleitmann et al. 2007). A circa 5,2 kyr BP la grande avanzata globale dei ghiacciai che congelò Ötzi l’uomo venuto dal ghiaccio sulle Alpi coincise con il cluster sumero di SGM (Thompson et al. 2006). A circa 2,8 kyr BP, un altro pessimum climatico, identificato con il Grande Inverno delle saghe nordiche dell’Età del Bronzo (Fries 1956), coincise con il SGM omerico (Chambers et al. 2007). E a circa 0,5 kyr BP la LIA coincise con il gruppo di SGM di Wolf, Spörer e Maunder (Kokfelt & Muscheler 2012). Durante l’Olocene sono stati identificati 25 SGM (Usoskin 2017), ma poiché 12 di essi appartengono a 4 cluster, ci sono 17 periodi di attività solare persistentemente ridotta in 11.700 anni. Nonostante le difficoltà di studiare il clima dei millenni passati, la metà di essi è già stata correlata in modo convincente a periodi di profondo peggioramento climatico, in alcuni casi associati a lotte tra popolazioni umane (vedi Fig. 2.1; Bevan et al. 2017). Non sorprende che molti paleoclimatologi siano convinti che la variabilità solare abbia un profondo effetto sui cambiamenti climatici (Rohling et al. 2002; Hu et al. 2003; Engels & van Geel 2012; Magny et al. 2013).

Il WGK-h richiede che la modulazione solare del clima sia realizzata dal meccanismo dinamico top-down che agisce sulla MT. Colin Hines ha concepito nel 1974 le basi del meccanismo top-down e le prime prove sono state pubblicate da Joanna Haigh nel 1996, incorporando il ruolo cruciale dell’ozono come sensore e trasmettitore della variabilità UV. Da allora, il meccanismo top-down ha trovato sostegno nelle osservazioni, nelle rianalisi e nella modellistica (Gray et al. 2010; Gruzdev 2017; Kodera et al. 2016). Il WGK-h collega il meccanismo top-down agli effetti a lungo termine della variabilità solare sul clima, attraverso modifiche persistenti della variabile climatica più importante, la MT di energia dai tropici ai poli.

La WGK-h è supportata dall’evidenza di un effetto solare sul clima che è altrimenti difficile da incorporare in ipotesi alternative. Spiega perché la componente semestrale delle variazioni della velocità di rotazione terrestre, che si manifesta come variazioni della lunghezza del giorno (∆LOD; vedi Parte II), risponde alle variazioni dell’attività solare (Le Mouël et al. 2010). Le variazioni del LOD sono una manifestazione della modulazione solare della circolazione atmosferica invernale. Questo spiega anche perché l’andamento multidecadale delle variazioni del ∆LOD è correlato con le variazioni climatiche (Lambeck & Cazenave 1976; Mazzarella, 2013).

Anche la modulazione solare dell’ENSO (vedi Parte II) supporta il WGK-h. Una bassa attività solare promuove una MT più forte, favorendo condizioni di La Niña nel Pacifico equatoriale, probabilmente in risposta a un maggiore upwelling della BDC attraverso il coupling stratosfera-troposfera tropicale. Questo è l’opposto delle eruzioni vulcaniche tropicali che producono un MT più debole e un PV più forte, inducendo condizioni di El Niño nel Pacifico equatoriale, probabilmente attraverso una riduzione dell’upwelling tropicale con il meccanismo opposto.

Il pattern invernale Artico caldo/Continenti freddi (WACC), legato alla bassa attività solare (Kobashi et al. 2015; Porter et al. 2019), costituisce anch’esso una prova della WGK-h. Durante periodi prolungati di bassa attività solare, l’Artico è caratterizzato da inverni più caldi, mentre i continenti alle medie latitudini soffrono inverni più freddi a causa di incursioni più frequenti di masse d’aria polari. L’opposto accade durante i periodi prolungati di alta attività solare, spiegando perché i ghiacci marini artici hanno iniziato a ridursi notevolmente in occasione del cambiamento climatico del 1997 (vedi Parte IV) e non durante i decenni precedenti di forte riscaldamento globale. Dal 2000 l’amplificazione artica si manifesta come un fenomeno della stagione fredda, con uno scarso aumento della temperatura estiva, a sostegno dei cambiamenti stagionali di fondo del MT che si sono verificati.

