Диссертация (1097516), страница 28
Текст из файла (страница 28)
В работах [Распопов, Ловелиус,Шумилов, Касаткина, 2001; Огурцов и др., 2010; Гусев, 2011] основные климатическиепериодичности рассматриваются как отклик нелинейной колебательной системы навнешнюю вынуждающую силу в виде циклических вариаций солнечной активности.163164Рис. 5.8. Примеры спектров дендрохронологических вариаций с ярко выраженнойсолнечной цикличностью. а) Кольский п-ов, Апатиты (67.5ºс.ш., 33.5ºв.д.), период 16012000 гг.; б) Северная Финляндия, Луосто (67ºс.ш., 27ºв.д.), 1635-1998 гг., в) Испания(36ºс.ш., 5ºз.д.), 1728-1982 гг.
Здесь и на рис. 5.9 и 5.10 сплошная и штриховая линии –границы 90%-ного и 99%-ного доверительных интервалов соответственно.Рис. 5.9. Примеры спектров климатических вариаций, обусловленных собственнымиколебаниями системы океан-атмосфера-материк: а) Словения, 1751 – 1991 гг.,вариации годичного прироста колец деревьев; б) Фарерские о-ва, Торсхавн (62ºс.ш.,6.8ºз.д.), 1867 – 2003 гг., температурные вариации.165Результаты исследований показали, что в рамках приближения стоячихатмосферныхволнинелинейныхдинамическихсистемможнообъяснитьпространственные и частотные закономерности проявлений солнечной активности врегиональныхпрогностическуюклиматическихценность,вариациях.особенноПолученныйдлязонрезультаттемпературныхимеетконтрастовподстилающей поверхности, существующих, например, в системе океан-материк.5.4 Космофизическая обусловленность 20-22-летней периодичности вклиматических вариациях.Обычно низкочастотные вариации в климатических вариациях связывают ссолнечной вариабельностью.Какправило,проявлениясолнечнойактивностисвязывают с появлением солнечных циклов (11-, 22-, 33-, 80-90, 180-200 лет) вклиматических вариациях.
Известно, что 22-летняя периодичность (цикл Хэйла)обнаружена в климатических записях во многих регионах земного шара, причем частос амплитудой, превышающей амплитуду 11-летнего цикла [Оль, 1969; 1984; Пудовкин,Любчич, 1989; Пудовкин, Морозова, 1999; Вакуленко, Монин, 2000; Башкирцев,Машнич, 2003; Касаткина и др., 2006; Baliunas et al., 1997; Cook et al., 1997; Mendoza etal., 2001; Gusev et al., 2004; Echer et al., 2006].
В то же время проявление 11-летнегосолнечного цикла (цикла Швабе) не является достаточно распространенным [Костин,1968; Комин, 1969; Авдюшин и др., 1982; Кочаров и др., 1986; Башкирцев, Машнич,2003; Касаткина и др., 2006; Currie, 1993; Briffa et al., 1992; Thejll, 2001].Периодичность около 88-90 лет (цикл Глейсберга) проявляется в климатическиххарактеристиках еще реже [Briffa et al., 1992; Stocker, 1994]. Что же касается 33-35летнего цикла (цикл Брюкнера), то его физическая природа до конца не изучена, хотя исуществует ряд данных о том, что этот цикл связан с солнечной активностью[Касаткина и др., 2006; Landscheidt, 1999; Gonzalez et al., 1993]. Этот цикл былобнаружен в климатических вариациях лишь в отдельных регионах (СевернаяФинляндия [Касаткина и др., 2006; Stocker, 1994] (см.
рис.5.8б), Кольский п-ов[Распопов и др., 1998; Касаткина и др., 2006] (см. рис. 5.8а), Пиренейский п-ов[Касаткина и др., 2006] (см. рис. 5.8в), Северная Америка [Scuderi, 1993; Dean et al.,2002], Мексика [Mendoza, Diaz-Sandoval, 2001], Чили [Roig et al., 2001], Тасмания [Cooket al., 1995]).На рис.
