Променливостта на слънчевата активност и климатичните въздействия в случая от последните векове - Енциклопедия
Основният източник на енергия за повърхността на Земята е потокът от слънчева енергия. Ако потокът, получен на повърхността на Земята на дадено място, варира значително, по-специално сезонно, потокът, излъчен от Слънцето, сам по себе си е относително постоянен. Признаците за промени в слънчевата активност обаче са известни от много дълго време и хипотезата, че тази слънчева активност може да повлияе на нашия климат, е стара. Какво знаем за тази дейност на Слънцето в мащаба от последното хилядолетие; каква дейност може да повлияе на климата; какви влияния се различават ?
1. Слънцето, променлива звезда
Потокът на слънчевата енергия, получена на повърхността на Земята,слънчев удар, варира преди всичко поради движенията на Земята в нейната орбита, причиняващи дневното редуване на сезоните. Потокът на енергия, излъчен от Слънцето,облъчване, отдавна се счита за константа, откъдето идва и терминът „слънчева константа“. Едва чрез изключително прецизните измервания, получени от спътниците, това демонстрира тази "константа" всъщност е променлива, но много слабо (тук около 0,1% по време на играта).
Основният индекс на собствената дейност на Слънцето са слънчеви петна, онези епизодични тъмни петна по повърхността на Слънцето. Тези петна са били известни от много дълго време, но дифузията на астрономическия телескоп в самото начало на 17 век позволява редовното преброяване на тези петна [1]. Тези преброявания постепенно разкриха много подчертан 11-годишен цикъл, както и вариации през века.
Съвсем наскоро бяха подчертани и други изрази на тази слънчева активност, по-специално слънчеви изригвания, изключително кратки явления (най-много няколко часа) на изхвърлянето на радиация и много енергийни частици, които са особено отговорни за Северното сияние. (Прочетете слънчевите енергии)
1.1. 11-годишният цикъл (наречен „Schwabe“)
Конвективната и магнитна активност на най-външните слоеве на слънцето, фотосферата, хромосферата и короната, показват подчертани и циклични вариации в неговата активност. Когато активността е висока, по-топлите и по-лъчезарни области, факулите се образуват на видимата повърхност ’на слънцето (фотосфера), придружена от по-хладни и по-малко лъчисти области, тъмните петна. Тези зони съществуват от порядъка на една седмица и придружават въртенето на слънцето за 27 дни. Слънчевата атмосфера (хромосфера и корона) също е по-топла и по-сияйна навсякъде около слънцето. Обривите започват по-често от короната.
Радиометрите на борда на сателитите измерват точно промените в слънчевото облъчване, свързани с тази дейност, от около 1978 г. Тези измервания показват вариация от 1 W/m 2, т.е. приблизително 0,1%, между максимума и минимума общо слънчево облъчване (Фигура 1). Тези вариации са по-силни, относително, в дължините на вълните на ултравиолетовите лъчи от порядъка на 1 до 10%, въпреки че техните точни стойности остават обсъдени [2].
1.2. Светски вариации в слънчевата активност (вариации на "Gleißberg")
Въпреки че броят на слънчевите петна е добър количествен показател за слънчевата активност, въпреки това той има значително пристрастие да бъде изравнен, тъй като петната почти липсват по време на Великите минимуми. Периодът, обхванат от спътниците, обаче не включва голям минимум: следователно ние не знаем минималните стойности на облъчването, нито общата му амплитуда в този времеви мащаб на века.
1.3. Светска до хилядолетна променливост: косвени индекси на слънчевата активност
Преди тези директни записи на слънчевата активност е необходимо използвайте непреки улики ("Прокси" на английски). Най-надеждни са космогенните изотопи Carbon-14 и Beryllium-10, чието производство в горните слоеве на Земята се модулира от слънчевото магнитно поле (Фигура 2). Тези изотопи се съхраняват в дървесни пръстени и лед от полярни шапки и планински ледници. Тяхната концентрация се интерпретира от гледна точка на активността на слънцето, но само относителни вариации. Следователно, за да се получат абсолютни вариации, например на общото слънчево облъчване (в W/m 2), е необходимо калибрирайте тези концентрации чрез вариации в активността, известни другаде, или измерени (но за скорошен, много кратък период) или оценени (въз основа на физически модели на слънчевата активност). [3]
Тези косвени индекси обаче остават относително несъвършени както по отношение на надеждността, така и по отношение на временната разделителна способност. По-специално, слънчевият цикъл на 11 години остава много зле разрешен в дългите записи на тези "прокси", дори ако скорошната работа успя да го подчертае през последното хилядолетие [4].
През последното хилядолетие тези „прокси“ записи показват, че слънчевата активност е била ниска не само по време на Великия минимум на Maunder, но и, може би по-ниска, по време на Великия минимум на Spörer през 15 век. Съвременният Гранд Максимум в края на 20-ти век изглежда е малко по-висок от средновековния Гранд Максимум от 8-ми век (Фигура 2).
2. Влияние на 11-годишния слънчев цикъл върху климата на Земята
След идентифицирането на 11-годишните слънчеви цикли, безброй изследвания се стремят да намерят корелации с вариациите в климата или други параметри [5]. Установено е, че малко от тези корелации са значими и са се подложили на контрол [6].
2.1. Въздействия върху повърхността на Земята
Сега изглежда ясно, че промените в облъчването, дължащи се на 11-годишните цикли, са твърде малки и твърде бързи, за да причинят значителни температурни промени на повърхността на Земята, предвид нейната топлинна инерция. В действителност, максималната амплитуда на облъчването от порядъка на 1 W/m 2 по време на слънчев цикъл, модифицира погълнатия от повърхността слънчев поток с около 0,14 W/m 2, като отчита геометричния фактор на разреждане на земна сфера (фактор 1/4), глобалното албедо (0,3) и поглъщане от атмосферата (около 20%). Въздействието върху полусферична или глобална средна температура на повърхността изглежда едва забележимо от порядъка на 0,1 ° C на цикъл. [Връзка: раздел „Климат“/Принуждаващи и обратни ефекти; чувствителност към климата]
Показана е обаче постоянна корелация между тези слънчеви цикли и повърхностното налягане и температура в части от Тихия океан [7]. Изглежда също така, че този слънчев цикъл взаимодейства с други цикли, вътрешни за климатичната система, особено тези от същия десетичен период, Десетилетно тихоокеанско трептене и Северноатлантическо колебание [8]. В по-регионален мащаб слънчевата активност може да благоприятства някои синоптични режими, по-специално през зимата блокиращите режими, които благоприятстват придвижването на студен полярен въздух над Западна Европа [9].
2.2. Въздействия върху стратосферата
2.3. Възможни въздействия върху образуването на облаци
Слънчевата активност модулира не само слънчевата радиация, но и потока от енергийни частици, които навлизат в земната атмосфера. От една страна е галактическата космическа радиация, която се отклонява от слънчевото магнитно поле (което само по себе си зависи от активността на слънцето), от друга страна частици, излъчвани от самото слънце, по-специално по време на изригвания. Тези енергийни частици взаимодействат с молекулите в атмосферата, за да образуват йони. Хипотезата, че тази йонизация има климатично въздействие, датира от повече от 50 години [12], но остава силно обсъждана, както теоретично, така и наблюдателно. Механизмът, който най-често се изтъква, е, че тези йони подпомагат образуването на кондензни ядра, необходими за образуването на облаци.