Come richiesto dall’ipotesi, l’ampiezza delle onde planetarie stratosferiche è modulata dall’attività solare (Powell & Xu 2011; vedi Fig. 2.8), con una bassa attività solare che si traduce in una maggiore ampiezza delle onde planetarie e che dovrebbe promuovere una BDC più forte e una PV più debole.

L’oscillazione biennale (BO) fa passare la PV da una configurazione forte in un inverno a una configurazione debole in quello successivo (Fig. 5.4a). Essa deriva dalla modulazione del ciclo solare della bimodalità della QBO e dalla sua interazione con la forte variazione annuale polare (Baldwin & Dunkerton 1998; Salby & Callaghan 2006; Christiansen 2010). Dopo il cambiamento climatico del 1976-77, la bimodalità della QBO e della BO si è indebolita, dando luogo a una fase prevalentemente strong-vortex (Fig. 5.4a; Christiansen 2010). In occasione del cambiamento climatico del 1997-98, la bimodalità della QBO e della BO è cambiata nuovamente in una fase di vorticità più forte e più debole. Questi spostamenti climatici definiscono il periodo 1977-97, quando l’effetto della QBO sulla forza del PV attraverso il meccanismo di Holton-Tan si è notevolmente indebolito (Lu et al. 2008; vedi Parte II). Negli anni ’70, la QBO a 50 hPa e i venti extratropicali a 54°N e a 10 hPa ruppero la loro correlazione e divennero prevalentemente occidentali (positivi), come mostra il loro valore cumulativo (Fig. 5.4b; Lu et al. 2008), indebolendo così il coupling invernale tra la QBO e la PV per il periodo 1977-97, poiché venti occidentali più forti ostacolano la propagazione di onde planetarie di minore ampiezza. La PV più forte, risultante dai cicli solari 21 e 22 caratterizzati da un’elevata attività, ha prodotto una leggera tendenza al raffreddamento della temperatura invernale dell’Artico (Fig. 5.4c, area grigia), mentre la PV più debole, risultante dalla minore attività dei cicli solari 20 e 23 (e 24), ha determinato una tendenza al riscaldamento dell’Artico invernale (Fig. 5.4c, aree bianche). La relazione tra la forza della PV e la temperatura superficiale dell’Artico invernale è molto chiara. Si noti che l’evoluzione della temperatura dell’Artico invernale è opposta a quella dell’NH, sottolineando la loro correlazione negativa.

Fig. 5.4. Vortice polare, vento zonale, temperatura artica e ciclo solare. Le linee verticali tratteggiate indicano i minimi solari e l’area grigia corrisponde al periodo di regime climatico tra i cambiamenti climatici del 1976 e del 1997. a) Vortice medio di ottobre-marzo a 20 hPa, come componente principale della funzione ortogonale empirica dell’altezza di geopotenziale media a nord di 20°N, dal set di dati di rianalisi NCEP/NCAR. I valori più alti indicano un forte vortice per quell’inverno. Intorno al 1976 si è verificato un cambiamento di regime da un vortice generalmente debole con bimodalità a un vortice più forte con unimodalità. Il cambiamento opposto si è verificato verso il 1997. Le linee tratteggiate sono valori medi per i periodi separati dal 1976 e dal 1997. Dopo Christiansen 2010. b) Linea nera, cumulativa della media triennale novembre-marzo della velocità media del vento zonale all’equatore a 50 hPa. Linea grigia, cumulativa della media triennale novembre-marzo della velocità media zonale del vento zonale a 54,4°N a 10 hPa. Le linee tratteggiate rappresentano le tendenze lineari per i dati cumulativi a 54,4°N per i periodi 1959-65, 1965-76, 1976-97 e 1997-2004. Dati tratti da Lu et al. 2008. c) Anomalia della temperatura media invernale (dicembre-febbraio) calcolata dal modello atmosferico operativo del Centro europeo per le previsioni meteorologiche a medio raggio per la regione di +80 °N. Le linee tratteggiate sono tendenze lineari come in (b), tranne l’ultimo periodo che termina nel 2010. Dati dell’Istituto meteorologico danese. d) Linea nera, numero di giorni senza macchie solari in una finestra di 6 mesi. Linea grigia, macchie solari mensili. Le linee orizzontali tratteggiate rappresentano il numero medio mensile di macchie solari per ogni ciclo solare (SC). Dati da WDC-SILSO. Da Vinós (2022).

