Солнечная активность и климат ь ь ь Переменное

Солнечная активность и климат ь ь ь Переменное Солнце Солнечно-земные связи Проявление солнечной активности в климатических параметрах

Кривая эволюции глобальной температуры за последнюю тысячу лет, известная как «клюшка» , по данным Третьего обобщающего доклада IPCC • До 1860 -х годов использованы прокси-данные, с 1860 по 2000 г. – инструментальные данные, после 2000 г. – модельный прогноз для разных сценариев выброса парниковых газов. Серым цветом показаны неопределенности

Общий тренд: Солнечная активность, приповерхностная температура и СО 2 Арктика ? ? ? Связан ли процесс потепления только с антропогенными факторами, или же это результат комбинированного воздействия естественных (в первую очередь, солнечной активности) и антропогенных факторов? Каков вклад естественных факторов в этот процесс?

Изменения глобальной температуры, основанной на прямых инструментальных измерениях, за последние 160 лет, согласно данным CRU (www. cru. uea. ac. uk/cru/data/temperature/nhshgl. gif)

Глобальное потепление, его причины и сценарии развития • Алармисты Глобальное потепление, наблюдавшееся в XX в. , является антропогенным и вызвано деятельностью человека через производство парниковых газов, в первую очередь углекислого газа. • Скептики сомневаются в доказанности доминирующей роли человечества в этом потеплении и в обоснованности прогнозов алармистов • влияние Солнца, а также собственной долгопериодной изменчивости системы океан-атмосфера в потепление климата в XX веке

Строение Солнца Магнитное поле Солнца ~диполь Вращение Солнца с периодом ~27 дней: Магнитное поле и частицы солнечной плазмы распространяются в межпланетном пространстве по спирали • • • Ядро содержит половину всей массы. Здесь происходят реакции термоядерного синтеза. Зона лучистого переноса. Слой до 0, 7 R. Температура и плотность уже недостаточны для термоядерных реакций, Источник магнитного поля. Фотосфера. Слой толщиной ~ 100 км. Источник фотонов. Солнечные пятна Хромосфера и зона конвективного переноса. Корона. Самая внешняя часть солнечной атмосферы, температура 1 -2 млн. град. Источник УФ, протуберанцы, коронарные выбросы солнечной плазмы

Солнечная система в космосе Солнце –звезда-карлик у края одного из спиральных рукавов Галактики 51 на расстоянии около 10 килопарсек от ее центра Гелиосфера

Солнечные циклы Изменения среднего числа солнечных пятен на диске (чисел Вольфа) с 1750 по 2005 гг. Периодичность: 11 (9 -13) лет 60 -100 лет 200 и больше лет? 11 -летняя цикличность доминирует в изменениях СА

Солнечные пятна • Яркость пятна составляет всего 1 -15 % от яркости окружающей фотосферы. • Время жизни пятна зависит от его размеров и меняется от нескольких часов до нескольких месяцев для крупных пятен • Вокруг пятен видны образования, яркость которых на 10 -20 % выше окружающей области – фотосферные факелы. MIN MAX

Изменение интенсивности солнечного излучения в 11 -летнем цикле активности В ходе 11 -летнего цикла СА увеличение числа пятен уменьшает общую солнечную радиацию, а факелы увеличивают. Два процесса идут одновременно и в противофазе. Увеличение яркости из-за факелов больше, чем уменьшение яркости из-за пятен Увеличение яркости из-за факелов Уменьшение яркости из-за пятен В силу меньших размеров и быстрых динамических изменений факелы менее заметны по сравнению с пятнами, но в конечном итоге яркие образования преобладают над потемнением Солнца за счет пятен

Солнечная постоянная (спутниковые измерения с 1978 г. , приведенные к 1 AU) Диапазон изменения СП в 11 -летнем цикле • Интенсивность солнечной радиации на верхней границе атмосферы называют солнечной постоянной ~1 366 Вт/м². • СП зависит только от излучательной способности Солнца и от расстояния между Землей и Солнцем. • В январе расстояние между Солнцем и Землей 147 млн. км, а в июле — 152 млн. км. СП в течение года меняется на ± 3, 5%.

