Sonnenfleckenstatistik – Ansatz für langfristige
Prognosen?
In früheren Jahren
wurde mehrfach (u.a. vom Langfrist-Pionier Franz Baur) der Versuch
unternommen mittels solarer Aktivitäten langfristige Witterungsprognosen zu
erstellen. Nach Baurs Tod wurden diese Arbeiten kaum fortgeführt, so dass
aus jüngerer Vergangenheit nur wenig Ergebnisse bezüglich Nutzen oder
Unzweckmäßigkeit bekannt sind. Zu diesen solaren Aktivitäten zählt das
Verhalten der Sonnenflecken.
Bei
Sonnenflecken handelt es um Gebiete auf der Sonne, die kälter als ihre
Umgebung sind, was durch einen starken Magnetismus in dieser Region bedingt
ist. Die Häufigkeit der Gebilde verändert sich dabei in einem ca. 11jährigen
Zyklus. Hierbei gibt es Phasen, wo sehr viele solcher Flecken auftreten
(Maximum) bzw. wo sie fast gänzlichst verschwinden können (Minimum). In der
zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts war die Fleckenaktivität über mehrere
Jahrzehnte sehr gering bis gar nicht vorhanden (Maunderminimum).
Interessanterweise fiel gerade in jene Periode der kälteste Abschnitt der
„Kleinen Eiszeit“. Auffällig ist auch, dass zwischen der Fleckenanzahl pro
Jahrzehnt und der mittleren Zehnjahrestemperatur der Erde aus den letzten
250 Jahren ein signifikant starker Zusammenhang (Korrelation) besteht.
Es ist also davon
auszugehen, dass die Sonnenflecken das Weltklima nicht unerheblich mit
beeinflussen. Die Frage ist nun, inwieweit der Fleckenzyklus auch Einfluss
auf das Witterungsgepräge einer Jahreszeit hat. So ergaben z.B.
Untersuchungen früherer Jahre ein gehäuftes Auftreten trockener Sommer in
Deutschland etwa 2 Jahre vor einem Minimum bzw. 2 Jahre
nach einem Maximum. Die Zeit unmittelbar nach einem Extrem
(Min oder Max) war dagegen häufig von nassen Sommern gekennzeichnet.
Folgende Kreuztabelle
stellt die Verhältnisse im Zeitraum 1844 – 2007 dar.
Aufgeteilt wurden die Zeilen in trockene (mindestens 10 mm unternormal),
nasse (mindestens 10 mm übernormal) und niederschlagsmäßig normale Sommer.
Die Spalten in Jahre vor bzw. nach einem Fleckenextrem.
Die angegebenen Werte geben nun die Anzahl der aufgetretenen Fälle im
genannten Zeitraum an.
Kursiv geschrieben ist die stochastisch zu erwartende
Häufigkeit für das jeweilige Ereignis.
|
Abweichung Niederschlag |
2.4 bis 1.6 a
vor Min |
0.5 bis 1.4 a
nach Extrem |
1.5 bis 2.2 a
nach Max |
Rest |
Summe |
|
-- (mind. –10mm) |
11 |
7 |
9 |
43 |
70 |
|
6,40 |
12,80 |
5,12 |
45,67 |
|
|
Normal |
1 |
8 |
1 |
23 |
33 |
|
3,02 |
6,04 |
2,41 |
21,53 |
|
|
++ (mind. +10mm) |
3 |
15 |
2 |
41 |
61 |
|
5,58 |
11,16 |
4,46 |
39,80 |
|
|
Summe |
15 |
30 |
12 |
107 |
164 |
Um einen stochastischen Zusammenhang
zwischen dem Zeitpunkt im Sonnenfleckenzyklus und der Niederschlagsmenge
Deutschlands im Sommer nachzuweisen, führt man mittels obiger Tabelle einen
χ2-Test
durch. Für χ2
ergibt sich dabei nach Berechnung ein Wert von 15,85. Bei 4 Spalten
(r=4) und 3 Zeilen (m=3) resultieren 6 Freiheitsgrade (r-1)*(m-1), wobei
sich mit einer Irrtumswahrscheinlichkeit von 5% in einer χ2–Verteilung
ein Wert von 12,59 errechnet. Der Wert der Tabelle von 15,85
überschreitet den der empirischen Verteilung, so dass man von einem
signifikanten Zusammenhang ausgehen kann, sprich: Die Stellung im
Sonnenfleckenzyklus hat einen Einfluss auf die Niederschläge im Sommer.
Trotz des an sich positiven Ergebnisses
ergaben sich aber auch Probleme:
Zunächst fiel bei der
Analyse des monatlichen Datenmaterials auf, dass ein klarer Zeitpunkt eines
Maxima/Minima nur schwer zu bestimmen ist. So gab es in einigen Jahren
gleich mehrere Maximaspitzen um mehrere Monate jeweils versetzt. Daher wurde
zur Bestimmung eines aussagekräftigen Zeitpunktes ein gleitendes
11-Monatsmittel gebildet. Erst dadurch kommt eine sinnvolle Untersuchung
zustande.
Ein weiteres Problem
stellt die Vorhersage der Fleckenentwicklung selbst dar. Da der
durchschnittliche 11-Jahreszyklus Schwankungen unterliegt, ist meist nur
schwer abzusehen, wann das nächste Fleckenextrema zu erwarten ist. Die
Kenntnis eines möglichst präzisen Termins ist aber für eine potentielle
Prognose von großer Wichtigkeit.
Nach Meinung des Autors ist daher ein
konstruktives Arbeiten mittels Sonnenfleckenstatistik nur bedingt mit
erwähnten Einschränkungen möglich und sollte nicht als alleiniges
Prognosemittel dienen, sondern in Kombination mit anderen Methoden verwendet
werden. Bedanken möchte ich mich bei Markus Peschel für die Motivation zur
weiteren Forschung auf diesem Gebiet.