Solens instrålning till jorden

Jorden anses bli varmare. En tänkbar orsak är ökad instrål­ning från solen till jorden, dvs ökad Total Solar Irradiation - TSI. (Kallas ibland Total Solar Insolation.)

Solen och jorden

⇑ Total Solar Irradians (TSI)

Publ 2022-05-22

Total Solar Irradians (TSI) är ett mått på solenergin över alla våglängder per ytenhet som infaller på jordens övre atmosfär. Den mäts vinkelrätt mot det inkommande solljuset.

TSI brukar anges i Watt per kvadratmeter. Ett genomsnittligt värde är ca 1360 W/m², d.v.s. så mycket energi finns i sol­strål­ningen som faller in mot jorden. Omräknat till effekt per kvadrat­meter jordyta blir det 1360/4 = 340 W/m². W/m² skrivs även W/m^-2.

IPCC AR5 anger att solens styrka (TSI) bara har ändrats mar­ginellt, 0,05 W/m², under perioden 1750-2011, vilket innebär att förändringarna i solaktiviteten är nästan försumbara och att den inte har påverkat den uppvärmning som skett sen lilla istiden som inträffade mellan 1350-1850. .

I IPCC AR6 anges i stället att TSI mellan Maunder Minimum (1645-1715) och andra halvan av 1900-talet ökade med 0.7- 2.7 W/m². Solens styrka ska således ha ökat betydligt sedan lilla istiden. Omräknat till kvadrat­meter jordyta motsvarar intervallet 0.2 - 0.7 W/m².

Storleks­ordningen är nu sådan att den skulle kunna förklara en väsentlig del av upp­värmningen sen 1700-talets början.[1]

Direct Normal Irradiation DNI per m2 och år, Global Solar Atlas

⇑ Wikipedia om TSI

Publ 2022-05-22

Wikipedia uppger att TSI är omkring 1 366 W/m².[2] och 1350 W/m²[3]

Engelska Wikipedia har en genomgång av hur beräkningarna modifierats och anger aktuellt värde till 1361 W/m².[4]

⇑ Citat från AR6 om solens instrålning TSI

Publ 2021-12-08

"Påverkan av solen och jordens rörelser (IPCC AR6, WG1 Chapter 2.2.1 Solar and Orbital Forcing )

AR5 bedömde solvariabiliteten över flera tidsskalor, och drog slutsatsen att den totala solinstrålningen (TSI) fler­tusen­åriga fluktuationer under de senaste 9 kyr[5] var mindre än 1 W/m^-2 (Watt per kvadratmeter), men utan någon bedömning av konfidens.

Trots variationer mellan flera årtionden och hundra år under det senaste årtusendet, betonade AR5 att rekon­struk­tioner av TSI visar liten förändring (<0,1%) sedan Maunder Minimum (1645-1715) när sol­aktiviteten var särskilt låg, återigen utan att ge en konfidens­nivå. AR5 drog vidare slut­satsen att den bästa upp­skattningen av strålnings­kraften på grund av TSI-förändringar för perioden 1750-2011 var 0,05-0,10 W/m^-2 (medel­konfidens), och att TSI mycket troligt ändrades med -0,04 [-0,08-0,00] W/m^-2 mellan 1986 och 2008. Potentiell sol­inverkan på klimatet på grund av återkopplingar som härrör från inter­aktioner med galak­tiska kosmiska strålar bedöms i avsnitt 7.3.4.5.

Långsamma periodiska förändringar i jordens omlopps­bana runt solen orsakar främst variationer i säsongsbetonad och latitudinell mottagning av inkommande sol­strålning. Exakta beräkningar av orbitala variationer finns tillgängliga för tiotals miljoner år (Berger och Loutre, 1991; Laskar et al., 2011). Instrålnings­intervallet i genomsnitt över boreala[6] sommaren vid 65°N var cirka 83 W/m^-2 under de senaste miljoner åren och 3,2 W/m^-2 under det senaste årtusendet, men det fanns ingen betydande effekt på den globala genom­snittliga strålnings­kraften (0,02 W/m^-2 under det 10 senaste år­tusen­det).

