Диссертация (Влияние вариаций космических лучей на динамические процессы в нижней атмосфере Земли), страница 4

Чижевский (18971964). Результаты своих работ он изложил в монографии «Земное эхо солнечных бурь»18[73]. В ней рассматривается вопрос о влиянии солнечной активности не только наклимат, но и на различные явления в социальной сфере, такие как войны, революции,цикличность различных эпидемических заболеваний. Однако в данной работеотсутствуют статистические оценки полученных результатов и выводы о связи тех илииных явлений с солнечной активностью делаются только на основании внешнегосходства исследуемых временных рядов, поэтому данную работу можно считать скорееописательной.Кнастоящемувременипроведенобольшоеколичествоисследований,показавших, что воздействие солнечной активности на состояние нижней атмосферыпроявляется на широком спектре временных шкал, начиная от нескольких дней изаканчивая вековыми вариациями климата Земли.ДлявременныхоценкишкалахинтенсивностиобычносолнечнойпользуютсяактивностичисламиВольфанадлиннопериодных(W),являющимисяхарактеристикой количества активных областей на Солнце.

Постоянная регистрациячисла солнечных пятен ведётся с 1750 г. Для реконструкции солнечной активности вболее ранние периоды используют данные по концентрации космогенных изотоповуглерода и1014СВе бериллия в ископаемой древесине и кернах льда, соответственно[напр., 12, 77, 84, 94], а также других природных архивах.Анализ концентрации изотопа углерода14С в стволах реликтовых деревьевпозволил Дж.

Эдди [77, 94] реконструировать уровень солнечной активности до 1050года (см. рисунок 1.1) Сопоставив его с различными климатообразующими факторами,Эдди установил, что максимумы солнечной активности сопровождались отступлениемальпийскихледников,уменьшениемкоэффициентасуровостизимиобщимпотеплением климата, а периодам минимумов солнечной активности соответствовалиглобальные похолодания. Например, малый ледниковый период (Little Ice Age, XVIIвек) совпал с Маундеровским минимумом солнечной активности (16451715 гг.),глобальное похолодание в XV веке – с минимумом Шпёрера (14601550 гг.). Также вработе Эдди [94] обнаружена корреляция зимних температур в центре Европы (Парижеи Лондоне) с вековым циклом Глайсберга, характеризующим изменение амплитуды 11летних солнечных циклов.В работе [129] была проведена реконструкция солнечной постоянной с 1610 г.

доконца ХХ в. Обнаружено, что до 1800 г. вариации солнечной постоянной довольно19хорошо коррелируют c температурными аномалиями в северном полушарии (r = 0.86),тогда как для периода после 1800 г. коэффициент корреляции несколько ниже (r = 0.73).Авторы объясняют это тем, что до 1800 г. вариации температуры северного полушарияопределялись, в основном, влиянием солнечной активности. Более позднее снижениекоэффициентакорреляции,по-видимому,связаносвлияниемнаатмосферуиндустриального периода ХХ века. В данной работе также проведена экстраполяциясвязи солнечной постоянной и приповерхностной температуры в доиндустриальныйпериод (ранее 1860 г.) и показано, что наблюдаемый в конце ХХ века рост среднейтемпературы атмосферы приблизительно на 1/3 может быть объяснён усилениемсолнечной активности и на 2/3 объясняется влиянием антропогенного фактора.Рис.

1.1 Вариация концентрации изотопа углерода14С (1050-1900 гг.), числа Вольфа(1700-1900 гг.), коэффициент суровости зим в Париже и Лондоне; источник [94].В ряде работ обнаружены корреляции различных климатических параметров свековыми циклами солнечной активности.

Распоповым и др. [58, 157, 158] на основеанализа палеоклиматических данных было показано наличие региональной зависимостиатмосферного отклика в вариациях летней температуры в различных регионах земногошара на 200-летние вариации солнечной активности (цикл Вриеса), при этом наиболеестабильный атмосферный отклик проявляется в районах Центральной Азии, ЗападнойКанады и Гренландии.20Георгиевой и др. [101] были исследованы восстановленные за последние 400 летвариации индекса североатлантической осцилляции (индекс NAO), являющегосякосвенной характеристикой интенсивности зональной циркуляции в умеренныхширотах северного полушария. Авторами показано, что корреляция между солнечнойактивностью и атмосферной циркуляцией на вековых временных шкалах зависит отасимметрии пятнообразовательной деятельности Солнца.

