KKlimatologie.eu

Mechanismy / Záření a složení atmosféry

Jak sluneční cyklus ovlivňuje klima?

6. listopadu 2026

Jak se malá změna Slunce projeví v atmosféře a oceánu? Dvě hypotézy, laboratorní i družicové testy a vysvětlení velikosti teplotní odezvy na sluneční cyklus.

Jak si vysvětlujeme odezvu klimatu na sluneční cyklus

Sluneční cyklus je přibližně jedenáctileté střídání slabší a silnější magnetické aktivity Slunce. Během něj se mění také záření přicházející k Zemi. Družice SORCE naměřila mezi ročními průměry 2008 a 2015 zvýšení příkonu o 0,90 W/m², tedy asi o 0,07 %. Výpočet při stejné vzdálenosti od Slunce a celý průběh ukazuje pozorování slunečního záření. V teplotách stratosféry, vrstvy atmosféry nad oblastí běžného počasí, lze přitom oddělit složku, která se sluneční aktivitou roste, od dlouhodobého ochlazování této vrstvy. (SORCE TIM, verze 20) (Randel a kol. 2016)

Jak se malá změna Slunce přenese do atmosféry a oceánu? Projdeme dvě vysvětlení: výrazné zesílení přes kosmické záření a oblaka a působení proměnlivého slunečního příkonu v různých výškách. Budeme hledat velikost i podobu cyklické odezvy. Otázku, zda Slunce vysvětluje současné dlouhodobé oteplování, řeší navazující článek o přibývání energie v klimatickém systému.

Dvě hypotézy a jejich předpovědi

Diagram ukazuje, čím se od sebe hypotézy liší a jak dopadly jejich testy. Porovnává to, co bychom podle každého vysvětlení měli pozorovat, s tím, co vědci skutečně zjistili. Kliknutím na název hypotézy přejdete k příběhu jejího zkoumání.

Příkon zde vyjadřuje energii přicházející za sekundu na metr čtvereční plochy kolmé ke slunečním paprskům nad atmosférou. Není to průměr na metr čtvereční celého povrchu Země. Částice, na nichž vznikají oblačné kapky, budeme nazývat jádra pro kapky. Uvedených 0,2 % je změna jejich počtu v modelu, nikoli změna plochy oblaků.

  1. Sluneční vliv výrazně zesiluje změna oblaků přes kosmické zářeníPřečíst příběh ↓
    Jedinečná předpověď
    Při zeslabení kosmického záření zvenčí Sluneční soustavy má přes úbytek nabitých molekul a částic klesnout odrazivost nízkých oblaků. Změnu oblaků bychom měli najít i po krátkých poklesech kosmického záření.
    Jak hypotézu testujeme
    V komoře měníme počet elektricky nabitých molekul vzduchu. Pak počítáme, kolik vzniklých částic doroste do jader pro kapky, a v družicových datech hledáme předpovězenou změnu oblaků po poklesech kosmického záření.
    Výsledek testů
    Ionty mohou podporovat vznik částic. Výpočet pro dnešní atmosféru však dává mezi slunečním minimem a maximem jen 0,2% změnu počtu jader pro nízké oblaky. Družicové testy dávají rozdílné výsledky.
    Dnešní hodnocení
    Silné zesílení není prokázanéLaboratorní dílčí děj obstál. Jeho převod na velký klimatický účinek přes oblaka nemá přesvědčivou oporu v souhrnu testů.
  2. Klima reaguje na změny příkonu a spektra slunečního zářeníPřečíst příběh ↓
    Jedinečná předpověď
    Pohlcování proměnlivého ultrafialového záření má zanechat oteplující stopu ve stratosféře. Spolu s ní čekáme menší globální teplotní odezvu u povrchu, odpovídající slabému kolísání celkového příkonu.
    Jak hypotézu testujeme
    Z družicových teplot oddělíme cyklickou složku a dlouhodobý trend. Velikost odezvy u povrchu odhadneme při současném zahrnutí sopek, lidského působení a kolísání tropického Pacifiku a porovnáme ji s fyzikálními modely.
    Výsledek testů
    Družicový záznam 1979–2015 obsahuje oteplující sluneční signál, výraznější v horní stratosféře. Odhad u povrchu z roku 2021 činí 0,05 °C na 1 W/m² slunečního příkonu, s 95% intervalem 0,03–0,09 °C.
    Dnešní hodnocení
    Obstála, dnes přijímanáVysvětluje malou cyklickou odezvu bez nutnosti velkého zesílení přes kosmické záření. Podrobné regionální změny proudění zůstávají méně jisté.
Porovnáváme vysvětlení odezvy na sluneční cyklus. Dílčí procesy mohou existovat současně. Sporné je především to, zda cesta přes kosmické záření vyvolává velké zesílení. Podmínky a zdroje jednotlivých výsledků rozebírají následující příběhy.

