Змінність сонячної активності та кліматичних впливів у випадку останніх століть - Енциклопедія

кліматичних

Основним джерелом енергії для поверхні Землі є потік сонячної енергії. Якщо потік, що надходить на поверхню Землі в даному місці, значно змінюється, зокрема сезонно, потік, випромінюваний Сонцем, сам по собі є відносно постійним. Однак ознаки коливань активності Сонця були відомі дуже давно, і гіпотеза про те, що ця сонячна активність може вплинути на наш клімат, давня. Що ми знаємо про цю діяльність Сонця в масштабах останнього тисячоліття; яка діяльність може впливати на клімат; які впливи помітні ?

1. Сонце, змінна зірка

Потік сонячної енергії, що надходить на поверхню Землі,сонячний удар, змінюється насамперед через рухи Землі по її орбіті, що спричиняє добове чергування пір року. Потік енергії, випромінюваний Сонцем,опромінення, здавна вважається постійною, звідси її термін "сонячна константа". Це продемонстрували лише надзвичайно точні вимірювання, отримані супутниками ця "константа" насправді є змінною, але дуже слабкою (тут близько 0,1% за ігровими часовими шкалами).

Основним показником власної діяльності Сонця є сонячні плями, ті епізодичні темні плями на поверхні Сонця. Ці плями були відомі дуже давно, але саме дифузія астрономічного телескопа на самому початку 17 століття дозволила регулярно підраховувати ці плями [1]. Ці підрахунки поступово виявили дуже помітний 11-річний цикл, а також зміни протягом століття.

Зовсім недавно були висвітлені й інші вирази цієї сонячної активності, зокрема сонячні спалахи, надзвичайно короткі явища (щонайбільше кілька годин) викиду радіації та дуже енергійних частинок, які особливо відповідають за Північне сяйво. (Прочитайте сонячні енергії)

1.1. 11-річний цикл (так званий "Швабе")

Конвективна та магнітна активність найвіддаленіших шарів Сонця, фотосфери, хромосфери та корони, демонструють помітні та циклічні варіації його активності. Коли активність висока, гарячіші та більш сяючі ділянки, факули утворюються на видимій «поверхні» сонця (фотосфери) у супроводі більш прохолодних та менш сяючих областей, темних плям. Ці зони існують близько тижня і супроводжують обертання сонця за 27 днів. Сонячна атмосфера (хромосфера і корона) також тепліша і сяюча навколо Сонця. Висипання починаються частіше від коронки.

Радіометри на борту супутників точно вимірюють коливання сонячного опромінення, пов'язані з цією діяльністю, приблизно з 1978 року. Ці вимірювання вказують на коливання на 1 Вт/м 2, тобто приблизно 0,1%, між максимальним та мінімальним загальне сонячне опромінення (рисунок 1). Ці варіації сильніші порівняно з довжинами хвиль ультрафіолетових променів порядку від 1 до 10%, навіть якщо їх точні значення залишаються обговореними [2].

1.2. Світські коливання сонячної активності (варіації Глісберга)

Незважаючи на те, що кількість сонячних плям є хорошим кількісним показником сонячної активності, воно все ж має значне упередження щодо його вирівнювання, оскільки плями майже відсутні під час Великих мінімумів. Однак період, охоплений супутниками, не включає великого мінімуму: отже, ми не знаємо ні мінімальних значень освітленості, ні його загальної амплітуди на цьому часовому масштабі століття.

1.3. Мінливість від світської до тисячолітньої: непрямі показники сонячної активності

Перед цими безпосередніми записами сонячної активності це необхідно використовувати непрямі підказки ("Довірені особи" англійською мовою). Найбільш надійними є космогенні ізотопи, Карбон-14 та Берилій-10, вироблення яких у верхніх шарах Землі регулюється сонячним магнітним полем (рис. 2). Ці ізотопи зберігаються в кільцях дерев, а також льодах полярних шапок і гірських льодовиках. Їх концентрація інтерпретується з точки зору активності Сонця, але лише відносних коливань. Тому для отримання абсолютних змін, наприклад, загальної сонячної опромінення (у Вт/м 2), це необхідно калібрувати ці концентрації за варіаціями активності, відомими в інших місцях, або виміряними (але протягом недавнього, дуже короткого періоду), або оціненими (на основі фізичних моделей активності Сонця). [3]

Однак ці непрямі показники залишаються відносно недосконалими як з точки зору надійності, так і з точки зору часового дозволу. Зокрема, сонячний цикл у 11 років залишається дуже погано вирішеним у довгих записах цих "довірених осіб", навіть якщо останні роботи змогли висвітлити його протягом останнього тисячоліття [4].

