Диссертация (1097516), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Следуетотметить, что приведенные выше оценки требуют дальнейших экспериментальнойподтверждений. С другой стороны известно, что циклические вариации солнечнойрадиацииотличаютсявразличныхспектральныхинтервалах,например,вультрафиолетовой области спектра они могут на два порядка превышать интегральнуювеличину [Unruh et al., 1999; Lean, 2000; Woodard, Libbrecht, 2003].К настоящему времени не существует общепринятого механизма воздействиясолнечной активности на климат, но главной особенностью всех предлагаемыхмеханизмов является «триггерный» характер такого воздействия [Пудовкин, Распопов,1992; Касаткина и др., 1999; Авдюшин, Данилов, 2000; Шумилов, Касаткина, 2005;Tinsley et al., 1989; Tinsley, Deen, 1991; Haigh, 1996; Shumilov, Kasatkina et al., 1996;Svensmark, Friis-Christensen, 1997; Tinsley, 2000; Danilov, Lastovicka, 2000; Palle, Butler,2000; Yu, 2002; Kasatkina, Shumilov, 2005].
В работе [Авдюшин, Данилов, 2000],например, выделяют три возможных механизма реализации солнечно-погодных связей:динамический [Смирнов, 1984; King et al., 1977; Haigh, 1996], электрический [Tinsley etal., 1989; Tinsley, Deen, 1991; Tinsley, 2000], оптический [Шумилов и др., 1991;Пудовкин, Распопов, 1992; Шумилов, Касаткина и др., 1996б; 1997; Shumilov et al.,1992; Shumilov, Kasatkina et al., 1993a; 1995; 2003a].Восновединамическогомеханизмалежитспособностьвнутреннихатмосферных волн широкого спектра (от акустико-гравитационных до планетарных)осуществлятьобменэнергиеймеждуразличнымислоямиатмосферыираспространяться на значительные расстояния от источника (см.
Главу 4) [Смирнов,1984; Авдюшин, Данилов, 2000; King et al., 1977]. Условия генерации и распространенияакустико-гравитационных волн подробно рассматривались в Главе 4. Планетарныеволны связаны с распределением давления (или температуры) атмосферы вдоль кругашироты [Авдюшин, Данилов, 2000]. Передача солнечной энергии из стратосферы втропосферу в этом случае определяется взаимодействием планетарных волн сзональной циркуляцией в стратосфере [Авдюшин, Данилов, 2000; Ruzmaikin et al., 2004].154Одним из источников генерации акустико-гравитационных волн, как это было показанов Главе 4, является джоулев нагрев ионосферы при высыпании частиц во времяавроральных возмущений [Maeda, Young, 1966], сверхзвуковое движение на югавроральных дуг [Wilson, 1967], солнечные протонные события [Boska, Lastovicka,1996] и всплески рентгеновского излучения [Нетреба, 1996], вторжение в атмосферуметеорных тел [Голицын и др., 1977; Шумилов, Касаткина и др., 2003; ReVelle, 1976;2004; Evers, Haak, 2002; Brown et al., 2002; Shumilov, Kasatkina et al., 2003e,f; Edwards etal., 2006].
В свою очередь, ультрафиолетовая радиация с длиной волны в интервале 220– 290 нм (с максимумом поглощения при λ=254 нм) сильно поглощается озоном встратосфере [Матвеев, 2000], за счет чего происходит разогрев стратосферы и, какследствие, генерация внутренних атмосферных волн и изменение циркуляционногорежима в стратосфере [Авдюшин, Данилов, 2000; Haigh, 1996]. Стратосфернотропосферный обмен определяется состоянием атмосферы [Авдюшин, Данилов, 2000;Haigh, 1996; Perlwitz, Graf, 2001; Ruzmaikin et al., 2004; Baldwin, Dunkerton, 2005].Оптический механизм основан на предположении, что под действиемкоротковолнового излучения Солнца и космических лучей происходит изменениехимического состава и, как следствие, изменение прозрачности атмосферы [Шумилов идр., 1991; Пудовкин, Распопов, 1992; Шумилов, Касаткина и др., 1996б; 1997; Shumilovet al., 1992; Kasatkina et al., 1992; 1993a; 1994a; 1997a; 1999; 2001a,b,c; Shumilov,Kasatkina et al., 1993a; 1995; 2003a] (см.
Главу 1). В Главе 1 было показано, чтовысокоэнергичные солнечные протоны могут приводить к образованию озонных«минидыр» и увеличению двуокиси азота NO2 в высоких широтах, что неминуемодолжно сказываться на термобарическом режиме стратосферы и тропосферы.Существует ряд экспериментальных подтверждений связи солнечных протонныхсобытий с изменениями режима циркуляции в высоких широтах [Мустель, 1966; Вовки др., 1997; 1999; Veretenenko, Thjel, 2004].Два других механизма связаны с образованием аэрозолей и увеличениемоблачности.Электрический механизм рассматривался в серии работ Б.
Тинсли [Tinsley et al.,1989; Tinsley, Deen, 1991; Tinsley, 2000]. Этот механизм связан с проникновением ГКЛ внижнюю атмосферу и изменением ионизации и проводимости воздуха в тропосфере.При этом усиливается поляризационное разделение зарядов, происходит электризациякапель вблизи вершин облаков, что способствует образованию кристаллов льда(«электрозамерзание») [Tinsley et al., 1989; Tinsley, Deen, 1991; Tinsley, 2000].Происходящий процесс изменяет атмосферные характеристики, включая количество155осадков и выделение тепла, в результате чего изменяется индекс завихренности идинамика тропосферы.
