地球上の気温は、火山が噴火して明るい霞がかかり、日光が遮られて温度が下がり、温室効果ガスが大気中の熱を閉じ込めて温度が上昇する、というようにさまざまな要因で変化します。 1650年から1710年にかけて、太陽がマウンダー極小期と呼ばれる静穏期に入り、北半球の気温は急激に低下した。 この時期、太陽表面には黒点がほとんど現れず、太陽全体の明るさはわずかに減少した。 高山の氷河が谷間の農地を覆い、海氷が北極から南下し、オランダの有名な運河が定期的に凍結するという、今では珍しい現象が起きました
太陽極小期の影響は、この画像で明らかです。 北アメリカの東部と中部、ユーラシア大陸北部の深い青色は、気温の低下が最も大きかった場所を示しています。 他の陸地もほぼすべて1680年には気温が下がっており、青の濃淡で示されている。 1680年に暖かかったと思われるいくつかの地域は、アラスカと東太平洋（左）、グリーンランドの南の北大西洋（中央左）、アイスランドの北（中央上）です。
太陽からのエネルギーがわずかに減少しただけなら、なぜ北半球の気温はそれほど激しく低下したのでしょうか。 NASAゴダード宇宙研究所の気候学者ドリュー・シンデル氏らは、年輪や氷床コア、サンゴから得られた気温記録、および歴史的に記録されたわずかな測定値を、地球の気候の高度なコンピュータモデルと組み合わせることによって、この疑問に挑みました。 研究グループはまず、マウンダー極小期の太陽からのエネルギー量を計算し、その情報を大循環モデルに入力した。 このモデルは、海洋の表面温度、大気のさまざまな層、陸地からの反射・吸収エネルギーなど、さまざまな地球システムが相互に作用して気候を作り出している様子を数学的に表現したものである。
モデルが太陽エネルギーの減少から始まり、古気候の記録と一致する気温を返したとき、シンデル氏と彼の同僚は、モデルがマウンダー極小期がいかに極端な気温の低下を引き起こし得たかを示していることを知りました。 このモデルは、気温の低下が成層圏のオゾンに関係していることを示していた。成層圏とは、地球の表面から10〜50kmのところにある大気の層である。 オゾンは、太陽からの高エネルギーの紫外線が酸素と相互作用することで生成される。 マウンダー極小期には、太陽からの強い紫外線の放射が少なくなり、オゾンの生成量も少なくなりました。
この惑星波の変化により、グリーンランド付近の低気圧とその南の高気圧のバランスである北大西洋振動（NAO）が負の位相に変化したのです。 NAOがマイナスのときは、どちらの気圧配置も相対的に弱くなる。 この場合、大西洋を横断する暴風雨は、一般に東のヨーロッパ方面に向かい、ヨーロッパはより厳しい冬を経験することになる。 (NAOが正であれば、暴風雨はより北に向かい、ヨーロッパの冬はより暖かくなる)。 上の図は、マウンダー極小期にNAOが平均してマイナスになり、ヨーロッパが異常に寒冷化したことを示すモデル結果である。 この結果は、古気候の記録と一致しています。
古気候の記録で記録された気温を再現できるモデルを作成することによって、シンデル氏らは、成層圏の変化が気象パターンにどのように影響するかについて、より理解を深めることができました。 このような理解により、科学者は、どのような要因が将来の地球の気候に影響を与えうるかを理解する態勢が整ったのです。 気候モデルの改良に古代の気温記録がどのように利用されているかについては、「古気候学」をご覧ください。
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