За останнє тисячоліття ці `` проксі '' записи показують, що сонячна активність була низькою не тільки під час Великого мінімуму Маундера, але й, можливо, і нижче, під час Великого мінімуму Шперера в 15 столітті. Сучасний Великий максимум наприкінці 20 століття виявляється дещо вищим за середньовічний Великий максимум 8 століття (рис. 2).

2. Вплив 11-річного сонячного циклу на клімат Землі

Після виявлення 11-річних сонячних циклів незліченні дослідження прагнули знайти кореляцію з варіаціями клімату чи іншими параметрами [5]. Деякі з цих кореляційних зв'язків були визнані значущими і витримали перевірку [6].

2.1. Вплив на поверхню Землі

Тепер здається очевидним, що зміни освітленості внаслідок 11-річних циклів занадто малі і занадто швидкі, щоб спричинити значні зміни температури на поверхні Землі, враховуючи її теплову інерцію. Дійсно, максимальна амплітуда опромінення порядку 1 Вт/м 2 під час сонячного циклу змінює поглинаний поверхнею сонячний потік приблизно на 0,14 Вт/м 2, беручи до уваги геометричний коефіцієнт розведення на наземному сфера (коефіцієнт 1/4), глобальне альбедо (0,3) та поглинання атмосферою (близько 20%). Вплив на півсферичну або глобальну середню температуру поверхні здається ледь помітним, близько 0,1 ° C за цикл. [Посилання: розділ „Клімат“/Примусові та зворотні ефекти; кліматична чутливість]

Однак була показана стійка кореляція між цими сонячними циклами та поверхневим тиском та температурою в частині Тихого океану [7]. Здається також, що цей сонячний цикл взаємодіє з іншими циклами, що є внутрішніми для кліматичної системи, зокрема циклами того самого десятиліття, Десятирічним тихоокеанським коливанням та Північноатлантичним коливанням [8]. У більш регіональному масштабі сонячна активність може сприяти певним синоптичним режимам, зокрема взимку блокуючим режимам, які сприяють просуванню холодного полярного повітря над Західною Європою [9].

2.2. Вплив на стратосферу

2.3. Можливий вплив на утворення хмар

Сонячна активність модулює не тільки сонячне випромінювання, а й потік енергетичних частинок, які потрапляють в земну атмосферу. Це, з одного боку, галактичне космічне випромінювання, яке відхиляється сонячним магнітним полем (яке саме залежить від активності Сонця), з іншого боку, частинки, які випромінює саме Сонце, зокрема під час виверження. Ці енергійні частинки взаємодіють з молекулами в атмосфері, утворюючи іони. Гіпотеза про те, що ця іонізація має кліматичний вплив, налічує більше 50 років [12], але залишається предметом суперечок як теоретично, так і спостережливо. Найчастіше висунутий механізм полягає в тому, що ці іони сприяють утворенню ядер конденсації, необхідних для утворення хмар.

Роль хмар у теплообміні в кліматичній системі є фундаментальною через випромінювальні потоки у видимій та інфрачервоній довжинах хвиль, а також приховані теплові потоки. Сонячна модуляція потоку енергійних частинок має дуже низький прямий вплив на клімат, але дуже сильне посилення може існувати завдяки цьому контролю на хмарах. Однак різні пропоновані кореляційні зв’язки між потоками енергійних частинок та хмарним покривом залишаються предметом багато обговорень [13].

3. Вплив світської мінливості на клімат: останнє тисячоліття

Мінімальний сонячний мінімум Maunder (

1645-1715), добре відомий сонячними плямами, мав місце в Європі, яку історики називали "Маленьким льодовиковим періодом" [14]. Однак цей прохолодний період залишається погано визначеним у часі, можливо, тому, що декадна мінливість була високою, а також тому, що це залежить від врахованих критеріїв та регіонів. У своєму широкому визнанні Малий льодовиковий період простягається з 15 століття до середини 19 століття, кінець якого відзначається масовим відступом альпійських льодовиків.

Інтерпретація історичних та природних архівів (зокрема, кілець дерев) з точки зору місцевих кліматичних умов (температури та/або опадів) підтвердила, що Малий льодовиковий період був явищем, що виявляється в масштабах півкулі. Північ, але з низьким амплітуда (близько 0,2 ° C) порівняно з регіональною та часовою мінливістю (холодніші та тепліші десятиліття).