Jak se sluneční vliv zkoumal

Hypotéza 1 Sluneční vliv výrazně zesiluje změna oblaků přes kosmické záření

V roce 1997 Henrik Svensmark a Eigil Friis-Christensen upozornili na souběh změn kosmického záření a družicových odhadů oblačnosti. Navrhli, že by Slunce mohlo měnit klima i jinak než dodávkou světla. Kosmické záření v této hypotéze tvoří rychlé částice přicházející převážně z prostředí mimo Sluneční soustavu. Magnetické pole unášené slunečním větrem, proudem částic ze Slunce, část těchto příchozích částic odklání. Při vyšší sluneční aktivitě jich proto k Zemi zpravidla proniká méně. (Svensmark a Friis-Christensen 1997)

Průlet rychlé částice může ze vzdušné molekuly uvolnit elektron. Vznikne iont, molekula s elektrickým nábojem. Náboj může pomoci udržet pohromadě několik molekul, které by se jinak znovu rozpadly. Tak vzniká zárodek drobné částice. Aby na ní mohla za běžných oblačných podmínek vyrůst vodní kapka, musí ještě podstatně zvětšit svou velikost přijímáním dalších molekul z okolního vzduchu. Hypotéza tedy potřebuje celý řetězec: změnu ionizace, změnu částic schopných vytvořit kapky a nakonec změnu oblaků. (Dunne a kol. 2016) (Gordon a kol. 2017)

Pokud by při slunečním maximu těchto jader ubylo, mohla by se stejná voda rozdělit do menšího počtu větších kapek. Takový oblak zpravidla odráží méně slunečního záření. Změnit se může i jeho životnost nebo plocha. Zesílené sluneční působení by tak znamenalo méně odraženého světla a větší příjem energie Zemí. Právě vazba na ionizaci a vlastnosti oblaků odlišuje tuto cestu od přímého pohlcování proměnlivého slunečního záření. (Gordon a kol. 2017, úvod a oddíl 3.5)

Hypotéza: aktivnější Slunce snižuje přísun galaktických částic, přes ionty a růst částic by se mohla změnit odrazivost oblaků. Komora CLOUD potvrzuje pomoc iontů při vzniku částic. Globální model dává pro dnešní atmosféru jen 0,2% změnu jader pro nízké oblaky mezi slunečním minimem a maximem.
Horní část sleduje předpokládaný řetězec. V laboratorním testu měníme vznik částic. Druhý test ověřuje, kolik jich přežije a doroste. Jeho číselný výsledek je modelový výpočet. (Dunne a kol. 2016) (Gordon a kol. 2017, tabulka 4) Vlastní vysvětlující ilustrace vytvořená pomocí AI, CC BY 4.0. Přístroje a prostředí jsou ilustrace. Prameny a význam čísel.

