WeatherVolume 57, Issue 8 p. 278-283 Research Article Radiative forcing of climate change Joanna D. Haigh, Corresponding Author Joanna D. Haigh j.haigh@ic.ac.uk Imperial College of Science, Technology and Medicine, LondonSpace and Atmospheric Physics, Blackett Laboratory, Imperial College of Science, Technology and Medicine, London SW7 2BW.Search for more papers by this author Joanna D. Haigh, Corresponding Author Joanna D. Haigh j.haigh@ic.ac.uk Imperial College of Science, Technology and Medicine, LondonSpace and Atmospheric Physics, Blackett Laboratory, Imperial College of Science, Technology and Medicine, London SW7 2BW.Search for more papers by this author First published: 29 December 2006 https://doi.org/10.1256/004316502320517362Citations: 6AboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinked InRedditWechat Citing Literature Volume57, Issue8August 2002Pages 278-283 RelatedInformation

[1] Understanding the influence of solar variability on the Earth's climate requires knowledge of solar variability, solar-terrestrial interactions, and the mechanisms determining the response of the Earth's climate system. We provide a summary of our current understanding in each of these three areas. Observations and mechanisms for the Sun's variability are described, including solar irradiance variations on both decadal and centennial time scales and their relation to galactic cosmic rays. Corresponding observations of variations of the Earth's climate on associated time scales are described, including variations in ozone, temperatures, winds, clouds, precipitation, and regional modes of variability such as the monsoons and the North Atlantic Oscillation. A discussion of the available solar and climate proxies is provided. Mechanisms proposed to explain these climate observations are described, including the effects of variations in solar irradiance and of charged particles. Finally, the contributions of solar variations to recent observations of global climate change are discussed.

A general circulation model that simulated changes in solar irradiance and stratospheric ozone was used to investigate the response of the atmosphere to the 11-year solar activity cycle. At solar maximum, a warming of the summer stratosphere was found to strengthen easterly winds, which penetrated into the equatorial upper troposphere, causing poleward shifts in the positions of the subtropical westerly jets, broadening of the tropical Hadley circulations, and poleward shifts of the storm tracks. These effects are similar to, although generally smaller in magnitude than, those observed in nature. A simulation in which only solar irradiance was changed showed a much weaker response.

An influence of solar irradiance variations on Earth’s surface climate has been repeatedly suggested. Simulations with a climate model driven by satellite measurements of solar ultraviolet irradiance show an atmospheric response to the solar minimum that resembles the negative phase of the North Atlantic Oscillation. An influence of solar irradiance variations on Earth’s surface climate has been repeatedly suggested, based on correlations between solar variability and meteorological variables1. Specifically, weaker westerly winds have been observed in winters with a less active sun, for example at the minimum phase of the 11-year sunspot cycle2,3,4. With some possible exceptions5,6, it has proved difficult for climate models to consistently reproduce this signal7,8. Spectral Irradiance Monitor satellite measurements indicate that variations in solar ultraviolet irradiance may be larger than previously thought9. Here we drive an ocean–atmosphere climate model with ultraviolet irradiance variations based on these observations. We find that the model responds to the solar minimum with patterns in surface pressure and temperature that resemble the negative phase of the North Atlantic or Arctic Oscillation, of similar magnitude to observations. In our model, the anomalies descend through the depth of the extratropical winter atmosphere. If the updated measurements of solar ultraviolet irradiance are correct, low solar activity, as observed during recent years, drives cold winters in northern Europe and the United States, and mild winters over southern Europe and Canada, with little direct change in globally averaged temperature. Given the quasiregularity of the 11-year solar cycle, our findings may help improve decadal climate predictions for highly populated extratropical regions.

Abstract. Ozone forms in the Earth's atmosphere from the photodissociation of molecular oxygen, primarily in the tropical stratosphere. It is then transported to the extratropics by the Brewer–Dobson circulation (BDC), forming a protective ozone layer around the globe. Human emissions of halogen-containing ozone-depleting substances (hODSs) led to a decline in stratospheric ozone until they were banned by the Montreal Protocol, and since 1998 ozone in the upper stratosphere is rising again, likely the recovery from halogen-induced losses. Total column measurements of ozone between the Earth's surface and the top of the atmosphere indicate that the ozone layer has stopped declining across the globe, but no clear increase has been observed at latitudes between 60° S and 60° N outside the polar regions (60–90°). Here we report evidence from multiple satellite measurements that ozone in the lower stratosphere between 60° S and 60° N has indeed continued to decline since 1998. We find that, even though upper stratospheric ozone is recovering, the continuing downward trend in the lower stratosphere prevails, resulting in a downward trend in stratospheric column ozone between 60° S and 60° N. We find that total column ozone between 60° S and 60° N appears not to have decreased only because of increases in tropospheric column ozone that compensate for the stratospheric decreases. The reasons for the continued reduction of lower stratospheric ozone are not clear; models do not reproduce these trends, and thus the causes now urgently need to be established.

The brightness of the Sun varies on all timescales on which it has been observed, and there is increasing evidence that this has an influence on climate. The amplitudes of such variations depend on the wavelength and possibly the timescale. Although many aspects of this variability are well established, the exact magnitude of secular variations (going beyond a solar cycle) and the spectral dependence of variations are under discussion. The main drivers of solar variability are thought to be magnetic features at the solar surface. The climate response can be, on a global scale, largely accounted for by simple energetic considerations, but understanding the regional climate effects is more difficult. Promising mechanisms for such a driving have been identified, including through the influence of UV irradiance on the stratosphere and dynamical coupling to the surface. Here, we provide an overview of the current state of our knowledge, as well as of the main open questions.