Кліматичні моделі дозволяють перевірити відповідне значення різних факторів зміни клімату, зокрема сонячної мінливості. Ці фактори враховуються внаслідок радіаційного дисбалансу, за який вони відповідають ("примушування клімату", [посилання: пункт 1.3]). Нещодавні дослідження сходяться на невеликому, але помітному внеску Сонця на коливання температури поверхні, від регіональних до глобальних масштабів. Внесок сильних вивержень вулканів у ці коливання температур було переглянуто вгору в результаті цих досліджень, в тому числі на десятилітній шкалі або навіть на 100-річному масштабі. [15]

4. Висновок

Тому представляється ймовірним, що сонячна активність мала більш виражений вплив на клімат у регіональному масштабі, ніж у глобальному масштабі, у розглянуті тут часові шкали. Щоб зрозуміти їх взаємозв'язок, необхідні кращі реконструкції та моделювання цих регіональних кліматичних змін, незалежно від кліматичних примусів. Ці дослідження останніх століть дають змогу розглянути вплив клімату сонця на найближчі століття, зокрема з гіпотезою повернення до мінімуму: цей вплив повинен залишатися низьким у глобальному масштабі порівняно з антропогенним форсингу (парниковий газ, альбедо), з іншого боку, в регіональному масштабі це завжди буде відігравати важливу роль у мінливості клімату. [16]

Посилання та примітки

Зображення на обкладинці: Підвищення глобальної температури з 1950 р. До кінця 2013 р. [Джерело: NASA (Суспільне надбання), через Wikimedia Commons]

[1] Клетт, Ф., Л. Свальгаард, Дж. М. Вакеро та Е. В. Клівер (2014). Перегляд номера сонячної плями. Огляди космічної науки, 186, 35-103. http://dx.doi.org/10.1007/s11214-014-0074-2

[2] Ермоллі, І. та ін. (2013). Недавня мінливість спектрального опромінення Сонця та його вплив на кліматичне моделювання. Хімія та фізика атмосфери, 13, 3945-3977. http://dx.doi.org/10.5194/acp-13-3945-2013

[3] Делайг, Г. та Е. Бард (2011). Антарктичний погляд на берилій-10 та сонячну активність протягом останнього тисячоліття. Динаміка клімату, 36, 2201-2218. http://dx.doi.org/10.1007/s00382-010-0795-1

[4] Мелані Бароні, CEREGE, особисте спілкування, грудень 2015 року

[5] Гершель, В. (1801). Спостереження, що прагнуть дослідити природу Сонця, щоб знайти причини або симптоми його змінного випромінювання світла та тепла; З зауваженнями щодо використання, яке, можливо, можна взяти із сонячних спостережень. Філософські угоди Королівського товариства Лондона, 91, 265-318, http://dx.doi.org/10.1098/rstl.1801.0015

[6] Пітток, А. Б. (1978). Критичний погляд на довготривалі відносини Сонця і погоди, Огляд геофізики, 16(3), 400–420, http://dx.doi.org/10.1029/RG016i003p00400

[7] Христофору, П. та С. Хамід (1997). Сонячний цикл і тихоокеанські «центри дії». Листи про геофізичні дослідження, 24, 293-296. http://dx.doi.org/10.1029/97GL00017

[8] Ван Лун, Х. та Г. А. Міл (2014). Взаємодія між зовнішніми кліматичними сигналами піків сонячних плям та внутрішніми тихоокеанськими декадними та північноатлантичними коливаннями. Геофізичні дослідницькі листи, 41, http://dx.doi.org/10.1002/2013GL058670

[9] Barriopedro, D., García-Herrera, R. та Huth, R. (2008). Сонячна модуляція блокування зимової північної півкулі. Журнал геофізичних досліджень, 113(D14), D14118, http://dx.doi.org/10.1029/2008JD009789.

[10] Маршан, М. та співавт. (2012). Динамічне посилення стратосферної сонячної реакції, змодельоване за допомогою хіміко-кліматичної моделі LMDz-Reprobus. Журнал фізики атмосфери та сонячно-земної фізики, 75-76, 147-160, http://dx.doi.org/10.1016/j.jastp.2011.11.008

[11] Лабіцке, К. (1987). Сонячні плями, QBO і температура стратосфери в північній полярній області. Геофізичні дослідницькі листи, 14(5), 535-537. http://dx.doi.org/10.1029/GL014i005p00535

[12] Ней, Е. П. 1959. Космічне випромінювання та погода. Природа, 183(4659), 451-452, http://dx.doi.org/10.1038/183451a0

[13] Calogovic, J., Albert, C., Arnold, F., Beer, J., Desorgher, L. and Flueckiger, E. O. (2010). Раптовий космічний промінь зменшується: Глобальний хмарний покрив не змінюється. Геофізичні дослідницькі листи, 37(3), http://dx.doi.org/10.1029/2009GL041327

