Stefan Kämpfe
Dass die schwankende Aktivität unseres Zentralgestirns Wetter, Witterung und Klima beeinflusst, ist lange bekannt. Allerdings verweisen Verfechter des „anthropogenen Klimawandels“ stets auf die geringen Schwankungen der Solarkonstanten, welche unmöglich zu wesentlichen Klima- und Witterungseinflüssen führen könne. Es gibt aber auch andere Meinungen, zumal der solare Magnetismus, die Teilchen- und die Röntgenstrahlung Einflüsse auf klimatische Parameter ausüben. Im Rahmen dieser Untersuchung wird, unter anderem anhand von Daten aus höheren Luftschichten, der wichtigen Frage nachgegangen, ob sich Zusammenhänge zwischen Sonnenaktivität und den Zirkulationsverhältnissen über Deutschland erkennen lassen.
Bild rechts: Sonnenaufgang (mit undeutlicher „Nebensonne“) bei Jena. Foto: Stefan Kämpfe
Einleitung
Die Sonnenaktivität unterliegt kurz-, mittel- und langfristigen Schwankungen. Ein sehr grobes, aber mit geringem Aufwand zu beobachtendes und daher das einzige über längere Zeiträume verfügbare Maß der Sonnenaktivität ist die Anzahl der Sonnenflecken (dunklere und damit etwas kühlere Bereiche auf der Sonnenoberfläche, die meist auf einen erhöhten solaren Magnetismus und Teilchenauswurf hindeuten). Da für diese Arbeit nur Daten im Zeithorizont von knapp 70 bis 135 Jahren verfügbar waren, sollen als wichtigste Aktivitätszyklen nur der SCHWABE- Zyklus (etwa 11jährig), der HALE- Zyklus (22jährig), der BRÜCKNER- Zyklus (etwa 35jährig, strittiger, von vielen Forschern angezweifelter Zyklus), der GLEISSBERG- Zyklus (knapp 90jährig) und der DE- VRIES- SUESS- Hauptsonnenzyklus (etwa 200jährig) genannt werden. Es gibt auch noch längere Zyklen von 1000 bis über 2000 Jahren Länge, deren Existenz mittels Proxydaten, unter anderem der Konzentration bestimmter Isotope, nachgewiesen wurde. Den ähnlichen Verlauf zwischen der Sonnenaktivität und den mittleren Temperaturabweichungen in Mitteleuropa verdeutlichen die folgenden 2 Abbildungen:
Abb. 1a und 1b: Anomalien der Sonnenfleckenanzahl je SCHWABE- Zyklus (oben) und mittlere Temperaturabweichung in Mitteleuropa je SCHWABE- Zyklus (unten), jeweils mit Polynom- Ausgleichskurven (schwarz). Quelle: H. MALBERG, ehemaliger Direktor des meteorologischen Instituts der FU Berlin. Die Ähnlichkeit beider Verläufe ist unverkennbar; in Phasen mit weniger Sonnenflecken (geringere Aktivität) dominierten negative, in Phasen mit erhöhter Sonnenaktivität hingegen positive Temperaturabweichungen.
Die nächste Abbildung veranschaulicht den Zusammenhang zwischen Sonnenaktivität und Lufttemperaturen anhand des GLEISSBERG- Zyklus:
Abb. 2: Enge Korrelation zwischen der an der Erdoberfläche gemessenen Lufttemperatur der nördlichen Hemisphäre (dicke Kurve) und der Intensität der Sonnenfleckentätigkeit im säkularen Gleissberg- Zyklus (dünne Kurve) nach Friis-Christensen und Lassen. Quelle: http://www.schulphysik.de/klima/landscheidt/sonne2.htm
Untersuchungsergebnisse
Der Autor dieses Beitrages beschäftigt sich seit einigen Jahren mit der Entwicklung der Häufigkeitsverhältnisse der Großwetterlagen in Mitteleuropa und fand dabei Zusammenhänge zwischen der Häufigkeit bestimmter Wetterlagen und der Sonnenaktivität:
Abb. 3a und 3b: Sonnenfleckenanzahl und Großwetterlagenhäufigkeiten (jeweils 11jährige Gleitmittel, Großwetterlagen- Cluster aus den Großwetterlagen nach HESS/BREZOWSKY). Oben tendenziell mehr Lagen mit nördlichem Strömungsanteil (blau) im Jahresmittel in Phasen mit geringerer Sonnenaktivität (gelb). Lagen mit nördlichem Strömungsanteil wirken in Deutschland meist abkühlend, besonders im Frühling und Frühsommer. Unten Häufigkeit atlantischer Tiefdruckwetterlagen (violett, diese windigen Westlagen sind im Winter meist mild) und der Troglagen (extrem meridionales Strömungsmuster, die Westdrift ist blockiert) im Winter. In Phasen mit höherer Sonnenaktivität häuften sich meist auch die atlantischen Tiefdruckwetterlagen; in Phasen mit geringer Sonnenaktivität (so auch gegenwärtig!) hingegen die Troglagen.
