Modulasi orbital dari insolasi dan variabilitas matahari (Orbital modulation of insolation and solar variability)

   Observasi satelit yang presisi dari kilau cahaya matahari sekarang ini telah berkembang lebih dari dua siklus 11-tahunan dari jumlah sunspots (bintik matahari). Wilson dan Hudson (1991) tampaknya menjadi orang pertama yang menunjukkan bahwa nilai variasinya adalah sekitar 0,15%, dengan maxima yang bertepatan dengan sunspot maxima.Meskipun rekamannya pendek, kita memiliki bukti independen bahwa sunspot berkorelasi dengan, dan dapat digunakan senagai indicator dari output matahari. Aktivitas minimum dari Maunder (1645-1715), ketika sunspot tidak terlihat secara virtual selama 70 tahun, bertepatan dengan “zaman es kecil” dari menurunnya suhu global, dan kami mencatat laporan Zhang et al. (1994) tentang terkorelasinya luminositas dan aktivitas magnetik dari sepuluh jenis bintang matahari. Meskipun laporan yang jelas dari siklus 11-tahun pada suhu global masih kurang, variabilitas dari matahari harus diizinkan sebagai contributor penting untuk perubahan iklim, mungkin termasuk salah satu yang paling penting, meskipun tidak dapat dimengerti.Efek peningkatan rumah kaca dari karbon dioksida dan gas lainnya harus terlihat berlawanan dengan latar belakang efek alami.

   Seperti yang telah disebutkan dalam pembukaan, orbit bumi di sekitar matahari adalah eksentrik (), memberikan rasio perihelion (terdekat) ke aphelion (paling jauh) jaraknya adalah 0.96709.Intensitas radiasi yang diterima oleh bumi bervariasi berbanding terbalik dengan kuadrat dari factor ini, menjadi lebih kuat pada 4 Januari dibandingkan dengan enam bulan kemudian oleh factor 1.069. Jika kita membuat asumsi sederhana bahwa bumi berperilaku sebagai tubuh hitam yang memancarkan radiasi, memancarkan energy proporsional pada , variasi pada insolasi akan berimplikasi pada osilasi suhu rata-rata global pada 4.6 K. Efek sebesar ini akan sangat jelas, tetapi, selain dari mekanisme umpan balik atmosfer, hal itu dikurangi dan dikaburkan oleh asimetri benua dan lautan, dengan daerah samudra yang jauh lebih besar di selatan. Konsekuensinya termasuk terbentuknay mendung yang lebih besar disana, tetapi keadaan ini tidak permanen.Sumbu rotasi bumi berpresisi (section 7.2) dan penjajaran dari hemisfer dengan simpangan insolasi maksimum.Ini adalah salah satu aspek dari Siklus Milankovitch, yang didiskusikan dibawah.

   Anehnya, salah satu siklus astronomi yang paling lemah memiliki efek yang telah teramati.Ini adalah modulasi lunar dari suhu troposfer (kira-kira paling rendah 6 km dari atmosfer) seperti yang terlihat oleh pengukuran satelit termal radiasi gelombang mikro dari molekul oksigen. Bumi dan bulan mengorbit matahari bersama-sama dan itu adalah pusat massa dari kombinasi yang mengikuti orbit elips disekeliling matahari. Pusat massa bersama adalah sebuah titik dalam bumi 4671 km dari pusat (dengan asumsi bulan berada pada jarak rata-rata,  km). Dengan demikian, ada osilasi bulanan di jarak Bumi-Matahari sebesar km, variasi dari 6.2 bagian di  meneyebabkan osilasi bulanan pada insolasi dari . Ada juga kontribusi oleh cahaya bulan, dimana yang terkuat pada saat bulan penuh/bulan purnama, ketika bumi berada paling dekat dengan matahari, dan sebagainya untuk memeperkuat variasi.Untuk tujuan ini kita dapat mengasumsikan albedo (reflektifitas) dari bulan menjadi suatu kesatuan karena radiasi yang diserap kembali terpancar di infra merah dan terpotong oleh bumi. (sebagian besar radiasi infra merah ini dipancarkan dari sisi bulan yang lebih panas yang diterangi oleh matahari) Memungkinkan untuk ukuran bulan dengan sudut yang sedikit lebih kecil dibandingkan dengan matahari, seperti yang terlihat dari bumi, puncak cahaya bulan adalah  dari radiasi matahari. Hal ini membuat variasai bulanan total pada insolasi menjadi .

   Sebuah siklus bulanan dari suhu troposfer diidentifikasi oleh Balling dan Cerveny (1995) pada rekaman dari rekaman dari satelit pemantau radiasi dari molekul oksigen. Rata-rata suhu troposfer global adalah 269 K dan berosilasi sekitar 0.01% dari ini, tetapi tidak memiliki hubungan fase sederhana dengan siklus insolasi. Selama bulan lunar, puncak suhunya mendahului nilai maksimum dalam insolasi (pada bulan penuh) dan ada variasi lintang yang rumit.Pada khatulistiwa, pengaruh yang sangat kecil dapat terlihat.Pada lintang tinggi dan rendah pada kedua hemisfer, variasi suhu mengikuti trend global, tetapi pada pertengahan garis lintang (kira-kira 408 sampai 608), osilasi terbalik. Pola sirkulasi atmosfer bervariasi sedikit dengan cara yang sistematis selama bulan lunar. Meskipun kemungkinan pengaruh pasang surut tidak bisa terpotong secara aman, poros penggerak yang jelas adalah gaya radiasi, tetapi tidak ada penjelasan teoritis. Hal ini berguna untuk dicatat juga bahwa Gordon (1994) menggunakan pengamatan gelombang mikro yang sama untuk menemukan siklus suhu troposfer mingguan, sebesar 0.01 K (lebih hangat pada hari kerja) di hemisfer utara, tetapi tidak di selatan.