[14] Едді, Дж. А. (1976). Мінімум Маундера. Наука, 192, 1189-1202, http://dx.doi.org/10.1126/science.192.4245.1189

[15] Schurer, A. P., Tett, S. F. B. and Hegerl, G. C. (2014). Невеликий вплив сонячної мінливості на клімат протягом останнього тисячоліття. Геологія природи, 7(2), 104-108, http://dx.doi.org/10.1038/ngeo2040

[16] Ineson, S., Maycock, A. C., Gray, L. J., Scaife, A. A., Dunstone, N. J., Harder, J. W., Knight, J. R., Lockwood, M., Manners, J. C. and Wood, R. A. (2015). Вплив регіонального клімату на можливий майбутній великий сонячний мінімум. Природні комунікації, 6, http://dx.doi.org/10.1038/ncomms8535

Екологічна енциклопедія видається Асоціацією енциклопедій захисту навколишнього середовища та енергетики (www.a3e.fr), яка за контрактом пов'язана з Університетом Гренобля Альпи та Греноблем INP, і фінансується Академією наук.

Процитувати цю статтю: DELAYGUE Gilles (2021), Змінність сонячної активності та впливу клімату: випадок минулих століть, Encyclopédie de l'Environnement, [online ISSN 2555-0950] url: https: //www.encyclopedie -environnement .org/climat/variabilite-de-activite-solaire-effects-climatiques /.

Статті в Екологічній енциклопедії доступні на умовах ліцензії Creative Commons BY-NC-SA, яка дозволяє відтворення за умови: цитувати джерело, не використовувати комерційне використання, однаково ділити ініціали умов, відтворювати при кожному повторному використанні або розповсюдженні згадування цієї ліцензії Creative Commons BY-NC-SA.

Автор (и)

  • ЗАБАВКА Жиль, Викладач в Університеті Гренобль-Альпи, лабораторії гляціології та геофізики навколишнього середовища. Зараз входить до складу Інституту екологічних геологічних наук.

План статті

  • 1. Сонце, змінна зірка
    • 1.1. 11-річний цикл (так званий "Швабе")
    • 1.2. Світські коливання сонячної активності (варіації Глісберга)
    • 1.3. Мінливість від світської до тисячолітньої: непрямі показники сонячної активності
  • 2. Вплив 11-річного сонячного циклу на клімат Землі
    • 2.1. Вплив на поверхню Землі
    • 2.2. Вплив на стратосферу
    • 2.3. Можливий вплив на утворення хмар
  • 3. Вплив світської мінливості на клімат: останнє тисячоліття
  • 4. Висновок

Фокус

  1. Грей, Л. Дж. Та ін. (2010). Сонячний вплив на клімат. Огляд геофізики, 48, RG4001, http://dx.doi.org/10.1029/2009RG000282
  2. Masson-Delmotte, V., et al. (2013). Глава 5: Інформація з архівів палеоклімату. В: Зміна клімату 2013: Основи фізичної науки. Внесок Робочої групи I до п’ятого звіту про оцінку Міжурядової групи з питань зміни клімату. Стокер, Т.Ф. та ін. (ред.). Cambridge University Press, Кембридж, Великобританія та Нью-Йорк, Нью-Йорк, США. Доступний в Інтернеті за адресою http: //www.ipcc.chhttp: //www.ipcc.ch.
  3. Соланки, С. К., Н. А. Кривової та Дж. Д. Хайга. (2013). Мінливість сонячного опромінення та клімат. Щорічний огляд астрономії та астрофізики, 51, 311-351, http://dx.doi.org/10.1146/annurev-astro-082812-141007

Вам також сподобається

Сонячні енергії

Зазвичай називають сонячну енергію, обмежуючи цю енергію видимим випромінюванням. Але Сонце ...

Жан ЛІЛЕНСТЕН, директор з досліджень CNRS, IPAG (Гренобльський інститут планетології та астрофізики), UGA.

Теплове випромінювання від чорного тіла

Чому при нагріванні змінюється колір металу? Як ви визначаєте температуру ...

Елі БЕЛОРІЗКИ, колишній професор Університету Джозефа Фур'є, LIPhy (Міждисциплінарна лабораторія фізики), UGA

Зміна клімату: які наслідки для нашого здоров’я ?

У період з 2030 по 2050 рік, як очікується, зміна клімату призведе до майже 300 000 смертей ...

Еммануель ДРУЕ, доктор фармацевтичних наук, професор Університету Гренобль-Альпи, викладач-дослідник Інституту структурної біології UMR 5075 CNRS UGA CEA, Гренобль.