Die Großwetterlagenhäufigkeit (langfristig bis 1881, mit Unsicherheiten bis 1871 verfügbar sind nur die nach HESS/ BREZOWSKY klassifizierten Lagen) wird jedoch auch von zahlreichen anderen Eiflussfaktoren gesteuert, unter anderem von der NAO und der QBO (Nordatlantische Oszillation, und Quasi- zweijährige Oszillation der Stratosphärenwindrichtung, bedeutsam sind beide für die winterlichen Temperaturverhältnisse), der AMO (Atlantische Mehrzehnjährige Oszillation), den Temperaturverhältnissen im Indik und Pazifik, der arktischen Eisbedeckung und weiteren Faktoren. Näheres unter anderem bei http://www.eike-klima-energie.eu/climategate-anzeige/im-takt-der-amo-und-der-nao-2-das-haeufigkeitsverhalten-der-grosswetterlagenund-dessen-auswirkungen-auf-die-deutschland-temperaturen/ und http://www.eike-klima-energie.eu/climategate-anzeige/winter-201415-in-deutschland-erneut-zu-mild-warum/
Die Großwetterlagen werden aber ganz maßgeblich durch die Verhältnisse in höheren Luftschichten geprägt. In sogenannten Aerologischen Datensätzen findet man monatsweise Angaben zu den Windverhältnissen in höheren Luftschichten und Angaben zu den Höhenlagen der Druckflächen. Der „Zonalwind“ ist ein Maß für die Stärke des entlang der Breitenkreise (West- Ost-Richtung) wehenden Windanteils. Hat er ein positives Vorzeichen, so weht er aus Westen; bei negativem aus Osten. Im Folgenden wurde die Zonalwindstärke in der 500hPa- Druckfläche für den Gitterpunkt 50°N 10°E (liegt etwas südlich der Rhön und damit zentral in Deutschland) im Verhältnis zur Sonnenaktivität für den meteorologischen Winter (01.12. bis 28./29.02.) seit 1948/49 und für das Jahr seit 1948 dargestellt:
Abb. 4a und 4b: Zonalwindmittel (rot) für die Druckfläche 500 hPa (entspricht etwa 5.600 Metern Höhe im Mittel) am Gitterpunkt 50°N und 10°E, dazu die Sonnenaktivität (gelb, jeweils unten) und der Verlauf der AMO (grün, jeweils oben). Fette Kurven Polynome 6. Grades, etwas dünnere, dunklere 11jährige Gleitmittel (bei der AMO nicht gezeigt). Obere Abb. Verhältnisse im meteorolog. Winter, untere für das Jahr. Man erkennt in Phasen erhöhter Sonnenaktivität tendenziell eine erhöhte Zonalwindgeschwindigkeit. Zur AMO ergeben sich auf den ersten Blick keine eindeutigen Beziehungen; hier sind weitere Untersuchungen erforderlich.