Come richiesto dal WGK-h, i pattern stagionali dell’anomalia di temperatura 80-90 °N mostrano cambiamenti molto importanti nel tempo. Le anomalie di temperatura estive e invernali dell’Artico non hanno mostrato alcuna deviazione significativa a lungo termine dalla media durante il periodo 1970-99, indicando una sorprendente differenza rispetto al riscaldamento globale sperimentato dalla maggior parte del pianeta in quel periodo, e in netto contrasto con l’amplificazione polare prevista dalla teoria e dai modelli climatici. A partire dal 1997, l’anomalia della temperatura estiva dell’Artico mostra una piccola diminuzione di circa mezzo grado (vedi Fig. 4.6a), mentre l’anomalia della temperatura invernale dell’Artico mostra un enorme aumento, raggiungendo una media di +8 °C durante l’inverno 2017-18 (Fig. 5.5). Il calore responsabile di questo aumento della temperatura invernale è trasportato nell’Artico da latitudini più basse (vedi Parte III). È paradossale e contrario all’opinione prevalente che il riscaldamento dell’Artico sia stato meno pronunciato durante il periodo di rapido riscaldamento globale degli anni ’80 e ’90 e sia più pronunciato durante il recente periodo di riduzione del riscaldamento, spesso chiamato pausa o hiatus nel riscaldamento globale. Questa apparente contraddizione può essere risolta se l’attività solare regola la quantità di calore diretta ai poli durante l’inverno. Secondo il WGK-h, l’aumento del trasporto di calore verso i poli durante l’inverno, responsabile dell’aumento della temperatura nell’Artico in quella stagione, è dovuto alla persistente diminuzione dell’attività solare dal 2004. La correlazione negativa tra l’attività solare a lungo termine e la temperatura invernale dell’Artico è evidente (Fig. 5.5).

Fig. 5.5. La temperatura invernale artica è modulata dal sole. Curva nera, flusso solare di 10,7 cm smussato come proxy dell’attività solare. L’adattamento polinomiale di terzo ordine ai minimi quadrati è stato calcolato con tutti i dati disponibili dal 1947 per ridurre l’effetto confine nei dati grafici. Dati provenienti dal visualizzatore STAFF dell’Osservatorio Reale del Belgio. Curva rossa, anomalia della temperatura media invernale (dicembre-febbraio) calcolata dal modello operativo dell’atmosfera del Centro europeo per le previsioni meteorologiche a medio raggio per la regione +80°N, con un adattamento polinomiale dei minimi quadrati del terzo ordine. Dati dell’Istituto meteorologico danese. Da Vinós (2022)

