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太阳活动如何影响全球变化
发布时间:2018-01-04 07:01:50    来源:中国气象报    编辑:chenjing

太阳作为离地球最近的恒星,是地球气候系统最基本的能量源,同时也是空间天气扰动的主要源头。从长时间尺度看,太阳活动显然会对地球气候产生一定影响。但在百年和十年这样相对较短的时间尺度上,其对气候的影响,尤其对近一百年来气候变暖的影响和贡献如何,却一直存在争议。

太阳活动影响气候系统的机制主要可以分为三大类:第一类是“自下而上”机制,太阳总辐照度可以直接驱动地球的能量收支过程,这是太阳影响气候的最直接途径。第二种为“自上而下”机制,即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(比如臭氧的变化),通过行星波作用等将变化传递到对流层,引起天气气候变化。第三种是能量粒子(包括太阳能量粒子和银河宇宙射线)机制,太阳通过高能粒子影响云形成的微观物理过程来影响气候。前两种都与太阳辐射有关(前者与总辐射有关,后者主要与紫外辐射有关),第三种则与能量粒子有关。

地球表面温度变化与太阳周期控制

太阳总辐照度是大气层上层从太阳接收的总能量。太阳对地球表面温度变化的影响主要由平均长度为11年的太阳周期控制。“科学家利用太阳黑子数、太阳活动周期长度、地磁指数等数据对太阳辐照度变化进行建模测量。结果表明,1750年后,太阳总辐照度的变化在0.1%至0.6%之间。”国际知名太阳物理学家保罗·布雷克说。

据IPCC第五次评估报告称,太阳平均11年的周期性变化可以解释全球温度波动值在太阳活动最低期与最高期之间为何为0.1℃左右。在20世纪初,太阳活动的长期增长趋势以及内部变率、温室气体的增加和火山活动的间断等,可能会放大这一周期内的升温情况。然而,它却不能解释自20世纪70年代末以来所观测到的增长。其中,从1986年到2008年太阳总辐照度甚至略有下降的趋势。

1880年至2012年,全球海陆表面平均温度呈线性上升趋势,升高了0.85℃;2003年至2012年,平均温度比1850年至1900年平均温度上升了0.78℃,这无法由太阳周期变化独立解释。

与太阳总辐照度的变化幅度相比,紫外辐射的波动要大很多,可以达到6%至8%。紫外辐射对加热平流层和臭氧尤其重要。其被平流层吸收后,可导致平流层温度上升,有助于风的生成,从而影响下层天气。例如,平流层中的强风可使急流增强。在太阳极小期,平流层接收到的紫外辐射减小,风力降低,急流也就相应减弱,从而使天气系统滞留时间延长,导致极端天气事件发生。此外,紫外辐射可影响臭氧含量的高低。因此,科学家认为紫外辐射的波动在一定程度上影响了气候变化。

太阳影响对气候可能有弱的降温作用

IPCC第五次评估报告显示,在1951年至2010年期间观测到的全球地表平均温度上升中,超过一半极可能是由人为增加的温室气体浓度和其他人为影响共同造成的。最近的模式研究结果也表明,20世纪上半叶,全球增暖主要归因于自然因素,其中相当程度上源于太阳影响的增加;而20世纪下半叶和21世纪初,增暖主要是由于温室气体排放。而对于最近20年的情景,有研究认为,太阳影响可能对气候起到一个弱的降温作用。

布雷克说:“人类活动或自然气候变率均无法单独解释过去150年间的温度变动。无论造成过去气候变化的机制是什么,这种机制对于解释当前的气候变化可能仍然适用,将来也很可能继续适用。我们需要不断改进气候模式,并将自然气候变率更好地纳入进来。我们唯一能够确定的是,太阳在未来100年中将不会恒定不变。此外,不同的太阳活动或人类活动影响可能限制在某些具体区域,而不是全球尺度,并且其对气候的影响也可能并不会立即产生作用。”

太阳活动和气候系统的变化都非常复杂,寻找、厘清甚至量化这两个复杂系统的关系难上加难,即使找到二者的关系,要将人类活动引起的气候变化与太阳周期性变化引起的气候变化剥离开更是困难重重,更何况相关关系并不等同于因果关系。很多研究结果表明,气候响应有明显的区域性差异,不少科学家认为这可能涉及信号放大机制和系统敏感性问题。因此,在区域尺度上,未来的研究需高度重视局地气候系统的作用。

 

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