Da Mitteleuropa in der Westwindzone der gemäßigten Breiten liegt, weht der Zonalwind im Jahresmittel stets und im Monatsmittel fast immer aus Westen (positives Vorzeichen). Weil die Witterungsverhältnisse am Boden von der Strömung in der mittleren Troposphäre ganz wesentlich gesteuert werden, gibt es in Zeiten mit höherer Zonalwindgeschwindigkeit tendenziell mehr Westlagen, was vorrangig im Winter, aber auch im Jahresmittel, zu höheren Lufttemperaturen in Deutschland führt (Golfstrom- Einfluss im weitesten Sinne):
Abb. 5a und 5b: Eine höhere Zonalwindgeschwindigkeit in der mittleren Troposphäre geht mit einer erhöhten Häufigkeit von Großwetterlagen mit Westanteil einher. Mit einem Korrelationskoeffizienten von r=0,59 (Bestimmtheitsmaß knapp 0,35) ist der Zusammenhang signifikant (oben). Mehr Lagen mit Westanteil bedeuten tendenziell höhere Jahresmitteltemperaturen in Deutschland (untere Abb.). Zwar ist der Zusammenhang mit r= 0,32 relativ undeutlich; betrachtet man aber nur den Winter, so ergibt sich im Zeitraum 1948/49 bis 2015/16 ein Korrelationskoeffizient von r=0,72 (Bestimmtheitsmaß knapp 52%), was hoch signifikant ist.
Abschließend werfen wir noch einen kurzen Blick auf die Höhenlage der 500 hPa- Druckfläche. Liegt diese höher, so befindet sich Warmluft in der mittleren und unteren Troposphäre, was meist (mit Ausnahmen!) auch höhere Lufttemperaturen am Boden zur Folge hat. Eine höhere Lage der 500 hPa- Druckfläche ist auch ein Indiz für eine nördlichere Lage des Jet- Streams und damit für ein insgesamt günstigeres (wärmeres) Klima in Deutschland. Der Zusammenhang zwischen Sonnenaktivität und Höhenlage der 500 hPa- Druckfläche ist geringer als beim Zonalwind, aber dennoch erkennbar; hier das Beispiel für den Winter:
Abb. 6: Im Winter erkennt man einen ähnlichen Verlauf der Höhenlage der 500 hPa- Druckfläche (rotviolett) und der Sonnenaktivität (gelb), beides mit 11jährigem Gleitmittel.
Zusammenfassung und Ausblick
Die Sonnenaktivität beeinflusst die Luftströmungen und Witterungsverhältnisse in Deutschland. Deutlich erkennbare Zusammenhänge bestehen zu den Häufigkeitsverhältnissen der Großwetterlagen (tendenziell mehr „Westwetter“ in Phasen mit hoher, aber mehr Nord- und Trogwetterlagen in Phasen mit geringerer Sonnenaktivität) und zu den Windverhältnissen in höheren Luftschichten (tendenziell erhöhte Westwind- Geschwindigkeit in Phasen mit erhöhter Sonnenaktivität). Ob auch Zusammenhänge zwischen der Sonnenaktivität, Höhenwindverhältnissen und der AMO bestehen, ließ sich, auch aufgrund des kurzen Untersuchungszeitraumes (die Aerologischen Daten waren erst ab 1948 verfügbar), nicht klären. Doch welche Bedeutung haben diese Untersuchungsergebnisse für die nahe Zukunft? Um diese Frage zu klären, betrachten wir zunächst einmal die Entwicklung und die Prognose der Sonnenaktivität im frühen 21. Jahrhundert:
Abb. 7: Monatlicher Verlauf der Anzahl der Sonnenflecken seit Januar 2000 mit Glättung (blau) und Prognose für die nächsten Jahre (rot). Der aktuelle SCHWABE- ZYKLUS Nr. 24 (rechte Bildhälfte) war schon deutlich schwächer als der 23. Zyklus, der sein Maximum kurz nach Beginn des Jahres 2000 hatte. Man erkennt die zu erwartende weiter nachlassende Aktivität (ganz rechts). Datenquelle http://www.swpc.noaa.gov/products/solar-cycle-progression
