Мороз і сонячна активність: космічні нити земної погоди

Вступ: пошук зв'язку в кліматичному хaosі

Питання про вплив сонячної активності на погодні явища, зокрема на жорсткість морозів, є одним з найбільш інтригуючих і суперечливих в сучасній кліматології та геліофізиці. На побутовому рівні часто можна почути ствердження про зв'язок «сонячних бурь» і аномальних похолодань. Однак наукова картина набагато складніша: пряме і однозначне вплив сонячних спалахів або числа Вольфа на температуру завтрашнього дня — міф. Мова йде про слабкі, але статистично значущі кореляції в довгострокових циклах і через складні ланцюги атмосферних процесів. Пошук цих зв'язків — це детектив з множиною посередників: магнітосфера, стратосфера, океанічні течії.

Сонячна активність: основні індикатори

Ключовими індикаторами активності Сонця є:

Число Вольфа (W) — індекс, що враховує кількість сонячних плям і їх груп. Відображає 11-річний цикл сонячної активності.

Сонячний вітер — поток заряджених частинок (в основному протонів і електронів), швидкість і щільність якого змінюються.

Ультрафіолетове (УФ) і рентгенівське випромінювання — різко зростає під час спалахів.

Галактичні космічні лучі (ГКЛ) — високоенергетичні частинки ззовні Сонячної системи. Їх потік антикорелює з сонячною активністю: в роки максимуму Сонця його магнітне поле і сонячний вітер краще екранують Землю від ГКЛ.

Гіпотетичні механізми впливу на погоду і клімат

Пряме нагрівання атмосфери від спалахів (енергія мізерна порівняно з загальним потоком сонячної радіації) немає. Вчені розглядають кілька опосередкованих каналів:

Вплив через зміну загального ультрафіолетового (УФ) потоку: В період високої сонячної активності УФ-випромінювання може зрости на 6-8%. Це призводить до додаткового нагрівання та зміни циркуляції в стратосфері (шар на висоті 10-50 км). Стратосферні вітри, в свою чергу, можуть «проецироваться» вниз, впливаючи на тропосферні хвилі (наприклад, арктичне коливання — АО) і розподіл атмосферного тиску. Сдвиг АО в негативну фазу сприяє виходу холодного арктичного повітря в середні широти, що може призводити до жорстких морозів в Європі, Північній Америці та Азії.

Гіпотеза про зв'язок через галактичні космічні лучі (ГКЛ) і хмари (Теорія Свенсмарка): Це найбільш суперечливий, але активно вивчений механізм. Данський вчений Генрік Свенсмарк припустив, що ГКЛ, досягаючи нижніх шарів атмосфери, можуть служити центрами конденсації, сприяючи утворенню низької хмари. Більше ГКЛ (в мінімум Сонця) —> більше низьких хмар —> більше альбедо (відбиття сонячного світла) —> похолодання на поверхні. Однак у науковому співтоваристві немає консенсусу щодо значущості цього ефекту для клімату, і багато досліджень не знаходять переконливих доказів сильної зв'язку.

Вплив на інтенсивність планетарних хвиль і блокуючі антициклони: Деякі дослідження (наприклад, російського геліофізика Ю.І. Витинского) вказують на статистичну зв'язок між сонячними циклами і посиленням меридіональних процесів в атмосфері. Це може призводити до формування стабільних блокуючих антициклонів взимку, які «запирають» холодний повітря над континентами, викликаючи тривалі морози (наприклад, аномально холодна зима 1978-79 рр. в Північній Америці).

Що каже статистика і палеокліматологія?

Аналіз інструментальних даних за останні 100-150 років не виявляє простої і сильної кореляції. Зими в роки сонячних максимумів і мінімумів можуть бути як аномально теплими, так і холодними.

Косвальні свідчення: Існують дослідження, що показують, що в мінімуми сонячної активності (наприклад, в період глибокого мінімуму Дальтона на початку XIX століття, що збігається з «малим льодовиковим періодом») кількість екстремальних зимових похолодань в Євразії кілька зростає. Однак це лише невелике зростання ймовірності, а не гарантія.