První test: vznik částic při řízené ionizaci

Experiment CLOUD v CERNu umožnil první krok oddělit od neustále se měnícího počasí. V čisté komoře vědci nastavovali teplotu a množství vodní páry, kyseliny sírové, amoniaku i dalších látek. Ionizaci mohli měnit částicovým svazkem a ionty z komory odstraňovat elektrickým polem. Porovnávali pak rychlost vzniku nových částic při známých podmínkách. Dunneová a kolegové v roce 2016 spojili přibližně 350 takových měření zahrnujících kyselinu sírovou a amoniak s dalšími výsledky pro organické látky. (Dunne a kol. 2016)

Ionty se skutečně účastnily významné části vzniku částic. Zároveň se ukázalo, že rychlost jejich vzniku závisí na dostupných plynech a teplotě a na změnu počtu iontů reaguje poměrně slabě. Rozdíl je podstatný: proces může často využívat ionty, a přesto se při malém zvýšení jejich počtu změnit jen málo. Laboratoř tak podpořila existenci dílčího mechanismu, nikoli závěr, že sluneční cyklus výrazně mění oblačnost. (Dunne a kol. 2016)

Druhý test: dorostou částice do jader pro kapky?

Hamish Gordon a kolegové v roce 2017 vložili vztahy z komorových pokusů do globálního modelu částic. Počítali jejich vznik, růst i zánik. Nová drobná částice může například narazit do již existující větší částice a splynout s ní. V tom případě se z ní samostatné jádro pro další kapku nestane. Nové zárodky také soutěží o omezené množství par potřebných k růstu. Tento výpočet zkoušel právě spojení mezi laboratorním dějem a atmosférou. (Gordon a kol. 2017)

Mezi slunečním minimem a maximem vyšla celosvětová roční změna počtu jader ve výšce nízkých oblaků na 0,2 % v podmínkách dnešní atmosféry a 0,3 % v předindustriálních podmínkách. Obě hodnoty porovnávají částice schopné vytvořit kapku při stejných podmínkách vlhkosti. Modelový výsledek oslabuje představu velkého zesílení, protože většina změny na začátku řetězce nepřejde až do počtu oblačných kapek. (Gordon a kol. 2017, oddíl 3.5 a tabulka 4)

Třetí test: oblačnost po náhlém poklesu kosmického záření

Krátké poklesy kosmického záření, označované jako Forbushovy poklesy, nabízejí test v přírodě. Za poklesem by měla s přiměřeným zpožděním následovat předpovězená změna oblaků. Kristjánssonův tým porovnal v roce 2008 celkem 22 těchto událostí s družicovým měřením nad málo znečištěnými oceány jižní polokoule. Sledoval pokrytí oblaky, velikost kapek, množství kapalné vody i to, jak oblak zeslabuje procházející záření. Po zohlednění návaznosti po sobě jdoucích dnů nenašel v celkovém průměru statisticky významnou vazbu u žádné ze čtyř vlastností. (Kristjánsson a kol. 2008)

Výsledky těchto testů však nejsou jednotné. Svensmarkův tým v roce 2021 vyhodnotil pět nejsilnějších poklesů ionizace ve svém družicovém období. Uvedl následnou změnu čisté radiační bilance v průměru 1,7 W/m², zejména nad čistšími oceány, a spojil ji s nízkými kapalnými oblaky. Měřil tím přicházející a odcházející energii na horní hranici atmosféry. Jde o krátkodobý výsledek vybraných událostí. Sám neurčuje průměrný účinek jedenáctiletého cyklu a nesjednocuje odlišné výsledky širších souborů událostí. (Svensmark a kol. 2021) (Kristjánsson a kol. 2008)

Hodnocení proto zní užší než „kosmické záření nemá žádný účinek“. Ionty pomáhají tvořit částice. Silné zesílení slunečního vlivu prostřednictvím nízkých oblaků však souhrn laboratorních výsledků, výpočtů růstu a družicových testů nepotvrdil. Hodnocení IPCC z roku 2021 považuje ovlivnění dnešního klimatu změnami kosmického záření touto cestou za nepravděpodobné. Pozdější výsledek Svensmarkova týmu ponechává konkrétní tvrzení, které lze dále ověřovat na dalších událostech a nezávislých zpracováních. (IPCC AR6, oddíl 7.3.4.5) (Svensmark a kol. 2021)