Da Witterung und Klima verzögert auf die nachlassende Sonnenaktivität reagieren, konnten wir uns in den ersten 15 Jahren des 21. Jahrhunderts noch über vorwiegend warmes Wetter freuen. Zwischen Ende 2002 und 2012 gab es jedoch schon erste, heftige Kälterückfälle (Winter 2002/03, 2004/05, 2005/06, 2008/09, 2009/10, 2010/ 11 und 2011/12). Nach dem noch sehr milden Winter 2015/16 ist die lang anhaltende Kälte zwischen Ende Februar und Ende April 2016 ein weiterer, möglicher Hinweis der beginnenden (vorwiegend solar bedingten) Abkühlungsphase, einhergehend mit einer ersten Häufung nördlicher Wetterlagen. Im „Horror- April“ 2016 gab es am Monatsanfang und noch nach dem 25.04. bergeweise Schnee in den Mittelgebirgen; aber selbst in tieferen Lagen schneiten die Frühlingsblüten teilweise ein:
Abb. 8: April- Schnee verdarb 2016 häufig die Frühlingsgefühle und die Baumblüte- ein Vorbote der möglichen Klimaabkühlung oder eine bloße Laune der Natur? Foto: Stefan Kämpfe
Und was passiert nach 2020? Die meisten Astrophysiker gehen von einer weiter nachlassenden Sonnenaktivität aus; der kommende 25. SCHWABE- Zyklus dürfte extrem schwach werden oder ganz ausfallen:
Abb. 9: Verlauf der Sonnenfleckenzahlen seit 1749. Man erkennt die sehr hohe Aktivität in der 2. Hälfte des 20. Jahrhunderts. Der nächste (25.) SCHWABE- Zyklus, der um oder kurz nach 2020 beginnen müsste, könnte extrem schwach ausfallen; diese Prognose ist aber noch sehr unsicher. Quelle der Abb. klimaskeptiker.info vom 25.01.2012, überarbeitet von Stefan Kämpfe
Schon ist ein neues „Maunder- Minimum“ (Höhepunkt der „Kleinen Eiszeit“ um 1680) in aller Munde. Aber selbst wenn dieses Horror- Szenario ausbleiben sollte und die Sonne weniger stark schwächelt, mit wieder öfter strengen Wintern, einer mindestens leichten Gesamtabkühlung und mit häufigeren Witterungsextremen müssen wir sehr wahrscheinlich rechnen. Die "Klimaerwärmung" findet nur in den realitätsfernen Modellrechnungen der überfinanzierten Klimaforschungsinstitute statt.
Stefan Kämpfe, Diplom- Agrar- Ingenieur, unabhängiger Natur- und Klimaforscher
@#11: Krishna Gans
Danke für den Hinweis. Die Angaben, wie stark die Schwankungen wirklich sind, variieren. Entscheidend ist, dass sie sehr groß sind. Und es geht ja noch weiter, denn auch die magnetische Aktivität der Sonne schwankt stark, was unter anderem beeinflusst, wie viel „Kosmische Strahlung“ (eigentlich keine Strahlung, sondern interstellare Teilchen, die aus Supernovae- Ereignissen stammen) uns erreichen; das hat Einfluss auf die Wolkenbildung. Und dann stößt die Sonne ja auch selbst Teilchen aus; auch diese Intensität schwankt stark. Nicht umsonst fasst man die gesamte solare Aktivität unter dem Oberbegriff „Weltraumwetter“ zusammen- immens wichtig für die bemannte und die unbemannte Raumfahrt (Satelliten). Dass das alles keinen Einfluss auf unser Wetter, Witterung und Klima haben soll, ist ein gefährliches Märchen.
#14: Krishna Gans sagt:
@Hans Jung
Die von mir erwähnte UV Strahlung erreicht den Boden nicht, kann ihn folglich nicht erwärmen, da sie von der Ozonschicht ausgesperrt wird.
Sie kann die Erde aber indirekt erwärmen.
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Es ging aber doch darum, daß sie angeblich nicht in der TSI enthalten ist.
Die TSI wird doch an der Obergrenze der Atmosphäre gemessen.(?) Und vollständig absorbiert von der Ozonschicht wird sie auch nicht. Wir haben ja definitiv UV-Strahlung auch am Boden.
Es wird wohl sein wie Stephan Kämpfe sagt, daß UV ab 200nm durchaus in der TSI enthalten ist.
Und auch diese relativ langwelligere UV-Strahlung hat eine deutlich stärkere Variabilität als die übrige TSI.
Mir ist einfach nicht recht klar, was aus welchem Grund hier „verschwiegen“ werden soll.
Immer wenn irgendwas irgendwo nicht explizit genannt oder gemessen wird, wird von Skeptikerseite gleich ein „Mogeln“ oder „Verschweigen“ unterstellt.
Gruß
Hans Jung
@Hans Jung
Die von mir erwähnte UV Strahlung erreicht den Boden nicht, kann ihn folglich nicht erwärmen, da sie von der Ozonschicht ausgesperrt wird.