En ny rekonstruktion av sol­instrålning sträcker sig tillbaka 9 kyr baserat på uppdaterade kosmogena isotop­data­uppsättningar[7] och förbättrade modeller för produktion och deponering av kosmogena nukleotider[8] (Poluianov et al., 2016), och visar att sol­aktiviteten under andra hälften av 1900-talet låg i den övre decilen av intervallet. TSI visar för­ändringar i tusen­års­skala med typiska magnituder på 1,5 [1,4 till 2,1] W/m^-2 (Wu et al., 2018). Även om starkare variationer i det djupare förflutna inte helt kan uteslutas (Egorova, T. et al., 2018; Reinhold et al., 2019), finns det ingen indikation på att sådana för­ändringar har skett under de senaste 9 kyr.

Nya uppskattningar av TSI och spektral solar irradians (SSI) för det senaste årtusendet är baserade på upp­daterade irradians­modeller (t.ex. Egorova et al., 2018; Wu et al., 2018) och använder upp­daterade och reviderade direkt observerade sol­fläckar under de senaste tre år­hundradena (Clette et al., 2014; Chatzistergos et al., 2017) samt registreringar av antal sol­fläckar rekonstruerade från kosmogena isotopdata före dessa (Usoskin et al., 2016). Dessa rekon­struerade TSI-tidsserier (Figur 2.2a) har liten variation i TSI-genomsnittet under det senaste årtusendet. TSI mellan Maunder Minimum (1645-1715) och andra hälften av 1900-talet ökade med 0,7-2,7 W/m^-2 (Jungclaus et al., 2017; Egorova et al., 2018; Lean, 2018; Wu, C.-J. et al., 2018; Yeo et al., 2020; Lockwood & Ball, 2020). Denna TSI-ökning innebär en förändring av ERF på 0,09-0,35 W/m^-2 (avsnitt 7.3.4.4).

Uppskattning av TSI-förändringar sedan 1900 (Figur 2.2b) har ytterligare stärkts och bekräftar ett litet (mindre än cirka 0,1 W/m^-2) bidrag till global klimatpåverkan (avsnitt 7.3.4.4). Nya rekonstruktioner av TSI under 1900-talet (Lean, 2018; Wu CJ. et al., 2018) stödjer tidigare resultat att TSI:s medelvärde över solcykeln med stor sannolikhet ökade under de första sju decennierna av 1900-talet och minskade därefter (figur 2.2b). TSI förändrades inte nämnvärt mellan 1986 och 2019. Förbättrade insikter (Coddington et al., 2016; Yeo et al., 2015, 2017a; Krivova et al., 2006) visar att variabiliteten i 200-400 nm-området var större än UV-området tidigare antagits. Med utgångspunkt i dessa resultat har den forcering som föreslås av Matthes et al. (2017) har ett 16 % starkare bidrag till TSI-variabilitet i detta våglängdsområde jämfört med den kraft som används i den 5:e fasen av Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5).

Sammanfattningsvis var solaktiviteten sedan slutet av 1800-talet relativt hög men inte exceptionell i förhållande till de senaste 9 kyr (högt förtroende). Det associerade globala medelvärdet för ERF ligger i intervallet -0,06 till 0,08 W/m^-2." [9]

⇑ Kommentar av Judith Curry

Publ 2021-12-08

Klimatforskaren Judith Curry analyserar AR6 uppgifter om solinstrålningen, nedan något berarbetad och förkortad.

Solvariationernas inverkan på klimatet är osäker och föremål för omfattande debatt. Man skulle dock inte dra slutsatsen från IPCC:s utvärderingsrapporter att det finns debatt eller betydande osäkerhet kring denna fråga.

Solen går igenom cykler på cirka 11 år där solaktiviteten går upp och ner. Ovanför jordens atmosfär är skillnaden i total solinstrålning (TSI, mätt i watt per kvadratmeter W/m²) mellan 11-års maxima och minima liten, i storleksordningen 0,1 % av den totala TSI:n, eller cirka 1 W/m². En flerdekadal ökning av TSI bör orsaka global uppvärmning (allt annat lika); på samma sätt bör en multidekadal minskning av TSI orsaka global kylning. Forskare har spekulerat i att flera decadala och längre förändringar i solaktivitet kan vara en viktig drivkraft för klimatförändringar.

Exakt hur TSI har förändrats över tid har varit ett utmanande problem att lösa. Sedan 1978 har det varit direkta mätningar av TSI från satellit. Att tolka eventuella flerdekadala trender i TSI kräver dock jämförelser av observationer från överlappande satelliter. Osäkerhet råder under perioden 1978 till 1992, t.ex. på grund av Challenger-katastrofen 1986 som försenade en uppskjutning av en satellit. Det förhindrar en direkt korskalibrering mellan de två högkvalitativa ACRIM1- och ACRIM2 satelliternas mätningar.