5.8 в качестве примеров проявления солнечной цикличности вклиматическихвариацияхприведеныспектрынекоторыхдревесно-кольцевых166хронологий: Кольский п-ов, Апатиты (67.5ºс.ш., 33.5ºв.д.) (рис. 5.8.а); СевернаяФинляндия, Луосто (67ºс.ш., 27ºв.д.) (рис 5.8б) и Испании (36ºс.ш., 5ºз.д.) (рис. 5.8в).Следует отметить отсутствие в вариациях древесно-кольцевых хронологий Кольскогоп-ова и Северной Финляндии основного 11-летнего солнечного цикла, которыйпредставляет собой период колебаний числа солнечных пятен и проявляется также ввариациях солнечной радиации и галактических космических лучей [Lean et al., 1995;Svensmark, Friis-Christensen, 1997]. Вместе с тем, в этих хронологиях отчетливовыделяется 22-летний период (см. рис.
5.8а,б). На рис. 5.10 также приведены примерыспектров двух древесно-кольцевых хронологий, полученных по северной Сибири, п-овТаймыр (72.5ºс.ш., 105.2ºв.д.) [Jacoby et al., 2000] (рис. 5.10а) и Фенноскандии, г.Стокгольм (59ºс.ш., 18ºв.д.) (рис.
5.10б). Следует сказать, что древесно-кольцевыехронологии по Кольскому п-ову и Северной Финляндии, приведенные на рис. 5.8,получены и обработаны при участии автора. Остальные хронологии были взяты изМеждународного дендрохронологического банка. Как видно из рис. 5.10, в этихвариациях из периодичностей, соответствующих солнечным циклам, присутствуеттолько 20-22-летняя периодичность. Таким образом, приведенные результатыспектрального анализа подтверждают вывод о наибольшей распространенности 20-22летней периодичности в климатических вариациях.Как уже упоминалось выше, основными гелиогеофизическими факторами,влияющими на климат и состояние атмосферы, являются солнечная радиация [Reid,1991; Lean et al., 1995; Haigh, 1996; Douglass, Clader, 2002] и интенсивность солнечных(СКЛ) и галактических (ГКЛ) космических лучей, влияющих на состояние облачногопокрова атмосферы [Касаткина и др., 1999; Шумилов, Касаткина, 2005; Shumilov,Kasatkina et al., 1996; Svensmark, Friis-Christensen, 1997; Kasatkina, Shumilov, 2006;Palle, Butler, 2000; Svensmark, 2000; Carslaw et al., 2002].
Циклы Швабе и Глэйсбергаприсутствуют как в вариациях солнечной радиации, так и галактических космическихлучей [Tinsley et al., 1989; Lean et al., 1995; Svensmark, Friis-Christensen, 1997;McCracken et al., 2001a]. Что касается цикла Брюкнера, который достаточно редконаблюдается в климатических вариациях, то существует ряд свидетельств о егосолнечном происхождении. Этот цикл присутствует в вариациях магнитного индексаАр и числа солнечных пятен, хотя и является нестабильным [Gonzalez et al., 1993], атакже в вариациях длины 11-летнего солнечного цикла [Landscheidt, 1999].
В работе[Landscheidt, 1999] в качестве основной причины 33-35-летней периодичностирассматриваются осцилляции Солнца относительно центра масс Солнечной Системы.Как известно, 22-летний цикл или цикл Хэйла, связанный с переполюсовкой167магнитного поля на Солнце, практически не заметен ни в вариациях числа солнечныхпятен и солнечной радиации [Lean et al., 1995], ни в космическом излучении [Webber,Lockwood, 1988].Рис. 5.10. Примеры спектров дендрохронологических вариаций с периодичностью 20-22-летней периодичностью: а) Северная Сибирь, п-ов Таймыр (72.5ºс.ш., 105.2ºв.д.),1561-1997 гг.; б) Швеция, г. Стокгольм (59ºс.ш., 18ºв.д.), 1660-1995 гг.168Существует три возможных объяснения 20-22-летней периодичности вклиматических вариациях:1.