Sie kann die Erde aber indirekt erwärmen.
Hans Jung PS
Die TSI hängt mit dem sichtbaren Licht der Sonne zusammen, die die Erde erreicht und erwärmt.
Zitat:
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Solar irradiance varies systematically over the cycle,[43] both in total irradiance and in its relative components (UV vs visible and other frequencies). The solar luminosity is an estimated 0.07 percent brighter during the mid-cycle solar maximum than the terminal solar minimum. Photospheric magnetism appears to be the primary cause (96%) of 1996-2013 TSI variation.[44] The ratio of ultraviolet to visible light varies.[45]
TSI varies in phase with the solar magnetic activity cycle[46] with an amplitude of about 0.1% around an average value of about 1361.5 W/m2[47] (the „solar constant“). Variations about the average of up to ?0.3% are caused by large sunspot groups and of +0.05% by large faculae and the bright network on a 7-10-day timescale[48] (see TSI variation graphics).[49] Satellite-era TSI variations show small but detectable trends
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Wiki: Solar cycle
Hans Jung #8
Zitat:
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While some stars exhibit dramatic pulsations, wildly yo-yoing in size and brightness, and sometimes even exploding, the luminosity of our own sun varies a measly 0.1% over the course of the 11-year solar cycle.
[..]
Of particular importance is the sun’s extreme ultraviolet (EUV) radiation, which peaks during the years around solar maximum. Within the relatively narrow band of EUV wavelengths, the sun’s output varies not by a minuscule 0.1%, but by whopping factors of 10 or more. This can strongly affect the chemistry and thermal structure of the upper atmosphere.
Sun-Climate
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http://tinyurl.com/assmjmz
@Stefan Kämpfe #9
Zitat:
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schließt also kurzwelliges UV und Röntgenstrahlung aus- aber gerade die schwanken stark, um den Faktor 2 bis 5.
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UV schwankt um Faktor 10 und hat Auswirkungen auf die Ozonschicht und den Wärmehaushalte der Erde.
http://tinyurl.com/zq2ye4s
#4 H.R. Vogt sagt:
‚Die Beschäftigung mit solchen Zyklen halte ich für Zeitverschwendung. Wichtiger wäre es, besser zu verstehen WARUM der Motor des irdischen Klimas stotternd läuft.‘
Sorry – aber Sie haben da was Grundlegendes nicht verstanden oder wissen es einfach nicht! Ein komplexes System wie die Erde, das von außen mit einer Störung angeregt wird, kann NIEMALS in einem gleichmäßigen Zustand verharren. Die Zustandsfunktion des Klimas wird chaotisch sein und eine Untersuchung derselben mit der Störung das Naheliegendste, was man überhaupt tun kann.
Das wissen die Schnellnhubers dieser Welt ganz genau. Für die Beschreibung einer weitgehend natürlichen und nicht zu ändernden Klimavariabilität müsste man aber kein Heer von Klima’Wissenschaftlern‘ beschäftigen. Folglich sagen die genau das, was sich die Politik wünscht: Einen Alarmismus und geben gleich die Lösung dazu: ‚Wähle mich, ich werde Dich retten (indem ich vorgebe, das CO2 zu bekämpfen‘.
#8: Hans Jung:
TSI beginnt, soweit ich weiß, erst bei 200nm aufwärts, schließt also kurzwelliges UV und Röntgenstrahlung aus- aber gerade die schwanken stark, um den Faktor 2 bis 5.
#2: Krishna Gans sagt:
In die TSI fließt nicht der UV Ausstoß der Sonne mit ein, der einen viel größeren EInfluß auf die Erde und das Wetter / Klima hat.
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Herr Gans,
sind Sie da wirklich sicher?
Meines Wissens beinhaltet die TSI alle Frequenzen von infrarot bis ultraviolett.
Wie ja auch der Name besagt: Total Solar Irradiance.