   Pembuktian sensivitas dari suhu troposfer  yang sangat kecil pada insolasi tampaknya bertentangan dengan bukti yang terbatas untuk respon iklim untuk eliptisitas dari orbit bumi, yang menggambarkan kompleksitas system iklim. Mekanisme umpan balik atmosfir, diperparah dengan asimetri laut/belahan benua, membuat sulit untuk mengisolasi hubungan sebab-akibat.Ini adalah alasan untuk kepentingan dalam pengamatan satelit gelombang mikro.Periode bulan adalah unik.Tidak ada jalan dari menghubungkan kemunculan periode ini pada suhu troposfer untuk apapun kecuali pegerakan orbit bumi-bulan.Demikian pula, siklus mingguan, membedakan hari kerja dari akhir pecan, tidak memiliki dasarc atronomis atau dasar alami lainnya dan jelas diidentifikasi dengan aktivitas manusia. Pengamatan memberikan bukti penting bahwa respon atmosfer dengan cara yang dipahami baik variasi dalam insolasi dan pemaksaan dari aktivitas manusia. Kita bisa menjaga atmosfer ini dalam ingatan ketika mencoba untuk memahami efek yang lebih kompleks dengan beberapa penyebab.

   Perubahan iklim alam terjadi sepanjang waktu tetapi variasi dengan karakteristik waktu dari beberapa puluhan ribu tahun telah menarik perhatian khusus.Ini adalah skala waktu dari kemajuan besar dan resesi gletser dan lembaran es selama jutaan tahun terakhir atau hingga (periode kuarter). Gagasan bahwa zaman es dibawa oleh pengurangan insolasi yang timbul dari perubahan orbit yang berasal dari tahun 1800-an, terutama dengan karya James Croll, dan diberi landasan teori suara oleh M. Milankovitch pada awal tahun 1940-an. Dengan perbaikan selanjutnya dalam penanggalan Kuarter terhadap peristiwa geologi dan pada perhitungan detail dari pergerakan orbital, hal itu menjadi jelas bahwa siklus astronomi diharapkan oleh teori Milankovitch yang terlihat dalam perubahan iklim yang teramati (Berger, 1988; Berger dan Loutre, 1992). Bahkan ada laporan bukti geologi dari siklus Milankovitch 500 juta thaun lalu (Williams, 1991). Namun, jelas ada factor lain, termasuk perubahan dalam matahari dan mungkin juga sirkulasi laut, tidak semuanya dapat dipahami.

   Presesi Bumi (Bagian 7.2)menyebabkan sumbu rotasi untuk siklus tentangnormal terhadap bidang ekliptika dengan periode25.700 tahun. Jika ini adalah satu-satunya variasimaka dalam waktu setengah dari waktu tersebut Bumi akan terletak pada jarak terdekatdengan Matahari di belahan bumi utara musim panasbukannya musim panas pada belahan bumi selatan,pada masa kini. Tapi orientasi sumbuelips orbit juga berubah dan efeknya kombinasinya adalah periode presesi iklim dari 21000tahun. Hal ini tergantung pada fakta bahwa orbit adalahperubahan elips, tetapi hal ini juga berubah. Eksentrisitasbervariasi dengan jangka waktu sekitar 96.000 tahun, danketika itu sangat kecil, bukti dari presesi iklim menghilang. Parameter orbital penting lainnya adalah kemiringan (inklinasi sumbu rotasi ke normal terhadap bidang orbit),yang memiliki periode 41000-tahun. Semua Efek iniberinteraksi untuk menghasilkan variasi dalam insolasi dengan lintang serta musim dan Bumimerespon dengan cara non- linear, dengan berbagaiAlbedo karena salju dan es yang menutupi. Namun,indikator iklim, seperti isotop oksigenrasio (Bagian 3.9), memberikan bukti yang cukup dari Periode Milankovitch untuk meyakinkan kita bahwa mereka menghitung untuk bagian penting dari variasi iklim.

   Sangat sulit untuk mencirikan variasi orbitalglasiasi ekstrim berkepanjangan yang terjadipada periode Permian dan juga pada akhirPeriode Prakambrium. Kemungkinan besarperubahan isi gas rumah kaca dari atmosfer harus diperbolehkan, tetapi variabilitas matahari juga terlibat. Jika kita mencirikan perubahan utama pada matahari itu sendiri, kita harus membiarkan efek yang lebih rendah memiliki penyebab yang sama dan dengan inibanyak kebebasan untuk menyalahkan matahari, teori kamimenjadi sangat samar-samar.