Одно из них связано с предположением о том, что этот цикл может бытьсвязан с нелинейным откликом климатической системы, которая в данном случаерассматривается как нелинейная динамическая система, на солнечный сигнал(например, удвоение 11-летнего периода солнечного цикла) [Хакен, 1985]. Этотмеханизм уже рассматривался достаточно подробно в предыдущем разделе.
Но врамках этого механизма не всегда можно объяснить практически повсеместноеприсутствие 20-22-летнего цикла в климатических вариациях (см. п. 5.3).2. Другое объяснение предлагается в работе [Ogurtsov et al., 2003]. В данномслучае интерпретация основана на предположении о том, что интегральный поток ГКЛкак бы удваивается во время 11-летних циклов с положительной полярностью (т.е.,когда магнитное поле направлено от Солнца) [Ogurtsov et al., 2003]. На рис. 5.11 изработы [Ogurtsov et al., 2003] приведено схематическое изображение чередующихся 11летних циклов солнечной активности.
Действительно, интегральный поток ГКЛ будетнемного ниже во время «отрицательных» 11-летних солнечных циклов, как об этомсвидетельствуют экспериментальные данные [Webber, Lockwood, 1988; Bravo, Cruz-Abeyro, 1996] (см. рис. 5.12 [Webber, Lockwood, 1988]). Но, принимая во внимание, чтоамплитуда 11-летних вариаций ГКЛ на поверхности Земли не превышает, в среднем,18% [Tinsley et al., 1989; Shea, Smart, 2004], вряд ли можно ожидать, что какая-либочасть от этой величины может вызвать значительные климатические изменения черезвариации в облачном покрове, хотя и не исключена возможность преобладания 20-22летнего цикла в вариациях ГКЛ во время Маундеровского минимума солнечнойактивности [Кочаров, Перистых, 1991]. Кроме того, авторы [Ogurtsov et al., 2003]утверждают, что 20-22-летняя периодичность в климатических вариациях наблюдается,главнымобразом,ввысокихширотах.Однако,экспериментальныеданныесвидетельствуют о более широкой распространенности 20-22-летней периодичности вклиматических вариациях [Оль, 1969; 1984; Комин, 1969; Башкирцев, Машнич, 2003;Baliunas et al., 1997; Cook et al., 1997; Gusev et al., 2004; Kasatkina et al., 2007].3.
Автором работы впервые было высказано предположение, что 20-22–летняяпериодичность, наблюдаемая в вариациях различных климатических параметров,связана с увеличением количества космической пыли внутри солнечной системывследствие ослабления величины магнитного поля Солнца при смене знака во времясолнечных максимумов [Kasatkina et al., 2006b; 2007; Shumilov, Kasatkina et al., 2006b].169Рис. 5.11. Схематическое представление вариаций ГКЛ в 11-летнем и 22-летнемциклах солнечной активности [Ogurtsov, 2003].Рис.
5.12. Среднемесячные значения вариаций нейтронного монитора по даннымстанции Маунт Вашингтон [Webber, Lockwood, 1988].Магнитное поле Солнца предохраняет Солнечную систему от проникновениямежзвездной пыли, частицы которой могут быть сфокусированы в плоскостиэклиптики или отклоняться от нее в зависимости от полярности магнитного поляСолнца, которая изменяется каждые 11 лет [Zank, Frisch, 1999; Frisch, 2000].Результаты недавних экспериментов, проведенных в рамках проекта DUST на борту170космического аппарата Ulysses, показали, что экранировка магнитного поля Солнцабыла ослаблена во время недавнего 11-летнего солнечного максимума (2000 г.), иколичество межзвездной пыли внутри Солнечной системы увеличилось втрое [Landgrafet al., 2003]. Согласно модельным расчетам во время следующего максимума солнечнойактивности при противоположной конфигурации магнитного поля количествомежзвездной пыли внутри Солнечной системы может возрасти ещё больше [Altobelli etal., 2003; Landgraf et al., 2003].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