I cambiamenti indotti dal sole nell’Artico hanno molte conseguenze. Il WGK-h prevede un aumento dell’OLR artico della stagione fredda quando l’attività solare decadale diminuisce. Questo aumento è stato osservato nel cambio di regime climatico del 1997 (vedi Fig. 4.7). La maggiore perdita di energia ai poli dal 1997 deve aver contribuito alla pausa del riscaldamento globale. Allo stesso tempo, il forte riscaldamento invernale nell’Artico ha scarso effetto sulla criosfera regionale, poiché la temperatura invernale artica è in media di circa 25 °C sotto lo zero. Nel frattempo, la modesta diminuzione della temperatura estiva ha un effetto stabilizzante sull’estensione estiva dei ghiacci marini, che mostra una pausa dal 2007 (Fig. 5.6). Paradossalmente, il grande aumento della temperatura artica media annua viene pubblicizzato come prova di una forte amplificazione artica, ma coincide con una pausa nella variazione dell’estensione del ghiaccio marino estivo artico che potrebbe addirittura portare a un modesto aumento nel corso dell’attuale ciclo solare (SC25, 2020-c. 2031). A meno che l’aumento della temperatura artica non venga analizzato stagionalmente, è difficile capire cosa stia succedendo, ma allora diventa chiaro che l’amplificazione artica non è un’amplificazione del riscaldamento globale. Il riscaldamento invernale dell’Artico è una forte indicazione del fatto che l’effetto climatico della variabilità solare è stato profondamente frainteso e che il contributo dell’MSM nell’attività solare al riscaldamento globale moderno è molto più grande di quanto previsto dai rapporti dell’IPCC e dagli attuali modelli climatici. Una chiara previsione di questa ipotesi è che l’anomalia della temperatura invernale artica inizierà a diminuire quando si verificherà un nuovo ciclo solare più attivo. Questo potrebbe accadere con il ciclo solare 26, la cui attività è prevista in aumento verso il 2032 (Fig. 5.7). La diminuzione della temperatura dovrebbe essere accompagnata da un aumento del ghiaccio marino artico.

Fig. 5.6. Proiezioni del declino del ghiaccio marino artico. Simulazioni dei modelli (linee colorate continue, 2006-2090) e osservazioni (linea nera, 1935-2021) dell’estensione del ghiaccio marino artico per il mese di settembre. Le linee colorate per gli scenari RCP sono le medie dei modelli di CMIP5, secondo Walsh et al. (2014). La linea tratteggiata marrone chiaro è un modello basato sulle periodicità note di 60 e 20 anni del ghiaccio marino artico. La linea nera continua è l’estensione del ghiaccio marino artico di settembre dell’NSIDC per la finestra satellitare (1979-2021), mentre i dati sull’estensione del ghiaccio marino artico di settembre 1935-1978 provengono dalla ricostruzione di Cea Pirón & Cano Pasalodos (2016). La linea tratteggiata rosso scuro è una curva di sopravvivenza sigmoide adattata ai dati 1979-2012 con condizioni di assenza di ghiaccio vicino al 2030, seguendo la spirale della morte del ghiaccio marino artico proposta da Mark Serreze (2010). La proiezione conservativa, la linea tratteggiata marrone più chiara, spiega la pausa nello scioglimento dei ghiacci artici dal 2007 e suggerisce che nell’estate del 2100 rimarranno oltre 2 milioni di km2 di ghiacci artici. Da Vinós 2022.

Fig. 5.7. Previsione delle macchie solari in base ai cicli di attività solare. a) Numero annuale internazionale di macchie solari 1700-2020, insieme alla tendenza lineare crescente. La periodicità centenaria di Feynman è mostrata come una curva sinusoidale con minimi ai tempi dei numeri di macchie solari più bassi, definendo i periodi centenari da F1 a F3. La loro durata è dettata dalle date che seguono. Il periodo F3 presenta il numero di macchie solari più elevato dei tre. Il periodo F2 è stato influenzato dalla presenza di un minimo del ciclo bicentenario di de Vries a SC12-13 e mostra meno macchie solari degli altri due. Fonte dei dati: WDC-SILSO, Osservatorio Reale del Belgio, Bruxelles. b) Modello solare costruito sulle proprietà spettrali dell’attività solare ricavate dai record cosmogenici e delle macchie solari. Il modello ipotizza un’attività massima predefinita per ogni ciclo, che viene poi abbassata in base alla distanza dai minimi dei cinque cicli considerati, i cicli di 2500 anni, 1000 anni, 210 anni, 100 anni e 50 anni. Le date e i periodi dei cicli dedotti dall’attività passata sono proiettati nel futuro, producendo una previsione dell’attività solare per il 2022-2130. Si prevede che F4 coincida con un picco nel ciclo millenario di Eddy identificato dalle registrazioni dei proxy solari dell’Olocene, e che abbia un numero di macchie solari pari a quello di F3, nonostante un altro minimo del ciclo di de Vries previsto per SC31-32. SC1, SC10, SC20 e SC29 costituiscono dei minimi nella periodicità solare pentadecennale, che riduce il numero di macchie solari al picco della periodicità centenaria. Il modello (Vinós 2016) non prevede l’attività massima (più variabile), ma la somma delle macchie solari sull’intero ciclo. Il modello del 2016 era corretto nel prevedere un’attività SC25 superiore a SC24 e inferiore a SC23. Ora prevede un aumento dell’attività solare da SC24 a SC28. Da Vinós 2022.