Hypotéza 2 Klima reaguje na změny příkonu a spektra slunečního záření

Myšlenka proměnlivého slunečního ohřevu získala přímý měřicí podklad s družicemi. Souvislé sledování celkového příkonu začalo v roce 1978. Ukázalo, že Slunce během aktivnější části cyklu v součtu svítí silněji, přestože na něm přibývají tmavé skvrny. Spolu s nimi totiž přibývají jasnější magnetické oblasti. Jejich příspěvek v průměru celého cyklu převáží ztmavení skvrnami. Jednotlivý přechod velké skupiny skvrn přes viditelný kotouč přitom může na několik dnů příkon snížit. (Kopp a Leanová 2011)

Celkový součet však neříká, kde se energie pohltí. Viditelné světlo a část blízkého infračerveného záření pronikají až k povrchu. Kratší ultrafialové záření, zkráceně UV, pohlcuje ve větší míře vyšší atmosféra. Zvláštní roli má ozon, molekula tvořená třemi atomy kyslíku. Pohlcuje UV a jeho množství se zároveň mění chemickými reakcemi vyvolanými zářením. Už modelové práce Joanny Haighové z 90. let proto zkoumaly, jak změna UV a ozonu upraví ohřev stratosféry a proudění pod ní. Historii těchto pokusů a jejich fyzikální základ shrnuje Grayová a kol. (2010, oddíl 4.2).

Tato hypotéza předpovídá společně dva znaky. Ve stratosféře se má při větší sluneční aktivitě objevit oteplující složka, spojená s pohlcováním UV. Globální povrchová teplota má reagovat podstatně méně, protože kolísání celkového příkonu je malé a oceán část energie průběžně ukládá. První znak pomáhá určit cestu působení, druhý zkouší její velikost. (Randel a kol. 2016) (Amdur a kol. 2021)

Dvě cesty proměnlivého slunečního záření. Povrch a oceán pohlcují část dodané energie, UV mění ohřev a ozon ve stratosféře. Družicové teploty ukazují oteplující sluneční signál ve výšce. Odhad povrchové odezvy je malý, 0,05 stupně na 1 watt na metr čtvereční slunečního příkonu.
Zlaté a fialové šipky rozlišují průchod k povrchu a pohlcování UV ve výšce. Část UV pohlcuje také kyslík. Výškové pásy jsou schematické, výška spodního okraje stratosféry se mění podle oblasti. Spodní panely spojují předpověď s konkrétním testem. (Grayová a kol. 2010) (Randel a kol. 2016) (Amdur a kol. 2021) Vlastní vysvětlující ilustrace vytvořená pomocí AI, CC BY 4.0. Přístroje a prostředí jsou ilustrace. Prameny a význam čísel.

První test: sluneční stopa v různých výškách

William Randel a kolegové spojili v roce 2016 starší a novější družicové teploty do záznamu za roky 1979–2015. V něm oddělovali dlouhodobou změnu od kolísání souvisejícího se Sluncem a s atmosférickým prouděním. Solární složka byla oteplující a její velikost rostla směrem do horní stratosféry. Nejzřetelnější byla v tropických a přilehlých oblastech. Podobný výškový obraz poskytlo i napojení původních měření na dva jiné novější přístroje. Společný starší vstup znamená, že nejde o tři zcela nezávislé záznamy. (Randel a kol. 2016, oddíl 5d a obr. 15)

Takové rozložení odpovídá předpovědi změněného slunečního ohřevu ve výšce. V témže období ovšem stratosféra dlouhodobě chladla. Oba výsledky se vejdou do jednoho záznamu: kolem klesajícího průběhu se opakuje menší sluneční výkyv. Proto od sebe oddělujeme sluneční cyklus a mnohadesetiletý trend. Měření i tento rozdíl ukazuje pozorování teploty stratosféry. (Randel a kol. 2016)

Druhý test: odpovídá velikost povrchového ohřevu?