Fråga om korskalibrering av två satellitposter har djupgående konsekvenser. Det finns ett antal rivaliserande sammansatta TSI-datauppsättningar, som inte är överens om huruvida TSI ökade eller minskade under perioden 1986-1996. Vidare används satellitdata för TSI för att kalibrera proxymodeller, så att tidigare solvariationer kan härledas från solfläckar och kosmogena isotopmätningar. (Velasco Herrera et al. 2015) Som ett resultat av detta har några av datauppsättningarna för tidigare värden för TSI (sedan 1750) låg variabilitet, vilket innebär mycket låg påverkan av solvariationer på den globala medelyttemperaturen, medan datauppsättningar med hög TSI-variabilitet kan förklara 50-98 % av temperaturen variation sedan förindustriell tid (min markering).

IPCC AR5 antog solrekonstruktionerna med låg variation utan att diskutera denna kontrovers. AR5 drog slutsatsen att den bästa uppskattningen av strålningspåverkan på grund av TSI-ändringar för perioden 1750-2011 var 0,05 W/m² (medelhög konfidens). Som referens var forceringen från atmosfäriska växthusgaser under samma period 2,29 W/m². Således var beskedet från IPCC AR5 att förändringar i solaktivitet är nästan försumbara jämfört med antropogena att orsaka klimatförändringar.

IPCC AR6 erkänner ett mycket större spektrum av uppskattningar av förändringar i TSI under de senaste århundradena, och anger att TSI mellan Maunder Minimum (1645-1715) och andra hälften av 1900-talet ökade med 0,7-2,7 W/m², en intervall som inkluderar både låga och höga TSI-datauppsättningar. Den rekommenderade forceringsdatauppsättningen för CMIP6-klimatmodellsimuleringarna som används i AR6 är dock i genomsnitt två datauppsättningar med låg variabilitet (Matthes et al. 2017).[10]

⇑ Research in Astronomy and Astrophysics av Connolly et al

Publ 2021-12-08

Nyligen publicerades en översiktsartikel i tidskriften Research in Astronomy and Astrophysics av Connolly et al. (2021). Artikeln har 23 medförfattare med en rad olika perspektiv, men som förenades av sin överenskommelse om inte använda IPCC:s konsensusstrategi. Snarare betonade artikeln var avvikande vetenskapliga åsikter finns samt att identifiera var det finns vetenskaplig enighet. Författarna fann att sol-/klimatdebatten är en fråga där IPCC:s konsensusuttalanden uppnåddes i förtid genom undertryckandet av avvikande vetenskapliga åsikter. [11]

⇑ Globalstrålning

Publ 2021-12-08

Den totala mängden solstrålning som träffar en horisontell (mark-)yta kallas globalstrålning. Globalstrålningen utgörs alltså av summan av strålningen direkt från solen och den diffusa strålningen från övriga himlavalvet, det vill säga solstrålning som spridits av atmosfärens molekyler och partiklar eller reflekterats av moln. Det som mäts vid varje tillfälle som instrumenten läses av kallas mer specifikt global irradians, vilket är den infallande strålningseffekten per ytenhet, och anges i enheten W/m²

Globalstrålning är således något helt annat än Total Solar Irradians (TSI) som är ett mått på solenergin över alla våglängder per ytenhet som infaller på jordens övre atmosfär. [12]

⇑ Källor

Publ 2022-01-15

• Solens påverkan i AR5 och AR6, Jonas Rosén, Klimatupplysningen (2021-12-03)
• Historical Total Solar Irradiance Reconstruction, Time Series, LISIRD, Lasp Interactive Solar Irradiance Datacenter. University of Colorado
• Solar variations controversy, Judirh Curry, Climate etc (2021-11-21)
• Solar irradiance, Wikipedia
• Direct Normal Irradiation, World Bank
• Lilla istiden, Wikipedia
• Irradiance, Wikipedia
• Klimatindikator - globalstrålning, SMHI (2021-02-23)
• Medeltemperaturen följer tydligt globalstrålningen, Thoralf Alfsson, Klimatsans (2020-07-01)
• Solstrålning i Sverige sedan 1983, SMHI (2021-03-12)
• How much has the Sun influenced Northern Hemisphere temperature trends? An ongoing debate, Ronan Connolly, Researchgate. Pdf (2021-05)
• Globalstrålning under året och dygnet. SMHI
• 100 år av mätningar av globalstrålning i Stockholm, SMHI (2022-06-30)