5.5 Il paradosso asimmetrico Alto-solare/Basso-effetto – Basso-solare-Alto-effetto

Poiché il sole alimenta il sistema climatico, è logico supporre che un sole più attivo, fornendo più energia, dovrebbe avere un effetto proporzionale sul clima, cioè opposto all’effetto di una diminuzione di energia da parte di un sole meno attivo. Tuttavia, lo studio della paleoclimatologia dimostra che non è così. L’effetto dell’attività solare sul clima è altamente asimmetrico: la bassa attività solare ha un effetto molto più profondo sul clima rispetto all’alta attività solare.Lo studio della paleoclimatologia solare è stato inaugurato da Andrew Douglass (1919) ed è stato rilanciato dall’importante studio di John Eddy (1976) sul minimo di Maunder. Gli SGM nel corso dell’Olocene e i loro effetti climatici associati sono stati identificati da molti autori (Vinós 2022). Le SGM degli ultimi 1.000 anni hanno ricevuto i nomi degli astronomi, mentre quelle dei 7.000 anni precedenti hanno ricevuto nomi tratti dalla storia dell’uomo (vedi sopra e in Vinós 2022). Ciò che manca è la corrispondente identificazione, denominazione e studio climatico dei grandi massimi solari. Sebbene possano essere definiti matematicamente sulla base del record di attività solare (Usoskin 2017), solo i due più recenti, il massimo solare medievale e il massimo solare moderno, sono stati denominati. Gli studi paleoclimatici non producono un’ovvia associazione attività solare-clima. Sembra che i massimi solari lascino un’impronta molto più piccola sulla documentazione paleoclimatica rispetto ai massimi solari moderni.

La paleoclimatologia ci dice che gli scienziati del clima solare dovrebbero prestare maggiore attenzione all’effetto della bassa attività solare sul clima. Il WGK-h aiuta a spiegare perché la bassa attività solare ha un effetto più forte sul clima rispetto all’alta attività solare.

