АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2007, том 41, № 6, с. 568-576
УДК 523
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ НА ЗЕМЛЕ И ВОЗМОЖНАЯ ИХ СВЯЗЬ С ВАРИАЦИЯМИ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ
© 2007 г. В. А. Алексеев
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва Поступила в редакцию 12.09.2005 г. После исправления 03.05.2007 г.
Глобальное потепление на Земле в течение последнего столетия отмечено в работах многих исследователей. Наиболее значимыми факторами, ведущими к изменению климата, считаются увеличение концентрации в атмосфере "парниковых" газов, катастрофические извержения вулканов и колебания солнечной активности. Характер климатических изменений и возможная их взаимосвязь с вариациями солнечной активности рассмотрены в статье с привлечением данных глобальной сети метеорологических станций об изменениях температуры с 1880 г. в разных районах земного шара, а также информации о вариациях относительного числа солнечных пятен за последние 300 лет и временных изменениях полной солнечной радиации. Увеличение среднегодовых значений числа солнечных пятен как в 11-летних, так и в вековом циклах найдено равным в среднем около 0.2% в год. Рост приземной температуры для всей поверхности Земли в интервале 1880-2004 гг. составил Д/ = 0.61 ± 0.04°С. Найдено различие значений Д/, рассчитанных для временных интервалов с разным уровнем солнечной активности в 11-летних циклах. Это различие наиболее четко проявилось для высоких широт суши северного полушария. Медианные значения в распределениях среднегодовой приземной температуры для суши, океана и всей земной поверхности в годы высокой солнечной активности в вековом цикле значимо превышают соответствующие значения, относящиеся к годам низкой солнечной активности. Заметные понижения температуры (на ~0.1-0.2°С) в интервалах ~1900-1920 и 1945-1980 гг., вероятнее всего, связаны с нарушением радиационного баланса из-за большого числа катастрофических извержений вулканов в эти интервалы времени. Значительное потепление за последние три десятилетия обусловлено, наиболее вероятно, существенным увеличением в последние десятилетия скорости поступления углекислого газа в атмосферу и соответствующим значительным увеличением его концентрации. Значимость этого фактора глобального потепления усиливается, если учесть уменьшение солнечной активности в вековом цикле после 1970 г.
РАС8: 92.60.Ry, 96.60.Q-
ВВЕДЕНИЕ
Результаты многолетних исследований убедительно свидетельствуют о существенном повышении температуры на Земле за последние десятилетия. Тренды глобальной температуры изучены многими исследователями с привлечением обширных данных сети метеорологических станций об изменениях температуры с конца Х1Х столетия в разных районах земного шара. Согласно заключению Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), глобальная средняя приземная температура (среднее значение температуры воздуха около поверхности суши и температуры поверхности моря) в Хх столетии увеличилась на 0.6 ± 0.2°С (Climate ... , 2001). Наиболее значимыми факторами, ведущими к изменению климата, считаются увеличение концентрации в атмосфере "парниковых" газов (С02, CH4, N2O и др.), образование в стратосфере сернокислых аэрозолей при катастрофических извержениях вулканов и колебания солнечной активности.
Вопрос об антропогенном изменении климата впервые привлек внимание правительственных организаций в нашей стране, где в 1961 г. Коллегия Гидрометслужбы признала возможность антропогенного потепления (Антропогенные., 1987). Резкое увеличение концентрации многих парниковых газов в атмосфере связано с началом индустриальной эры. В результате, главным образом, сжигания ископаемых видов топлива концентрация С02 в атмосфере возросла с 0.028 об. % в 1750 г. до ~0.037 об. % в 1990 г. (Climate ... , 2001), т.е. более чем на 30%. Содержание метана в атмосфере за этот же период увеличилось почти на 150 об. %. Первая реальная оценка ожидаемого в течение XXI столетия роста концентрации углекислого газа и средней температуры воздуха у земной поверхности была дана в начале 1970-х годов (Будыко, 1972). Согласно этой оценке за 120 лет (1950-2070 гг.) температура воздуха должна повыситься на 2.5°С в результате увеличения концентрации углекислого газа в атмосфере примерно в 2 раза. Установлено, что зависимость температуры нижнего слоя атмосферы от кон-
центрации углекислого газа имеет логарифмический характер, причем при удвоении концентрации С02 температура может возрасти, по данным разных исследователей, от 2 до 4°C (Будыко и др., 1986; Антропогенные... , 1987). Эмпирические оценки чувствительности климата к изменению содержания углекислого газа в атмосфере обобщены в работах (Винников, 1986; Антропогенные. , 1987) и детально обсуждены в (0™^®... , 2001).
