Jika energi dari matahari hanya bervariasi 0,1 persen selama siklus matahari 11 tahun, dapatkah variasi kecil itu mendorong perubahan besar dalam pola cuaca di Bumi? Ya, kata para peneliti dari Pusat Nasional untuk Penelitian Atmosfer (NCAR) yang menggunakan lebih dari satu abad pengamatan cuaca dan tiga model komputer yang kuat dalam studi mereka. Mereka menemukan hubungan halus antara siklus matahari, stratosfer, dan Samudra Pasifik tropis yang bekerja selaras untuk menghasilkan pola cuaca periodik yang mempengaruhi sebagian besar dunia. Para ilmuwan mengatakan ini akan membantu dalam memprediksi intensitas fenomena iklim tertentu, seperti monsun India dan curah hujan Pasifik tropis, bertahun-tahun sebelumnya.
"Matahari, stratosfer, dan lautan terhubung dengan cara yang dapat memengaruhi peristiwa seperti curah hujan musim dingin di Amerika Utara," kata ilmuwan NCAR Gerald Meehl, penulis utama. "Memahami peran siklus matahari dapat memberikan wawasan tambahan saat para ilmuwan berupaya memprediksi pola cuaca regional untuk beberapa dekade mendatang."
Studi baru melihat hubungan antara dampak Matahari pada dua daerah yang tampaknya tidak terkait. Bahan kimia di stratosfer dan suhu permukaan laut di Samudra Pasifik merespons selama maksimum matahari dengan cara yang memperkuat pengaruh Matahari pada beberapa aspek pergerakan udara. Ini dapat mengintensifkan angin dan curah hujan, mengubah suhu permukaan laut dan awan menutupi wilayah tropis dan subtropis tertentu, dan pada akhirnya mempengaruhi cuaca global.
Tim pertama mengkonfirmasi teori sebelumnya, bahwa sedikit peningkatan energi matahari selama produksi puncak bintik matahari diserap oleh ozon stratosfer. Energi itu menghangatkan udara di stratosfer di atas daerah tropis, tempat sinar matahari paling intens, sementara itu juga merangsang produksi ozon tambahan di sana yang bahkan menyerap lebih banyak energi matahari. Karena stratosfer memanas tidak merata, dengan pemanasan yang paling nyata terjadi di garis lintang yang lebih rendah, angin stratosfer diubah dan, melalui rantai proses yang saling berhubungan, akhirnya memperkuat curah hujan tropis.
Pada saat yang sama, peningkatan sinar matahari pada matahari maksimum menyebabkan sedikit pemanasan air permukaan laut melintasi Pasifik subtropis, di mana awan yang menghalangi sinar matahari biasanya langka. Sejumlah kecil panas tambahan mengarah ke lebih banyak penguapan, menghasilkan uap air tambahan. Pada gilirannya, kelembaban dibawa oleh angin perdagangan ke daerah yang biasanya hujan di Pasifik tropis barat, memicu hujan lebat dan memperkuat efek dari mekanisme stratosfer.
Pengaruh top-down dari stratosfer dan pengaruh dari bawah ke atas dari samudra bekerja bersama untuk memperkuat lingkaran ini dan memperkuat angin perdagangan. Ketika lebih banyak sinar matahari menghantam daerah yang lebih kering, perubahan ini saling memperkuat, menyebabkan lebih sedikit awan di subtropis, yang memungkinkan lebih banyak sinar matahari untuk mencapai permukaan, dan menghasilkan loop umpan balik positif yang semakin memperbesar respons iklim.
Respons stratosfer dan samudera ini selama maksimum matahari menjaga Pasifik timur khatulistiwa lebih dingin dan lebih kering dari biasanya, menghasilkan kondisi yang mirip dengan peristiwa La Nina. Namun, pendinginan sekitar 1-2 derajat Fahrenheit difokuskan lebih jauh ke timur daripada di La Nina yang khas, hanya sekitar setengahnya kuat, dan dikaitkan dengan pola angin yang berbeda di stratosfer.
Respons bumi terhadap siklus matahari berlanjut selama satu atau dua tahun setelah aktivitas puncak bintik matahari. Pola seperti La Nina yang dipicu oleh maksimum matahari cenderung berevolusi menjadi pola yang mirip dengan El Nino karena arus yang bergerak lambat menggantikan air dingin di Pasifik tropis timur dengan air yang lebih hangat. Respon laut hanya sekitar setengah dari kekuatan seperti El Nino dan kehangatan yang tertinggal tidak konsisten dengan pola seperti La Nina yang terjadi selama puncak dalam siklus matahari.
Solar maksimum berpotensi meningkatkan acara La Nina sejati atau meredam acara El Nino sejati. La Nina 1988-89 terjadi di dekat puncak maksimum matahari. La Nina menjadi sangat kuat dan dikaitkan dengan perubahan signifikan dalam pola cuaca, seperti musim dingin yang sangat ringan dan kering di Amerika Serikat bagian barat daya.
Musim hujan India, suhu dan curah hujan permukaan laut Pasifik, dan pola iklim regional lainnya sebagian besar didorong oleh naik dan turunnya udara di daerah tropis dan subtropis Bumi. Oleh karena itu studi baru dapat membantu para ilmuwan menggunakan prediksi siklus matahari untuk memperkirakan bagaimana sirkulasi itu, dan pola iklim regional yang terkait dengannya, dapat bervariasi selama satu atau dua dekade mendatang.
Tim tersebut menggunakan tiga model komputer yang berbeda untuk melihat semua variabel dan masing-masing muncul dengan hasil yang sama, bahwa bahkan variabel kecil dalam energi matahari dapat memiliki efek mendalam pada Bumi.
"Dengan bantuan peningkatan daya komputasi dan model yang ditingkatkan, serta penemuan pengamatan, kami menemukan lebih banyak tentang bagaimana mekanisme bergabung untuk menghubungkan variabilitas matahari dengan cuaca dan iklim kita," kata Meehl.
Penelitian tim diterbitkan dalam Journal Ilmu.