Композит солнечной постоянной

В некоторых длинах волн Солнце меняет свою яркость в 11 -летнем цикле в десятки и сотни раз Последовательность изображений Солнца в мягком рентгеновском излучении, полученные с интервалом в 120 дней с 1991 по 1995 гг. на спутнике Yohkoh Изменение короны от min к max цикла В минимуме активности корона вытянута вдоль экваториальной плоскости. В максимуме активности форма ближе к сферически симметричной

Солнечные пятна и магнитное поле • • • Солнечные пятна появляются в местах выхода на поверхность силовых трубок магнитного поля, которые выходят из глубоких слоев конвективной оболочки Солнца. Поскольку магнитное поле внутри такой «трубки» сильнее, чем в среднем на поверхности Солнца, вещество там холоднее: около 4000 К по сравнению со средней температурой в 6000 К (поэтому пятна кажутся темнее). В пятнах сконцентрированы самые сильные магнитные поля: – в max цикла напряженность межпланетного магнитного поля, исходящего из Солнца, значительно больше, чем в min.

Солнечный ветер (α-частицы) и межпланетное магнитное поле Магнитосфера Солнце СВ и ММП Земля ММП Давление СВ ИЮЛЬ 2000

Полярные сияния: потоки заряженных частиц, приходящие из хвоста магнитосферы, ионизуют и возбуждают атомы в верхних слоях атмосферы(>100 км)

Геомагнитная активность (короткопериодные возмущения магнитного поля Земли) есть магнитный эффект электрических токов, текущих в проводящей ионосфере и магнитосфере. Эти токи контролируются СА (СВ, ММП и излучением Солнца) Индексы AE J//-Region 1 aa J//-Region 2 Cross-Tail Current Sheet Dst

Данные по солнечной активности Наземные измерения • Число солнечных пятен (числа Вольфа): наблюдения с 1860 г. , реконструкция по изотопам и 10 Ве в ледовых кернах с ~850 г. • Индекс геомагнитной активности (аа-индекс): с 1868. • Радиоизлучение на длине волны F 10. 7 см: с 1948. 14 С Спутниковые измерения • Солнечная постоянная и УФ излучение: с 1978 • Солнечный ветер (плотность и скорость -частиц) и межпланетное магнитное поле: с 1963 • Солнечные протоны высоких энергий: с 1980

Проявления вариаций солнечной активности в климатических параметрах

Солнечный цикл в температуре и плотности верхней атмосферы (>100 км)

Галактические космические лучи и облачность ГКЛ ионизация атмосферы ядра конденсации облаков Высота (км) Ионизация воздуха Корреляция интенсивности ГКЛ и облачности нижнего яруса

Отклик нижней и средней атмосферы на изменение солнечной активности в 11 -летнем цикле

Результаты радиозондовых измерений Т воздуха как функции высоты от поверхности Земли до верха тропосферы по станциям, распределенным по северному полушарию Т • явно выраженный 11 -летний сигнал в температуре

Циклы СА в приповерхностной температуре океана Среднемесячные и усредненные по десятилетиям аномалии температуры. Внизу рисунка приведены аномалии солнечной радиации Изменения температуры происходят синфазно с изменениями радиации

Долговременная эволюция солнечной активности Реконструкция СА на основе измерений концентрации 10 Be в ледяных кернах показывает, что рост СА в 1940 -х является самым высоким с 850 г.

Естественные колебания системы океан-атмосфера Аномалии температуры в Арктике и Антарктике Индекс Атлантической мультидекадной осцилляции 60 -летнее колебание в противофазе в N и S Термохалинная меридиональная циркуляция в Атлантическом океане (увеличение AMO соответствует потеплению в северной Атлантике)

Основные факторы естественной изменчивости климата : • Вариации общей лучистой энергии Солнца / приповерхностная температура / • Вариации УФ излучения Солнца / стратосферный озон / • Потоки высокоэнергичных заряженных частиц солнечного и галактического происхождения / нагрев верхних слоев атмосферы, ионизация воздуха, образование определенных химических веществ (напр. , NOx), аэрозолей, ядер конденсации для развития облаков / + Собственная изменчивость системы океан-атмосфера

Эффекты изменения СА - по длительности - • кратковременные вариации, связанные с солнечными вспышками и другими импульсными событиями на Солнце, которые, возможно, проявляются в изменениях погоды • долгопериодные вариации параметров (11 лет и более), влияющие на изменчивость климата. Вклад СА в изменчивость климата - временные интервалы - • В течение последних 30 лет (период непрерывных прямых спутниковых измерений общей радиации и солнечного ветра); • В течение последних 150 лет (период инструментальных измерений погоды и синоптических фотографий солнечного диска); • В масштабах 10000 лет (долгопериодная вариация СА, существенная для климата, в дополнение к 0. 1% модуляции солнечной постоянной, связанной с 11 -летним циклом).