Значительное влияние на погоду и климат Земли могут оказывать вулканические извержения. Одна из первых работ, в которой понижение приземной температуры воздуха связывалось с уменьшением потока солнечной радиации после крупных вулканических извержений, была выполнена Будыко и Пивоваровой (1967). Детальный анализ влияния вулканических извержений на климат Земли дается в работах (Будыко и др., 1986; Вулканы., 1986; Robock, 1978; 2000). В результате обстоятельных исследований установлено, что слой сернокислого аэрозоля, формирующийся в стратосфере после катастрофических извержений из выброшенных вулканами серосодержащих газов, оказывает существенное влияние на радиационный и термический режим Земли. В то время как частицы пыли выпадают на землю в течение нескольких недель, SO2 медленно превращается в аэрозоль серной кислоты и таким образом может оставаться в стратосфере до нескольких лет. Присутствие капель кислоты в стратосфере уменьшает прозрачность атмосферы, в результате чего величина солнечной радиации для больших территорий может оказаться уменьшенной на 10-20% (Будыко и др., 1986). Глобальные выпадения сернокислого аэрозоля после катастрофических извержений составляют многие миллионы тонн (Вулканы., 1986). Так, например, изучение профиля содержания серной кислоты в колонках снега на нескольких антарктических станциях (Legrand, Delmas, 1987) позволило оценить для ряда извержений глобальное выпадение серной кислоты, которое составило ~150 Тг (1Тг = 1012 г) после извержения вулкана Тамбора (Tambora) в 1815 г. (самое крупное извержение на Земле за последние два столетия) и ~30 Тг после извержения вулкана Агунг (Agung) в 1963 г. (оба события произошли в Индонезии). Среднее понижение температуры от этих двух извержений составило, по оценке (Legrand, Delmas, 1987), ~0.75 и ~0.35°C соответственно.
Рассмотрению климатических изменений на Земле в разные периоды времени в зависимости от вариаций солнечной активности посвящены работы многих исследователей (Robbok, 1978; Будыко и др., 1986; Винников, 1986; Антропогенные., 1987; Lean и др., 1995; Marsh, Svensmark, 2000; 2003; Ammann и др., 2003; Egorova и др., 2004; Mendoza, 2005; Crooks, Gray, 2005; Мохов и др., 2006; Valev, 2006). Сопоставление эффективности воздействия различных факторов на климат показало, что в неко-
торые периоды времени увеличение солнечной активности оказывалось не только заметным, но и определяющим в росте температуры приземного воздуха (Ammann и др., 2003; Mendoza, 2005).
Характер климатических изменений и взаимосвязь различных факторов, определяющих климат, могут быть прослежены с привлечением обширных данных глобальной сети метеорологических станций об изменениях температуры с 1880 г. в разных районах земного шара. В предлагаемой работе проведен анализ вариаций среднегодовых значений приземной температуры в различных районах Земли за последние 125 лет по данным (http://www1.ncdc ..., 2004; Lugina и др., 2005; Hansen и др., 2006; Jones и др., 2006), оценены интервалы вариаций и медианные значения температуры для различных периодов векового цикла солнечной активности; приведены результаты сравнительного анализа изменений температурных аномалий в годы высокой и низкой солнечной активности в 11-летнем цикле.
ВАРИАЦИИ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ
И ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ
Среди индексов, характеризующих многолетние изменения солнечной активности, широкое распространение получили относительные числа солнечных пятен R. Наиболее важной чертой динамики пятен являются их временные вариации, среди которых наиболее известна 11-летняя периодичность. Амплитуда 11-летних циклов модулируется более продолжительными изменениями, среди которых за последние ~250 лет преобладает "вековой" цикл -вариация с периодом Т ~ 90-100 лет (Витинский и др., 1986; Ривин, 1989). Аналогичные периодические изменения свойственны и полной солнечной радиации (Lean и др., 1995; Lean, 2000).
Изменения солнечной активности и приземной температуры сопоставлены на рис. 1. На рис. 1а (кривая 1) показаны вариации среднегодовых относительных чисел солнечных пятен в 28 11-летних циклах (от -4 до 23) в интервале времени 17002004 гг. по данным (ftp://ftp.ngdc.). Эти данные были привлечены для построения кривой, характеризующей изменения солнечной активности в вековом цикле: максимальные значения среднегодовых чисел солнечных пятен были аппроксимированы кривой 2 (рис. 1а), сглаженной методом Глайсберга (Витинский и др., 1986). Для изменений солнечной активности в 11-летнем и вековом циклах рассчитаны линии регрессии, параметры которых приведены в табл. 1. Из этих данных видно, что для всего временнóго интервала (17002004 гг.) наблюдается тенденция увеличения солнечной активности со временем как в вековом, так и в 11-летнем циклах: значения коэффициента В значимо выше нуля.
г, °С (б)
Годы
Рис. 1. Изменения среднегодовых относительных чисел солнечных пятен в 11-летнем (1) и вековом (2) циклах солнечной активности в интервале 1700-2004 гг. 3 и 4 - соответствующие линии регрессии - (а); (б) - изменение среднегодовых значений температуры приземного воздуха Земли в интервале 1880-2004 гг. до (5) и после (б) сглаживания; 7 - линия регрессии; Д - увеличение температуры за 125 лет: 0.61 ± 0.04°С.
На рис. 1а видно, что рассмат
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.