В Главе 3 (п. 3.5) показано, что события СКЛ могут привести кзначительным изменениям атмосферного электрического поля, регистрируемым наземной поверхности. Существует ряд экспериментальных фактов, согласно которымвысыпания частиц с гораздо меньшими энергиями (сотни электрон-вольт) вавроральной зоне во время магнитосферных возмущений могут привести к вариациямEz на поверхности Земли [Гапонов и др., 1988; Никифорова и др., 2003; 2005; Hale,Croscey, 1979] (см. Главу 3). Это происходит за счет того, что высыпающиесяэнергичные частицы могут «закоротить» существующие в стратосфере и нижнеймезосфере электрические поля, приводя таким образом к значительным изменениямвеличины Ez на поверхности Земли [Hale, Croscey, 1979; Zadorozhny et al., 1994].В Главе 2 (п. 2.3) приводится подробное описание еще одного механизмавоздействия космических лучей на погоду и климат, связанного с процессом «ионнойнуклеации» [Касаткина и др., 1999; Шумилов, Касаткина, 2005; Shumilov et al., 1993b;2000; Shumilov, Kasatkina et al., 1996b; 2001; Yu, 2002; 2004; Kasatkina, Shumilov, 2005].Из всех предлагаемых механизмов этот механизм является наиболее разработаннымколичественноиподтвержденнымэкспериментально.ВГлаве2показано(количественно и экспериментально), что СКЛ, проникая в атмосферу, могут черезионизацию воздействовать на процессы ионной нуклеации и образования аэрозолей.Вновь образованные аэрозоли могут служить центрами конденсации для болеекрупныхчастиц,чтоприводитувеличениюоблачногопокрова.Результатыэкспериментальных измерений и модельных расчетов с использованием механизмаионной нуклеации показали, что только протонные события типа GLE среднеймощности могут приводить к значительным увеличениям аэрозольной концентрациии, как следствие, образованию озонных «минидыр» (понижений ОСО более 15%) ввысоких широтах [Касаткина и др., 1999; Шумилов, Касаткина, 2005; Kasatkina,Shumilov, 2005].
(Ещё раз подчеркнём, что события GLE по своим физическимхарактеристикам, вообще говоря, являются аналогом ГКЛ). Существует рядэкспериментальных подтверждений связи вариаций космических лучей с изменениямиконцентрации аэрозолей и облачности [Касаткина и др., 1999; Shumilov et al., 1993b;Shumilov, Kasatkina et al., 1996b; Svensmark, Friis-Christensen, 1997; Marsh, Svensmark,2000; Palle, Butler, 2000; Eichkorn et al., 2002; Gerding et al., 2003].Изменения интенсивности космических лучей за 11-летний солнечный циклсоставляют в среднем до 20% на границе атмосферы [Carslaw et al., 2003]. На такую жевеличину, по данным о концентрации Be10 в полярных льдах [Beer et al., 1988],156уменьшился поток космических лучей с начала прошлого столетия в связи сувеличением напряженности межпланетного магнитного поля [Lockwood, Stamper,1999].
Изменения в главном магнитном поле Земли также оказывают модулирующеевоздействие на потоки космических лучей [Васильев, Дергачев, 1995; Beer et al., 1988;Shea, Smart, 2004]. Вариации величины облачного покрова за 11-летний солнечныйцикл составляют 3% (низкой облачности – 1%), что приводит к величине измененийпотока солнечной радиации, достигающей поверхности Земли ΔI = 0.8 – 1.7 Вт/м2[Raspopov et al., 1997; Svensmark, 2000; Carslaw, 2002], которая сопоставима свеличиной «парникового» эффекта в ХХ столетии (ΔI =1.56 Вт/м2) [IPCC, 2001]. Т.е.общее воздействие солнечной активности на тепловой баланс в ХХ столетии составляет~3-3.3 Вт/м2 [Raspopov et al., 1997].
Иными словами, собственно на «парниковый»эффект остается менее 1/3 общего потепления в ХХ столетии. В связи свышеизложенным, вариации космических лучей следует рассматривать в качествеодного из основных климатообразующих факторов.Хотя в настоящее время не отдается предпочтения какому-либо из приведенныхвыше механизмов, последний из них (связанный с механизмом «ионной нуклеации»),где в качестве основного агента солнечно-погодных связей рассматриваются вариациикосмических лучей, является, как уже отмечалось выше, наиболее разработанным сколичественной точки зрения.
Однако следует отметить, что в работе [Jager, Usoskin,2006] приведен сравнительный анализ воздействия на климат двух гелиофизическихфакторов – УФ-радиации и космических лучей. Показано, что вариации глобальнойповерхностной температуры в последние 400 лет более тесно связаны с вариациямиУФ-радиации, чем с космическими лучами [Jager, Usoskin, 2006]. Вместе с тем,вызывает определенные сомнения способ восстановления интенсивности УФизлучения за пределами инструментального периода наблюдений.Приведенные выше факты не исключают воздействия на климат парниковыхгазов, связанных с деятельностью человека, которые могли внести свой вклад вувеличение температуры в ХХ веке (до 50% в последние десятилетия [Krivova, Solanki,2004]).Из природных факторов к наиболее значительным климатообразующимявлениям глобального масштаба следует отнести также вулканическую активность.Например, извержение вулкана Тамбора в 1815 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
