Variationer i solstråling

Variationer i solstråling ( solvariationer ) er et udtryk, der karakteriserer ændringer i tid af den aktuelle stråling fra Solen , dens spektrale fordeling og de fænomener, der ledsager disse ændringer. Der er periodiske komponenter af disse ændringer, hvoraf den vigtigste er den elleve-årige solcyklus og aperiodiske ændringer [1] .

Ændringer i Solens lysstyrke har holdt sig på eller under følsomhedsgrænsen for satellitinstrumenter siden begyndelsen af ​​æraen med rumflyvninger og begyndelsen af ​​regelmæssige observationer fra rummet . En lille del af det ultraviolette område varierer inden for få procent. Solens samlede lysstyrke ændres med 0,1 % eller 1,3 W / m² inden for 11-årige aktivitetscyklusser , hvilket blev bestemt i løbet af observationer af de sidste tre cyklusser fra rummet [2] [3] [4] . Den samlede mængde solstråling modtaget ved den øvre grænse af jordens atmosfære er i gennemsnit 1366 W / m² [5] [6] [7] .

Der er ingen direkte målinger af længerevarende ændringer, og målinger baseret på klimafølsomme radioisotopmarkører ( engelsk  proxy ) giver divergerende resultater - på den ene side er der tegn på meget små ændringer (~0,1%) over de seneste 2000 år [8] viser andre undersøgelser en stigning i lysstyrken på ~0,2% siden begyndelsen af ​​det 17. århundrede [9] [10] . Klimaet er påvirket af både vulkansk aktivitet og solaktivitet, som i tilfældet med Maunder Minimum . Ud over ændringer i Solens lysstyrke har den magnetiske aktivitet af solvinden i Jordens magnetosfære og ændringer i den ultraviolette del af Solens spektrum også en mildere effekt på klimaet , men modeller for sådanne påvirkninger på klimaet er dårligt udviklede fra 2009 [11] .

Solaktivitet

Variationer i solstråling er ifølge moderne data hovedsageligt forbundet med ændringer i solens magnetiske aktivitet .

Indflydelsen af ​​Solens fysiske parametre på Jorden

Der er hypoteser om indflydelsen af ​​ændringer i solens fysiske parametre på jordens klima, især på den generelle bestråling. Nogle variationer, såsom ændringen i solens diameter, er nu kun af interesse for astronomi .

Fuld lysstyrkeændringer

• Den overordnede spektrale lysstyrke ændrer sig langsomt over ti år og længere tidsintervaller.
• Variationer under de sidste aktivitetscyklusser forblev inden for 0,1 % [2] .
• Ændringer svarende til solcyklusser med perioder på 9-13, 18-25 og >100 år afspejles i temperaturerne på land og oceaner.
• Efter Maunder-minimum var der en stigning i solens lysstyrke fra 0,1 til 0,6 % over en periode på 300 år, hvor klimamodeller ofte brugte en værdi på 0,25 % [12] .
• Lysstyrkerekonstruktioner baseret på ACRIM -data viser en trend på 0,04% pr. ti år, hvilket indikerer en stigning i lysstyrken mellem minima i observationsperioden [13] . Det er også muligt at observere et tydeligt forhold mellem geomagnetisk og solaktivitet [14] [15] .

Ændring i lysstyrke i det ultraviolette område

• Lysstyrken i det ultraviolette område - UV-bølgelængder på 200-300 nm  - varierer med cirka 1,5 % fra solminimum til maksimum [16] .
• Energiændringer i UV-området spiller en rolle i at ændre mængden af ​​atmosfærisk ozon , hvilket forklares af følgende:
  • Højden svarende til det atmosfæriske tryk på 30 hPa har ændret sig i løbet af de sidste fire cyklusser af solaktivitet.
  • En stigning i UV-lysstyrke producerer mere ozon, øger temperaturen i stratosfæren og flytter cirkulationen af ​​troposfæriske og stratosfæriske luftsystemer mod Jordens poler.