Il massimo del ciclo solare di 11 anni è molto più variabile del minimo solare. Anche se le macchie solari non sono forse il modo migliore per valutare l’attività solare durante i minimi solari, il record delle macchie solari (lisciato su 13 mesi; SILSO 2022) mostra che i massimi solari sono variati tra le 81 macchie solari del 1816 e le 285 del 1958, con una differenza di 204 macchie solari. Al contrario, i minimi solari sono variati solo tra 0 macchie solari nel 1810 e 18 macchie solari nel momento di massimo minimo del 1976, con una differenza di 18 macchie solari. Durante un grande massimo solare, come quello moderno (1935-2005; vedi Fig. 1.6), 6 anni di attività solare elevata o molto elevata sono seguiti da 5 anni di attività solare bassa o molto bassa. Durante un SGM tutti gli anni, decennio dopo decennio, hanno un’attività solare bassa o molto bassa.Quando l’attività solare è bassa, l’effetto della stratosfera equatoriale sul PV (effetto Holton-Tan) è più forte e il PV diventa anomalmente più debole. Pertanto, al minimo solare l’effetto solare è massimo. Le maggiori deviazioni positive dalla tendenza della temperatura artica invernale si verificano solitamente durante i minimi solari (Fig. 5.5). Gli spostamenti climatici del 1976 e del 1997 sono avvenuti in corrispondenza del minimo solare, a riprova della WGK-h. Anche lo spostamento del 1925 è avvenuto subito dopo il minimo SC15-16 e quello del 1946 dopo il minimo SC17-18 (vedi Fig. 4.8c & f; Mantova et al. 1997). Il livello di attività solare tra un minimo e l’altro determina il livello di accoppiamento atmosferico equatoriale-polare e il clima artico in quel ciclo (Fig. 5.4d). Poiché i cambiamenti di regime nella circolazione atmosferica e nel clima sembrano avvenire in corrispondenza dei minimi solari, negli anni successivi l’attività del massimo solare determina se si verifica un cambiamento. Se l’attività è simile a quella del ciclo precedente non si verifica alcun cambiamento, mentre se è marcatamente diversa si conferma il cambiamento iniziato dal minimo solare. Un risultato prevedibile è un’alta frequenza di fasi climatiche che abbracciano due cicli solari, come il periodo 1976-1997. Questo spiega le ripetute segnalazioni di segnali solari ventiduennali nei proxy climatici, come il ritmo bidecadale della siccità negli Stati Uniti occidentali (Cook et al. 1997), o l’ampiezza degli anelli degli alberi nell’Artico (Ogurtsov et al. 2020) e nel Cile meridionale (Rigozo et al. 2007).La WGK-h fornisce quindi una spiegazione al paradosso dell’effetto solare asimmetrico. Secondo l’ipotesi, gli anni di alta attività solare comportano una minore perdita di energia al polo invernale a causa di un PV più forte e di un MT ridotto (Fig. 5.3a), mentre gli anni di bassa attività solare comportano una maggiore perdita di energia per l’effetto opposto (Fig. 5.3b). Durante i cicli solari ad alta attività, 5-6 anni di attività solare superiore alla media favoriscono una minore perdita di energia ai poli, seguiti da 4-5 anni di attività solare inferiore alla media che favoriscono una maggiore perdita di energia ai poli, con conseguente riscaldamento moderato. Durante i cicli solari a bassa attività, tutti o quasi tutti gli anni presentano un’attività solare inferiore alla media, con conseguente intensificazione del raffreddamento.L’asimmetria nella variabilità del ciclo di 11 anni e nell’effetto solare sul clima da parte del WGK-h spiega perché i paleoclimatologi rilevano solo l’effetto climatico di SGM sul clima. Da considerazioni teoriche ci si aspetta che lunghi periodi ininterrotti di bassa attività solare abbiano un effetto climatico maggiore rispetto a lunghi periodi di attività intermittente. Le osservazioni paleoclimatologiche confermano questa aspettativa, sostenendo che l’effetto climatico dell’attività solare è reale.