U povrchu je sluneční odezva překrytá dalšími změnami. Sopečné částice mohou na několik let ubrat sluneční záření, lidské působení přidává dlouhodobé oteplování a výměna tepla v tropickém Pacifiku střídá teplejší a chladnější roky. Pouhé porovnání jednoho slunečního maxima a minima by tyto vlivy smíchalo. Ted Amdur, Alexander Stine a Peter Huybers proto v roce 2021 hledali jejich příspěvky společně. Použili několik teplotních záznamů i odhadů slunečního příkonu, v hlavním porovnání měsíční údaje za roky 1882–2019. Pro dobu před družicovou érou použili rekonstrukci příkonu ze slunečních ukazatelů. Teplotě dovolili reagovat se zpožděním. (Amdur a kol. 2021)

Jejich nejpravděpodobnější odhad činil 0,05 °C na zvýšení slunečního příkonu o 1 W/m², s 95% intervalem 0,03–0,09 °C. Příkon je zde stále měřený na plochu kolmou k paprskům. Pro cyklus s rozdílem minima a maxima přibližně 1 W/m² to znamená povrchový rozdíl řádově pět setin stupně. Jde o statisticky odhadnutou sluneční složku globální teploty, ne o celý rozdíl teplot mezi dvěma konkrétními roky. (Amdur a kol. 2021)

Autoři také zopakovali starší postupy, které vycházely k větší odezvě, s prodlouženými daty. Jejich odhady se zmenšily. Nové hodnoty se přiblížily výsledkům fyzikálních klimatických modelů, takže pro vysvětlení pozorované velikosti nebylo nutné přidávat neznámé silné zesílení. Kontrola na modelových záznamech současně ukázala, jak obtížně se tak slabý signál rozpoznává v přirozeném kolísání. Podpora této hypotézy proto stojí na souběhu měřeného příkonu, výškové teplotní stopy a přiměřené povrchové odezvy. (Amdur a kol. 2021, oddíly 5–7)

Jak proměnlivé záření působí na klima

Testy podpořily změnu slunečního příkonu a jeho pohlcování v různých výškách jako vysvětlení malé cyklické odezvy. Cesta přes kosmické záření má doložený laboratorní začátek, ale velké zesílení přes oblaka se neprokázalo. Navážeme proto na přijaté vysvětlení: nejprve určíme, kolik energie se skutečně přidá celé Zemi, a potom co s ní udělají povrch, oceán a vyšší atmosféra.

Kolik energie se přidá celé planetě

Družicový radiometr míří přímo ke Slunci. Jeho metr čtvereční je k paprskům kolmý. Země však sluneční svazek zachytává průřezem tvaru kruhu a energii rozděluje po kulovém povrchu, jehož plocha je čtyřikrát větší. Při výpočtu průměru na celý povrch proto změnu příkonu dělíme čtyřmi. Z nárůstu o 1 W/m² dostaneme 0,25 W/m² v planetárním průměru. Část této energie se ještě odrazí zpět do vesmíru. (Amdur a kol. 2021, úvod)

Při ilustračním předpokladu, že se dál odráží 30 % příchozí energie, zbude z tohoto zvýšení přibližně 0,175 W/m² pohlcených Zemí. Výpočet je 1 ÷ 4 × 0,70. Jeho účelem je ukázat měřítko působení, nikoli předpovědět přesnou teplotu. Ta závisí i na ukládání tepla a následných změnách výdeje energie. Význam příchozích a odcházejících toků rozebírá metoda měření radiačních toků. (IPCC AR6, oddíl 7.2)

Proč povrch a vyšší atmosféra reagují odlišně

Sluneční energie pohlcená oceánem ohřívá vodu a promíchává se do určité hloubky. Teplota hladiny proto nenásleduje každou změnu příkonu okamžitě. Když začne příkon znovu slábnout, oceán může část dříve uloženého tepla dál odevzdávat. Velikost a zpoždění cyklické odezvy závisejí na tom, jak rychle se teplo ukládá a vrací. Jedenáctiletý cyklus tak nelze přímo použít jako měřítko výsledného oteplení po dlouhodobě stálé změně příkonu. (Amdur a kol. 2021)