Ændringer i solvinden og magnetisk interaktion

• Forstærkningen af ​​solvinden og dermed styrkelsen af ​​magnetfeltet fører til en reduktion i intensiteten af ​​kosmiske stråler .
• Ændringer i solvinden påvirker heliosfærens størrelse , hvilket afspejles i dens vækst sammen med væksten af ​​SA .
• Kosmogen dannelse af 14 C , 10 Be og 36 Cl viser afhængighed af niveauet af moderne SA .
• Ioniseringsprocessen i den øvre atmosfære er også under forandring, men væsentlige ændringer er ikke indlysende.
• Efterhånden som strømmen af ​​ladede partikler, der kommer fra solkoronaen er fordoblet i løbet af det seneste århundrede, er strømmen af ​​kosmiske stråler faldet med 15 %.
• Solvinden fra Solen skulle være vokset med en faktor 1,41 i perioden 1964-1996 . og 2,3 gange for perioden 1901 - 2009 .

Effekt på skydække

Det antages, at kosmiske stråler påvirker dannelsen af ​​skyer gennem mulig dannelse af kondensationskerner i luften. Ændringer i niveauet af ioniserende stråling påvirker mængden af ​​aerosoler i atmosfæren, der fungerer som kondensationskerner i dannelsen af ​​skyer. Ændringer på 3-4 % i niveauet af uklarhed er forbundet med 11- og 22-årige cyklusser [17] . På grund af forskellige klimatiske forhold på forskellige breddegrader bør den samlede effekt på niveauet af uklarhed og albedo være 1,5-2 % [18] . Der er endnu ikke fundet nogen entydig bekræftelse af dette fænomen:

• I perioden 1983 - 1994 . Baseret på data fra International Satellite Cloud Climatology Project ( ISCCP )  blev det vist, at intensiteten af ​​lav skydannelse korrelerer med kosmisk stråling, hvilket senere blev tilbagevist [19] .
• Baseret på undersøgelsen af ​​Månens belysning af Jordens reflekterede lys , blev det bestemt, at planetens albedo faldt med 2,5 % i løbet af de fem år af den sidste solcyklus i begyndelsen af ​​det første årti af den 21 . århundrede , hvilket svarer til et fald i overskyethed sammen med en stigning i SA .
• Undersøgelsen af ​​jordprøver fra Middelhavet viste afhængigheden af ​​planktondannelse , tidsmæssigt svarende til den 11-årige cyklus , samt 3,7 gange mere plankton i perioden 1760-1950 . Sidstnævnte skulle indikere mindre overskyethed i den angivne periode.
• Laboratorieforsøg under forhold tæt på virkelige demonstrerer accelerationen af ​​dannelsen af ​​kondensationskerner med en stigning i ioniserende stråling [20] .

Andre effekter af solvariationer

Samspillet mellem solvindpartikler , Solens magnetfelt og Jordens magnetfelt fører til ændringer i strømmen af ​​ladede partikler og elektromagnetiske felter rundt om planeten. Ekstreme solbegivenheder kan påvirke og forstyrre elektriske enheder, især kunstige jordsatellitter . Svækkelsen af ​​Solens aktivitet anses for at være årsagen til, at stigningen i interstellar kosmisk stråling når jordens nærhed, hvilket kan forårsage dannelsen af ​​skyer, der øger planetens albedo , og derved øger den kølende effekt på klimaet.

Geomagnetiske effekter

Terrestriske nordlys er det synlige resultat af interaktioner mellem solvinden , solens og jordiske magnetosfærer og atmosfæren. Ekstreme begivenheder forbundet med SA fører til betydelige forstyrrelser i Jordens magnetfelt , som forårsager geomagnetiske storme .