5.6 Il paradosso della lunghezza del ciclo e dell’effetto del clima

Una delle principali obiezioni a un ruolo più sostanziale del sole sui cambiamenti climatici è che il ciclo solare di 11 anni non sembra avere un grande effetto sul clima. Le moderne analisi climatiche che utilizzano i dati satellitari a partire dal 1979 hanno coperto quasi quattro cicli solari completi ed è chiaro che i cambiamenti osservati, sebbene significativi, sono modesti (Lean 2017; vedi Fig. 2.2). E non è evidente alcun cambiamento tra un ciclo e l’altro, tanto meno una tendenza in qualsiasi variabile climatica che sia correlata all’andamento dell’attività solare.Ma l’attività solare presenta anche cicli più lunghi. I cicli solari prendono il nome da importanti ricercatori solari. Il ciclo di Schwabe di 11 anni, il ciclo di Hale di 22 anni, il ciclo di Feynman di 100 anni, il ciclo di de Vries di 200 anni, il ciclo di Eddy di 1000 anni e il ciclo di Bray di 2500 anni sono stati tutti descritti nella letteratura scientifica come aventi un effetto climatico (cfr. Vinós 2022 e riferimenti all’interno). Il ciclo di Feynman a 100 anni è responsabile di due cicli di 11 anni con bassa attività all’inizio del 1800 (cicli 5 e 6, 1798-1823), all’inizio del 1900 (cicli 14 e 15, 1902-1923) e all’inizio degli anni 2000 (cicli 24 e 25, dal 2008 e fino al 2030 circa). Il ciclo di de Vries di 200 anni è responsabile della distanza tra i grandi minimi di Wolf, Spörer e Maunder durante la LIA. Il ciclo di Eddy di 1000 anni è responsabile dei principali periodi climatici degli ultimi 2000 anni, il periodo caldo romano, il periodo freddo dell’Alto Medioevo (noto anche come Piccola Era Glaciale Tardoantica), il periodo caldo medievale, la LIA e il periodo caldo moderno iniziato intorno al 1850, con un certo contributo antropico negli ultimi sette decenni.Dagli studi paleoclimatici, più lungo è il ciclo solare, più profondo è il suo effetto climatico. L’effetto maggiore deriva dal ciclo di Bray di 2500 anni, il più lungo ciclo chiaramente distinguibile negli studi solari e climatici. Questo ciclo, presentato nella Parte II (Sez. 2.2) e nella Fig. 2.1, non solo ha stabilito le suddivisioni biologiche dell’Olocene (i periodi boreale, atlantico, sub-boreale e sub-atlantico), ma ha anche causato grandi fluttuazioni periodiche nelle popolazioni umane del passato. Come affermano Bevan et al. (2017):

“Dimostriamo molteplici casi di diminuzione della popolazione umana nel corso dell’Olocene che coincidono con episodi periodici di ridotta attività solare e di riorganizzazione del clima. … Queste prove suggeriscono complessivamente una forzatura solare quasi periodica della circolazione atmosferica e oceanica con conseguenze climatiche più ampie”.

Questi episodi periodici di diminuzione della popolazione umana corrispondono in gran parte al ciclo di Bray di 2500 anni, come si può vedere nella Fig. 2.1 o nella figura 3. Si può solo immaginare quale tipo di effetto climatico del ciclo di Bray di 2500 anni possa causare tali flessioni della popolazione umana.

Sembra paradossale che la variabilità solare abbia un effetto quasi nullo sul breve termine (il ciclo di 11 anni), ma un effetto enorme sul lungo termine (il ciclo di 2500 anni). Il WGK-h fornisce anche una spiegazione a questo paradosso della lunghezza del ciclo e dell’effetto sul clima. Come mostrato nella Fig. 5.3, l’attività solare non è l’unico modulatore della MT. Almeno la QBO, l’ENSO, l’oscillazione stadio-onda e le eruzioni vulcaniche agiscono come modulatori della MT, e quindi l’effetto su un particolare anno può essere opposto a quello che la sola attività solare potrebbe dettare. Inoltre, durante un ciclo solare di 11 anni di attività media, quasi la metà degli anni agisce in una direzione e quasi l’altra metà nella direzione opposta. Il risultato è un effetto moderato in cui la causalità non è chiara.L’effetto della QBO e dell’ENSO tende a una media quasi nulla in pochi anni, mentre l’oscillazione multidecadale in pochi decenni. Più lungo è il ciclo solare, più lungo è il periodo di bassa attività solare ai suoi minimi. Come abbiamo visto, l’effetto climatico maggiore è prodotto da periodi continui di decenni in cui la maggior parte degli anni presenta una bassa attività solare. Il piccolo incremento della grande quantità di energia che il pianeta perde ad ogni polo invernale durante gli anni di bassa attività solare è cumulativo, come l’aumento dell’energia trattenuta dall’aumento della CO2. Progressivamente il pianeta perde più energia di quanta ne guadagna e si raffredda. Più lungo è il ciclo, più lunga è la flessione e più profondo il raffreddamento. Le aree che si trovano nei percorsi principali della MT, in particolare la regione dell’Atlantico settentrionale (comprese l’Europa e il Nord America), si raffreddano per prime, più a lungo e più profondamente, ma la perdita di energia riguarda l’intero pianeta. Sebbene la regione artica si riscaldi inizialmente a causa di un maggiore afflusso di energia dal MT potenziato, alla fine si raffredda anch’essa, poiché l’intero pianeta diventa più freddo.

