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地球气候变化受太阳活动影响吗?

2017-11-20 15:02:00 来源:福建气象 【字体:

太阳给地球带来光明和温暖,带来日夜和季节的轮回,左右着地球冷暖的变化,为地球生命提供各种形式的能源。与地球上的风、雨、雷、电等天气现象类似,太阳也存在诸多不同时空尺度的活动现象,如太阳辐射、黑子、光斑、谱斑、耀斑、日冕物质抛射等,太阳活动则是这些现象的总称。那么,地球气候的变化会受到作为空间天气现象的太阳活动影响吗?

  太阳活动与气候变化:一个古老的课题

  早在1801年,一个名叫赫谢耳(Herschel)的欧洲人推测太阳活动可能与地球气候之间存在联系,并得出太阳黑子少时地球上降水量少的结论。这是关于太阳活动对地球气候影响的最早论述。在随后的两百年里,人们找到很多支持证据,表明太阳活动与某些气候要素之间具有良好的相关性。譬如,太阳黑子持续异常减少的蒙德极小期(1645年至1715)在时间上正好对应于西欧“小冰期”的低谷期、北半球陆地表面温度与太阳活动周期长度之间具有很强相关关系,前者被1976年《科学》杂志所报道,后者则在1991年《科学》杂志上发表。

  以联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)气候变化评估报告为代表的主流观点认为,20世纪中叶以来的全球变暖极有可能是由人类活动排放的温室气体造成的。然而,有研究指出,IPCC的气候模型低估了自然因素对气候变化的影响,却夸大了人类活动的贡献。太阳活动是地球气候变化自然驱动力中的一个重要组成部分,研究太阳活动对地球气候变化的影响仍具有十分重要的意义。

  太阳活动与全球气温变化有一定相关性

  在太阳活动中的一个重要现象就是太阳黑子,它有明显的11年周期性变化。目前,有关太阳黑子数与地球上天气、气候变化之间的关系已有一些研究,并表明它们之间确实存在着一定的相关性。

  人类大约在400年前开始对黑子进行观测,对太阳的变化规律有了一些科学认识;现代意义上的对太阳活动的观测始于人造卫星上天之后,距今已有半个世纪的资料积累。在研究中,使用了两组数据,一组是百年时间尺度的,另一组是万年时间尺度的,分析了太阳活动和地球气温变化之间的周期性和相关性。研究结果显示,太阳活动和地球温度的变化具有共同的周期性;同时,太阳活动和温度变化之间具有显著的相关关系。

  分析1880年至2012年间太阳黑子数与全球平均气温变化的周期性,发现两者有4个显著共振周期;用同样的技术方法分析太阳总辐照(太阳辐射经大气层吸收、散射、反射后到达固体地球表面的辐射能量)与全球平均气温的周期性,发现有两个共振周期。可见全球平均气温的变化是受太阳活动调制的。

  万年尺度的数据是由分析树木年轮和南极冰芯中的同位素含量变化间接重构得到的。在分析万年尺度的重构数据时,也发现了类似的规律:太阳黑子数与南极局地气温有4个共同变化周期,并且太阳黑子的变化领先于地球温度的变化,而大气中二氧化碳含量的变化则滞后于温度的变化。

  太阳活动发生在约1.5亿千米之外的太阳大气中,气候变化则发生在地球上,这样的共同周期性是不是巧合?研究发现太阳活动与地球温度之间具有显著相关性。在百年尺度上,11年滑动平均太阳总辐照与地球平均气温的相关系数为0.80.9,置信度大于99.9%。如果太阳总辐照和地球气温毫不相干的话,它们之间具备这么高相关性的概率低于千分之一。

  太阳活动对地球气候的影响机制需进一步研究

  目前,国际上广泛提出的太阳活动影响地球气候的理论机制主要有三种:太阳总辐射机制,认为太阳活动引起的到达地球大气上界的总太阳辐射变化,驱动了气候变化;太阳短波辐射变化机制,认为太阳紫外辐射变化能引起地球中高层大气物理、化学性质的变化,并通过行星波作用等将这些变化传递到对流层,进而引起天气、气候变化;空间天气机制,认为太阳活动影响地球空间环境中的各种粒子通量,通过对特定区域云微物理过程的影响,导致云层宏观特征变化,在短时间尺度上引起气象要素变化,长时间尺度上引起全球云量和云寿命变化,导致全球辐射平衡变化,驱动气候变化。

  然而,太阳活动和气候系统都是高度复杂的体系,它们之间的关系也肯定不是简单的线性关系,要寻找这样两个复杂系统之间的内在联系是一件非常困难的事。目前,科学家们仅仅做了一些简单的分析,尚未到定量评估的深度。从科学概念上说,相关不一定有内在联系,即使高相关也可能是由偶然因素引起的。

  太阳活动与全球气候变化的联系,是一项很古老、涉及领域很宽广的交叉学科。其研究结果对于全球变暖研究有一定参考意义,它告诉人们:太阳活动对地球气候变化的影响是有待加深认识并需要充分考虑的一个因素。

  太阳活动除了太阳黑子外,还有太阳风、耀斑、日冕物质抛射、高能粒子等,这些不同的太阳活动对地球气候是否有影响、会如何影响、影响程度有多大?这些还需要空间天气和气象、气候专家进一步合作来回答。

(来源于中国气象报

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