Påvirkning af solprotoner

Højenergi - solprotoner kan nå Jorden hurtigere end 30 minutter efter blusset . Under disse " solprotonbombardementer " bliver Jorden overhældt med højenergiladede partikler, for det meste protoner frigivet i soludbrudszonen. Nogle af partiklerne når den øvre atmosfære, hvor de skaber yderligere ionisering og kan forårsage en betydelig stigning i strålingsniveauet .

Galaktiske kosmiske stråler

En stigning i SA med et større antal pletter fører til en stigning i strømmen af ​​ladede partikler eller solvinden . Kombinationen af ​​en stigning i heliosfæren og en stigning i sol-terrestriske interaktioner resulterer i et fald i intensiteten af ​​galaktisk kosmisk stråling . I perioder med SA -minima øges intensiteten af ​​kosmiske stråler - de bliver hovedkilden til ionisering i troposfæren i en højde på mere end 1  km , under dette mærke er hovedkilden radon .

Kosmiske stråleniveauer afspejles indirekte i dannelsen af ​​14 C og 10 Be . Den 2300-årige Hallstatt-cyklus afspejles i Dansgaard-Oeschger-svingningerne . Gleishberg-cyklussen , 80-90 år lang, vil sandsynligvis have en varierende længde afhængigt af længden af ​​de 11-årige cyklusser , hvilket bekræftes af markører forbundet med kosmiske stråler.

Dannelsen af ​​radiocarbon

Dannelsen af ​​14 C er forbundet med solaktivitet . Radiocarbon opnås ved at bestråle den atmosfæriske nitrogenisotop 14 N med kosmiske stråler, som følge heraf undergår β-henfald og danner en tung kulstofisotop . En stigning i SA fører til et fald i hastigheden af ​​radiocarbondannelse på grund af delvis afskærmning af galaktisk stråling [21] . Ved at måle mængden af ​​14 C-isotopen, der indgik organiske bindinger under væksten af ​​flerårige planter, og ved at tælle ringene på disse træer, bestemmes hastigheden af ​​dannelsen af ​​denne isotop i atmosfæren. Baseret på analysen af ​​data for de sidste 10.000 år, blev det bestemt, at produktionen af ​​14 C var maksimal under holocæn for 7000 år siden og faldt indtil tidspunktet for 1000 år siden. Udover ændringer i SA er langsigtede tendenser i 14 C forbundet med ændringer i det geomagnetiske felt og med ændringer i kulstofcirkulationen i biosfæren , for eksempel under istiden [22] .

Global opvarmning

Indtil omkring 2009 mente den mest indflydelsesrige gruppe af eksperter, at variationer i solstråling ikke spiller en afgørende rolle i moderne klimaændringer [23] . The Intergovernmental Panel on Climate Change argumenterer i sin tredje vurderingsrapport ( eng.  IPCC Third Assessment Report ), at den målte værdi af moderne solaktivitet er meget mindre signifikant sammenlignet med indvirkningen på klimaet af drivhusgasser i atmosfæren [24] .

Teorien om ændringer i solen

Ændringer i solens samlede lysstyrke betragtes som den mest sandsynlige årsag til betydelige klimaændringer før den industrielle æra [12] . Nylige undersøgelser viser også et væsentligt bidrag fra øget solaktivitet til den nuværende globale opvarmning [25] . Dette står i kontrast til resultaterne af tidligere undersøgelser, som var baseret på klimamodeller, ifølge hvilke de eksisterende ændringer i Solens lysstyrke ikke er nok til at påvirke klimaet væsentligt [26] . For 2009 er vurderingen af ​​virkningen af ​​solaktivitet således et område med aktiv videnskabelig forskning.