Il clima non è quindi molto sensibile all’attività solare fino a quando diversi cicli consecutivi di 11 anni di attività solare costantemente bassa o alta fanno sì che l’effetto superi il rumore di fondo. E questo solo se l’oscillazione multidecadale dell’onda stadio non agisce sulla MT nella direzione opposta. L’attività solare e l’onda stadio hanno cooperato durante la fase climatica 1976-1997 per produrre un riscaldamento accelerato attraverso una forte riduzione della MT, che ha portato a un lungo periodo di calma di vento globale (McVicar & Roderik 2010; Zeng et al. 2019) per il quale finora non è stata fornita alcuna spiegazione. Dal 1998 la MT è aumentata, producendo un riscaldamento dell’Artico e una pausa nel riscaldamento globale. La concatenazione di due cicli consecutivi di bassa attività solare dal 2008 e l’avvicinarsi dello spostamento dell’onda di stadio verso una fase di raffreddamento dell’AMO, segnalata dal recente raffreddamento del buco di riscaldamento del Nord Atlantico (46°N-62°N e 46°W-20°W; Latif et al. 2022), mette in crisi l’ipotesi della CO2 sul cambiamento climatico. L’ipotesi della CO2 prevede un’accelerazione del riscaldamento finché la CO2 atmosferica continuerà ad aumentare. Ma il cambiamento climatico naturale è ciclico e la moderna teoria del cambiamento climatico non lo capisce.

In questa parte della serie, abbiamo visto come le variazioni dell’attività solare producano cambiamenti nel clima, modulando il MT di energia verso i poli in modo dipendente dalle stagioni. Il risultato è che il massimo solare moderno ha contribuito in modo significativo al riscaldamento globale moderno e l’attuale minimo solare esteso è almeno parzialmente responsabile della riduzione del tasso di riscaldamento globale in corso. Ma il ruolo del sole come modulatore del trasporto di energia verso il polo non può essere dedotto da principi primi. La risposta dell’ozono stratosferico alle variazioni dei raggi UV influenza la MT attraverso il criterio di Charney-Drazin, l’effetto Holton-Tan e l’accoppiamento stratosfera-troposfera. Tutti questi fenomeni atmosferici derivano dalle osservazioni, non dalla teoria. L’IPCC ritiene che la variabilità solare influisca leggermente sul clima attraverso piccole variazioni dell’energia totale in entrata. Il meccanismo top-down agisce attraverso piccole variazioni degli UV che coinvolgono un’energia ancora minore. La variazione di energia UV, trasferita all’ozono stratosferico, viene in parte convertita in variazioni della velocità del vento. L’energia per alterare la dinamica della circolazione stratosferica e, attraverso l’accoppiamento, la circolazione troposferica è fornita dalle onde atmosferiche generate nella troposfera, non dalla radiazione solare in entrata. Il WGK-h propone che l’energia che altera il clima in risposta ai cambiamenti solari sia energia già presente nel sistema climatico. In condizioni di bassa attività solare, questa energia viene diretta verso i poli e irradiata nello spazio, raffreddando il pianeta, mentre in condizioni di alta attività rimane più a lungo nel sistema climatico, riscaldando il pianeta. Questo inaspettato bypass energetico, che non può essere dedotto dalla teoria, è ciò che ha reso la questione solare-climatica irrisolvibile per tanto tempo. Nell’ultima parte esamineremo le prove che la MT è la vera manopola di controllo del clima e come può spiegare i cambiamenti climatici che si sono verificati sul pianeta dall’inizio dell’Eocene, 52 milioni di anni fa, fino all’attuale serra di ghiaccio.

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