При более активном северномполушарии Солнца рост солнечной активности в ходе векового цикла Глайсбергаприводит к увеличению частоты появления меридиональных форм циркуляции, приболее активном южном полушарии рост солнечной активности сопровождаетсяувеличением числа зональных форм.Другими свидетельствами наличия солнечно-климатических связей на вековых имультидекадных временных шкалах являются данные о корреляции скоростинакопления донных осадков в североамериканских озёрах, имеющие периоды в 200, 4050 и 20-25 лет, с изменением уровня солнечной активности [78, 133]. Таким образом,результаты приведённых выше работ свидетельствуют о наличии заметного влияниясолнечной активности на атмосферные процессы на длительных временных интервалах(десятки и сотни лет).Что касается эффектов солнечной активности на декадной и бидекаднойвременных шкалах, ряд исследований показал, что многие атмосферные параметрылучше коррелируют с 22-летним (хейловским) солнечным циклом, чем с 11-летним.Цикл Хейла обусловлен особенностями эволюции магнитного поля Солнца: онпроявляется в изменении направления магнитного поля ведущих пятен групп каждые 11лет и составляет 22 года, включая в себя два последовательных 11-летних цикла.

Вовремя четных циклов солнечной активности (по Цюрихской нумерации, согласнокоторой 11-летний солнечный цикл с максимумом в 1750г. считается нулевым) вмежпланетном магнитном поле (ММП) создаётся параллельная магнитному полю Землисеверная компонента, которая экранирует атмосферу планеты от вторжения частицкосмических лучей. В нечетных солнечных циклах ММП имеет антипараллельнуюмагнитному полю Земли южную составляющую, наличие которой увеличиваетвероятность магнитного пересоединения на магнитопаузе, что приводит к увеличениючастотывозникновениягеомагнитныхвозмущенийиболееинтенсивномупроникновению ГКЛ в атмосферу [71].

В качестве иллюстрации на рис. 1.2 из работы21Огурцова с коллегами [143] приведена вариация скорости счета нейтронного монитора вКлаймаксезапериод1953-2002 гг,атакжеинтенсивностьпотоковГКЛ,проинтегрированная по длине 11-летних циклов солнечной активности. Как видно изрисунка, интегральная интенсивность потоков ГКЛ в нечетных циклах солнечнойактивности (имеющих форму плато) оказывается больше, чем в четных (имеющихпикообразную форму).Рис. 1.2 Скорость счёта нейтронного монитора (А) на ст. Клаймакс и интенсивностьпотоков КЛ, проинтегрированная по длине 11-летнего цикла солнечной активности (В) [143].Действительно, имеется ряд работ, свидетельствующих о наличии вариацийразличных климатических параметров с периодами, близкими к 22 годам. Например, 22летняя периодичность обнаружена в повторяемости засух в западной части США [43,47], вариациях температуры в центральной Англии [88], концентрации изотопакислорода в ледниках Гренландии [108], температуры и влажности в Швейцарии [55],22ширины годовых колец реликтовых деревьев Кольского полуострова [156], частотывозникновения ураганов над Тихим и Атлантическим океанами [140].Как было показано в ряде работ, влияние солнечной активности в четных инечетных 11-летних циклах может носить различный характер.

Так, Болотинской [6]была выявлена связь между частотой формирования крупных аномалий давления вАрктике и 22-летним циклом солнечной активности. В нечетных циклах эти параметрыизменяются в фазе, а в четных циклах – в противофазе. В последующих работахБолотинской [7] было обнаружено, что на фоне роста солнечной активности в четныхциклахпроисходитувеличениеповторяемостизональныхформатмосфернойциркуляции, в нечетных циклах – меридиональных форм. Карклиным [28], Олем иСлепцовым-Шелевичем [48] был обнаружен противоположный характер колебанийатмосферного давления в умеренных и высоких широтах северного полушария в ходечетных и нечетных 11-летних солнечных циклов. В максимумах нечетных цикловнаблюдалось понижение атмосферного давления в умеренных широтах и егоповышение в высоких широтах.

В максимумах четных циклов наблюдалась обратнаяситуация: в поясе умеренных широт атмосферное давление возрастало, а в низкихширотах – понижалось.Следует отметить, что в некоторых атмосферных параметрах могут одновременнопрослеживаться декадные и бидекадные циклы. Например, в работе Пудовкина иЛюбчича [51] было показано, что приземная температура воздуха в Ленинграде (60º N)наряду с 11-летними вариациями, испытывает также и 22-летние.

Результатыспектрального анализа чисел Вольфа, вариаций зимних температур в Санкт-Петербургеза период 1775-1982 гг. и индекса геомагнитной активности С9 приведены на рис. 1.3.Как можно видеть из рисунка, в спектрах температуры и индекса геомагнитнойактивности С9 обнаруживаются близкие по амплитуде гармоники длительностью 11 лети 22-23 года.Приведённые выше данные свидетельствуют о том, что наблюдаемые 22-летниевариации климатических параметров могут быть обусловлены соответствующимивариациями потоков ГКЛ и геомагнитной активности.23Рис. 1.3.