Generelt kan teorier, der beskriver moderne klimaændringer på grund af variationer i solstråling, klassificeres i en af ​​følgende tre grupper:

1. den første gruppe går ud fra den antagelse, at ændringer i tilsyneladende lysstyrke direkte påvirker klimaet. Normalt anses denne erklæring for usandsynlig på grund af den lille amplitude af ændringen i lysstyrke;
2. den næste gruppe antager, at ændringer i UV-delen af ​​spektret har den største indvirkning på klimaet . Da amplituden af ​​variationerne i denne del af spektret er meget højere end de gennemsnitlige generelle spektrale ændringer, kan disse ændringer være årsag til en stor indflydelse på klimaet;
3. den tredje gruppe refererer til undersøgelsen af ​​bivirkninger forbundet med et fald i solaktivitet, hvor der er en stigning i galaktisk kosmisk stråling , som øger dannelsen af ​​overskyet og påvirker klimaet.

I 1991 blev der fundet en sammenhæng mellem antallet af pletter og temperaturændringer på den nordlige halvkugle baseret på en sammenligning af astronomiske og meteorologiske data over tidsintervallet fra 1861 til 1989 , senere blev disse undersøgelser bekræftet og udvidet i flere århundreder [27] . Efter at have elimineret fejl i disse data blev den sensationelle bekræftelse af forbindelsen mellem solaktivitet og moderne global opvarmning imidlertid tilbagevist. På trods af dette præsenteres denne graf ret ofte som en sammenhæng mellem niveauet af solaktivitet og klima, hvilket ikke er sandt [19] .

I 2000 blev der udgivet et papir, der hævdede, at stigningen i solaktivitet er ansvarlig for halvdelen af ​​temperaturstigningen siden 1900, men kan ikke forklare stigningen på 0,4 °C siden 1980. Den yderligere stigning skyldes en stigning i koncentrationen af ​​drivhusgasser i atmosfæren [28] . Samme år blev der udgivet et værk, der brugte den mest moderne klimamodel fra det 20. århundrede , under hensyntagen til ændringer i solaktivitet, indflydelsen af ​​vulkanudbrud og menneskeskabte faktorer, det vil sige under hensyntagen til stigningen i koncentrationen af drivhusgasser og sulfataerosoler . Også den ulige ændring i solens lysstyrke i forskellige dele af spektret blev taget i betragtning , og stigningen i indflydelsen af ​​kosmisk stråling med svag solaktivitet blev ikke overvejet. Resultatet af dette arbejde var den konklusion, at ændringen i solaktivitet spillede en dominerende rolle i begyndelsen af ​​det tyvende århundrede, og drivhuseffekten er ansvarlig for opvarmningen i slutningen af ​​århundredet og vil spille en stadig større rolle i planetens klima [29] . Derudover understreges usikkerheden i den " historiske indflydelse på klimaet " eller et ufuldstændigt billede af påvirkningen af ​​havenes store varmekapacitet på klimaets nuværende tilstand [30] . En grafisk repræsentation [31] af forholdet mellem naturlige og menneskeskabte bidrag til klimaændringer er præsenteret i rapporten fra det mellemstatslige panel om klimaændringer, klimaændringer 2001 : Det videnskabelige grundlag [32 ] . Moderne undersøgelser tyder på , at solaktivitetsvariationer bidrager til det moderne klima på et niveau på 16% til 36% [33] .  