Ve stratosféře rozhoduje také složení záření. UV tvoří menší část celkové sluneční energie, ale některé jeho vlnové délky se během cyklu procentuálně mění výrazněji než celkový součet. Jejich pohlcování a změny ozonu upravují rozložení teploty. Změna teplotních rozdílů pak ovlivňuje vítr a šíření atmosférických vln, tedy rozsáhlých výkyvů proudění. Tím se sluneční vliv může projevit v některých oblastech a ročních obdobích výrazněji než v celosvětovém průměru. Podrobný regionální účinek ale nelze odvodit jen z údaje o celkovém příkonu. (Grayová a kol. 2010, oddíl 4.2)

Velikost slabé sluneční složky závisí na délce záznamu a na oddělení ostatních vlivů. To omezuje přesnost jejího vyčíslení, zejména pro jednotlivé oblasti. Samotné měření proměnlivého příkonu a pohlcování záření mají přímější oporu. (Amdur a kol. 2021)

Nejistoty a co by současné vysvětlení změnilo

Teplotní záznam obsahuje jen omezený počet slunečních cyklů. Jejich souběh se sopkami a kolísáním oceánu mění statistický odhad. Amdurův tým získal podle volby dat odhady 0,02–0,09 °C na 1 W/m². Interval u jeho souhrnného výsledku není zárukou, že pokrývá každou systematickou chybu. Kontrola na simulacích pomáhá zjistit, jak často metoda slabý signál rozpozná. (Amdur a kol. 2021)

Gordonův výpočet počítá jádra při přesycení vodní páry o 0,2 %. Vzduch tedy obsahuje o 0,2 % více páry, než odpovídá nasycení nad rovnou vodní hladinou při dané teplotě. Tato podmínka se náhodou zapisuje stejným procentem jako vypočtená změna počtu jader. Jde o dvě různé veličiny. (Gordon a kol. 2017)

Částicové modely využívají stejné laboratorní vztahy jako komorové studie, takže jejich shoda není nezávislým zopakováním laboratoře. Nově ověřují růst, ztráty a prostorové rozložení částic. Družicové testy přidávají jiný druh podkladu, ale jsou citlivé na výběr událostí, zpoždění, oblasti a zacházení s proměnlivým počasím. Rozdíl mezi testy s 22 a pěti událostmi proto nelze rozhodnout pouhým počtem citací. (Gordon a kol. 2017) (Kristjánsson a kol. 2008) (Svensmark a kol. 2021)

Silné zesílení přes kosmické záření by podpořilo opakované nezávislé zjištění celého řetězce od ionizace přes počet jader až ke změně oblaků a záření v předpovězené velikosti. Přijaté vysvětlení malé odezvy by naopak vyžadovalo rozšíření, pokud by delší a různě zpracované záznamy ukázaly podstatně větší klimatickou odezvu, než odpovídá měřenému příkonu a známým radiačním i dynamickým dějům. To jsou podmínky dalšího testování, nikoli již pozorované výsledky.

Shrnutí mechanismu

Sluneční cyklus mění celkové množství i složení záření přicházejícího k Zemi. Část energie ohřívá povrch a oceán, UV záření mění ohřev a ozon ve vyšší atmosféře. Oceán odezvu zpomaluje a změny proudění ji prostorově rozdělují. Globální povrchová teplotní odezva je malá, podle uvedeného odhadu přibližně 0,05 °C na 1 W/m² změny slunečního příkonu.

Ionty vznikající působením kosmického záření mohou podporovat tvorbu částic. Velké zesílení slunečního vlivu přes oblaka se však neprokázalo. Malý cyklický účinek Slunce a vysvětlení současného dlouhodobého oteplování jsou dvě odlišné otázky.

Prameny a veřejná data

Kosmické záření, částice a oblaka

Záření a teplotní odezva

Data a obrazové podklady

← Zpět na všechny mechanismy