Великий мінімум Маундера (1645-1715 рр.): Період екстремально низької сонячної активності ( практично повне відсутність плям) збігся з найхолоднішою фазою Малого льодовикового періоду в Європі. Це найбільш переконливий історичний аргумент на користь довгострокового кліматичного впливу. Однак сучасні оцінки показують, що пряме зниження сонячної радіації було невеликим (приблизно 0.1%), і, ймовірно, зіграли роль і інші фактори (вулканична активність, внутрішня зміна клімату).

Чому неможливо передбачити мороз по сонячній спалаху?

Інерція кліматичної системи: Основний «диригент» сезонної погоди в середніх широтах — теплова інерція океанів і стан снігово-льодового покрову. Їх вплив на кілька сильніший, ніж слабкі сигнали від Сонця.

Шум атмосферної циркуляції: Атмосфера — хаотична система, в якій ефект «бабочки» великий. Відокремити слабкий сигнал сонячного впливу на тлі потужних внутрішніх коливань (Ель-Ніньо, Східноатлантичне коливання) дуже складно.

Временний лаг і нелокальність: Навіть якщо зв'язок існує, він проявляється не миттєво, а з затримкою від тижнів до місяців і не локально, а в зміні глобальних шаблонів циркуляції.

Цікаві факти та приклади

Рекордні морози при високій активності: Один з найсильніших зимових холодів у Східній Європі в XX столітті стався в січні 1940 року (нижче Москви до -40°C), коли Сонце перебувало на підйомі до максимуму 17-го циклу. Це яскравий приклад відсутності прямої зворотної зв'язку.

«Ефект хребта» над Росією: Російські дослідники (Г.В. Кузнецов і ін.) зауважують, що в мінімуми сонячної активності взимку частіше формується стабільний антициклон над Сибірі, що дійсно може призводити до більш морозної та малосніжної погоди в центральних регіонах Росії, але до більш теплої — в Європі.

Експеримент CLOUD в ЦЕРНі: Міжнародна група фізиків у Великому адронному колайдері проводить експерименти з моделювання впливу космічних лучів на утворення аерозолів в атмосфері. Попередні дані підтверджують, що ГКЛ можуть посилювати утворення частинок, але їх внесок у загальну кількість ядер конденсації хмар, за останніми оцінками, не перевищує 10-20%.

Сонячні цикли та річні стоки: Чіткіша зв'язок просліджується не з температурою, а з гідрологічним циклом. Існують статистично значущі кореляції між 22-річним циклом Хейла (подвоєний 11-річний) і рівнем опадів/стоку великих річок (Волга, Нил), що може опосередковано впливати на клімат регіону.

Висновок

Вплив сонячної активності на жорсткість морозів — це не простий термостат, який можна включити або вимкнути. Це слабкий модулятор складної кліматичної системи, вплив якого може проявлятися лише як невелике зміщення ймовірності тих чи інших сценаріїв атмосферної циркуляції в багаторічних циклах.

Прямий наказ Сонця: «Завтра буде -30°C» — неможливий. Однак у довгостроковій перспективі (десятиліття, століття) глибокі та тривалі мінімуми сонячної активності, ймовірно, сприяють посиленню меридіональних процесів і збільшенню ризику жорстких зимових вторгнень арктичного повітря в певних регіонах, але лише в поєднанні з іншими факторами. Спроби використовувати сонячні дані для короткострокового прогнозування погоди є безперспективними. Головними ж драйверами зимової погоди залишаються стан Арктики, океанічні коливання та випадкові, але потужні внутрішні флуктуації атмосфери. Отже, зв'язок «мороз — сонячна активність» існує, але він настільки тонкий і опосередкований, що його сліди доводиться шукати в складних статистичних моделях і палеокліматичних архівах, а не в календарі сонячних спалахів.
© elibrary.com.ua

Permanent link to this publication: