The impact of a future solar minimum on climate change projections in the Northern Hemisphere

Abstract

La variabilidad solar representa una fuente de incertidumbre en los forzamientos futuros utilizados en simulaciones con modelos climáticos. El conocimiento actual indica que un descenso de la actividad solar en un prolongado estado mínimo es un escenario posible. Con la ayuda de experimentos sobre el modelo del sistema Tierra, investigamos el impacto de un posible mínimo solar en el Hemisferio Norte, con proyecciones en el cambio climático. Este escenario se construye a partir de los últimos 11 años mínimos de ciclo solar de la irradiancia espectral solar, y por tanto es más conservadora que la de 'grandes' mínimos empleados en anteriores estudios de modelización. A pesar de la pequeña reducción de la irradiancia solar total (0,36 W m-2), surgen respuestas relativamente grandes en el invierno del hemisferio norte, con una reducción en la escala regional de calentamiento proyectado hasta en un 40%. Para identificar el origen de las señales regionales ampliadas, analizamos el papel de los distintos mecanismos realizando experimentos adicionales obligados sólo por los cambios en la irradiancia a diferentes longitudes de onda del espectro solar. Encontramos que una reducción en la irradiancia visible impulsa cambios en el patrón de onda estacionaria del Pacífico Norte y la cubierta de hielo del mar. Una disminución de la irradiancia UV conduce a señales de menor superficie, aunque sus efectos regionales no son insignificantes. Estos resultados señalan un claro y activo papel de la irradiancia UV, visibles en el clima de la Tierra, y destacamos la necesidad de dar cuenta del forzamiento solar como una fuente de incertidumbre en las proyecciones a escala regional.

Solar variability represents a source of uncertainty in the future forcings used in climate model simulations. Current knowledge indicates that a descent of solar activity into an extended minimum state is a possible scenario. With aid of experiments from a state-of-the-art Earth system model,we investigate the impact of a future solar minimum on Northern Hemisphere climate change projections. This scenario is constructed from recent 11 year solar-cycle minima of the solar spectral irradiance, and is therefore more conservative than the ‘grand’ minima employed in some previous modeling studies. Despite the small reduction in total solar irradiance (0.36Wm−2), relatively large responses emerge in the winter Northern Hemisphere, with a reduction in regional-scale projected warming by up to 40%. To identify the origin of the enhanced regional signals, we assess the role of the different mechanisms by performing additional experiments forced only by irradiance changes at different wavelengths of the solar spectrum.Wefind that a reduction in visible irradiance drives changes in the stationary wave pattern of the North Pacific and sea–ice cover. A decrease inUV irradiance leads to smaller surface signals, although its regional effects are not negligible. These results point to a distinct but additive role ofUVand visible irradiance in the Earth’s climate, and stress the need to account for solar forcing as a source of uncertainty in regional scale projections.