Gruß
Hans Jung
@#2 und #3:
TSI ist eine Mogelpackung und wird von den Alarmisten gerne verwendet, um den Einfluss der Sonne zu negieren. Dabei wird verschwiegen, dass kurzwelliges UV und die Röntgen- Strahlung von der Hochatmosphäre absorbiert werden, was über verschiedenste Mechanismen, unter anderem die QBO und die Stratosphären- Erwärmungen, die Strömungsverhältnisse beeinflusst. In dem Beitrag, der, um besser lesbar zu sein, knapp gehalten werden musste, konnte ich darauf nicht näher eingehen und verweise auf die umfangreichen Arbeiten von SCHERHAG, MALBERG, LABITZKE, LEISTENSCHNEIDER, SVENSMARK und VAHRENHOLT/LÜNING. Noch eine Episode aus der Zeit der ersten Satelliten: Man wunderte sich zunächst, dass trotz ähnlich hoher Umlaufbahnen manche Satelliten viel eher abstürzten, als andere- bis man schließlich entdeckte, dass in Phasen mit höherer Sonnenaktivität die Atmosphäre weiter in den Weltraum reicht, was mehr Reibung und damit ein schnelleres Abstürzen verursachte. Wegen der (leider) sehr kurzen Zeitspanne (die aerologischen Daten waren erst seit 1948 verfügbar) lohnen keine Analysemethoden zum Nachweis längerer Perioden. Hier sollte lediglich gezeigt werden, dass es Ähnlichkeiten zwischen den Verläufen der solaren Aktivität und dem Verhalten der Luftströmungen über Deutschland gibt. Wer Näheres über den langfristigen solaren Einfluss auf das Klima wissen möchte, der kann das unter den Schlagworten Dalton-, Maunder-, Spörer-, Wolf- und Oort- Minimum sowie Medieval Maximum nachlesen.
zu #5
“Ist das so wichtig? Da wir außer durch Brandschatzung und Veränderung der Pflanzenwelt nebst Änderung des Wasserhaushalts das „Klima nicht steuern können, ist es doch unerheblich, was die Sonne warum macht. Es bleibt uns und der Flora und Fauna ohnehin nur die Anpassung.“
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Ja es bleibt Spekulation, solange es keine verifizierten Theorien gibt, welche halbwegs sichere Prognosen für die auf der Sonne in schon in wenigen Jahrhunderten zu erwartenden Vorgänge erlauben.
http://tinyurl.com/qbq8dt3
(Ich spekuliere an der Börse und habe kürzlich darauf gewettet, dass der Tesla- Motors – Aktienkurs innerhalb von ca. 15 Monaten wieder bei 120 USD liegen wird.)
@ #4 H.R. Voigt
„Wichtiger wäre es, besser zu verstehen WARUM der Motor des irdischen Klimas stotternd läuft.“
Ist das so wichtig? Da wir außer durch Brandschatzung und Veränderung der Pflanzenwelt nebst Änderung des Wasserhaushalts das „Klima nicht steuern können, ist es doch unerheblich, was die Sonne warum macht. Es bleibt uns und der Flora und Fauna ohnehin nur die Anpassung.
Deshalb ist das Ganze mit dem Verhindern Quatsch, denn Anpassung ist billiger. Die erfolgt nämlich automatisch. Sonst gäbe es uns ja gar nicht.
Konstruktive Kritik.
Wenn gemittelt wird – was ja nicht falsch ist – dann bitte zentrierte gleitende Mittel verwenden. Das muß man dann halt selber in der Tabellenkalkulation errechnen.
Das zweite ist noch wichtiger: Es muß mit verschieden langen (zentrierten) Mitteln gearbeitet werden, damit man auch die groben Periodizitäten erwischt.
Ansonsten Fourieranalyse. Muß man allerdings selbst programmieren anhand der Summenformel.
Pardon
Die Beschäftigung mit solchen Zyklen halte ich für Zeitverschwendung. Wichtiger wäre es, besser zu verstehen WARUM der Motor des irdischen Klimas stotternd läuft.
In Göttingen gibt es einige Forscher, die dafür bezahlt werden, das herauszufinden.
Die sollte man mal befragen:-)
In die TSI fließt nicht der UV Ausstoß der Sonne mit ein, der einen viel größeren EInfluß auf die Erde und das Wetter / Klima hat.
Wird immer wieder gern vergessen, dass der UV Ausstoß eine viel größere Variabilität hat als die TSI.
Danke Hr. Kämpfe für ihren Artikel.
Ein Artikel der versucht die Prozesse nachvollziehbar darzustellen. Auf ihrer Arbeit kann man somit weiter, um den Faktor Zeit um mehr Erkenntnisgewinn, aufbauen.