Se også

• solkonstant
• Global opvarmning

Noter

1. ↑ Satellitobservationer af total solstråling. Arkiveret 11. juni 2017 på Wayback Machine 
2. ↑ 1 2 Solens lysstyrke under en komplet solcyklus (da) . Nature, 351 , 42-44 (1991) . Hentet 10. marts 2005. Arkiveret fra originalen 8. april 2012. (ubestemt)
3. ↑ Solens indflydelse på klimaet (da) . Klimaændringer 2001: Arbejdsgruppe I: Det videnskabelige grundlag . Hentet 10. marts 2005. Arkiveret fra originalen 8. april 2012. (ubestemt)
4. ↑ Weart, Spencer Opdagelsen af ​​den globale opvarmning . American Institute of Physics (2006). Hentet 14. april 2007. Arkiveret fra originalen 8. april 2012. (ubestemt)
5. ↑ Composite TSI Time Series Arkiveret 16. juli 2011 på Wayback Machine , Graphics Gallery
6. ↑ Willson, RC, og AV Mordvinov (2003), Sekulær tendens for total sollysstyrke under cyklus 21-23 (da), Geophys. Res. Lett., 30(5), 1199, doi:10.1029/2002GL016038, http://www.agu.org/journals/gl/gl0905/2008GL036307
7. ↑ Konstruktion af en sammensat total solindstråling (TSI) tidsserie fra 1978 til i dag . Physikalisch-Meteorologisches Observatorium Davos (PMOD). Hentet 5. oktober 2005. Arkiveret fra originalen 22. august 2011. (ubestemt)
8. ↑ Climate Forces and Climate Models // Overfladetemperaturrekonstruktioner for de sidste 2.000 år  / Nord, Gerald R.; Biondi, Franco; Bloomfield, Peter; Christy, John R.; Cuffey, Kurt M.; Dickinson, Robert E.; Druffel, Ellen R.M.; Nychka, Douglas; Otto-Bliesner, Bette. — National Academies Press, 2006. - ISBN 0-309-10225-1 .
9. ↑ Lean, Judith; Lean, J. Udvikling af solens strålingsspektrum siden Maunder-minimum. (engelsk)  (bulgarsk)  // Geofysiske forskningsbreve. - 2000. - T. 27 , br. 16 . - S. 2425-2428 . - doi : 10.1029/2000GL000043 .
10. ↑ Scafetta, N., West, BJ, Fænomenologisk solsignatur i 400 års rekonstrueret temperaturrekord på den nordlige halvkugle siden 1600, Geophys. Res. Lett., V. 112, 2006 . Hentet 15. oktober 2009. Arkiveret fra originalen 24. december 2009. (ubestemt)
11. ↑ Satellitobservationer af solens lysstyrke. Arkiveret 11. juni 2017 på Wayback Machine 
12. ↑ 1 2 Solar Influences on Global Change, National Research Council, National Academy Press, Washington, DC, s. 36, 1994. . Hentet 15. oktober 2009. Arkiveret fra originalen 26. august 2009. (ubestemt)
13. ↑ ACRIM-grafik (downlink) . Hentet 15. oktober 2009. Arkiveret fra originalen 16. juli 2011. (ubestemt) 
14. ↑ Sekulær total solindstrålingstrend under solcyklusser 21-23 , Willson, RC og AV Mordvinov (2003), Geophys. Res. Lett., 30(5), 1199, doi:10.1029/2002GL016038
15. ↑ ACRIM-gap og TSI-trendproblem løst ved hjælp af en overflademagnetisk flux TSI -proxymodel, Scafetta, N., og RC Willson (2009), Geophys. Res. Lett., 36, L05701, doi:10.1029/2008GL036307
16. ↑ Bidrag af ultraviolette bestrålingsvariationer til ændringer i solens totale bestråling arkiveret 12. februar 2008 på Wayback Machine Science, 14. april 1989, Doi: 10.1126/science.244.4901.197, '1 procent af solens ultraviolette længde ved energi er mellem bølgelængde og ultraviolet. 200 og 300 nanometer, udgjorde faldet i denne stråling fra 1. juli 1981 til 30. juni 1985 19 procent af faldet i den samlede bestråling« (19 % af det samlede fald på 1/1366 er et fald på 1,4 % i UV)
17. ↑ Svensmark, Henrik Kosmiske strålers indflydelse på jordens klima  (engelsk)  // Physical Review Letters  : journal. - 1998. - Bd. 81 . - P. 5027-5030 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.81.5027 .
18. ↑ Tinsley, Brian A.; Yu, Fangqun. Solvariabilitet og dens virkninger på klimaet  (engelsk) / Pap, Judit M.; Ræv, Peter. - American Geophysical Union , 2004. - Vol. 141. - S. 321-339. — ISBN 0-87590-406-8 .
19. ↑ 1 2 Damon, Paul E.; Paul Laut. Pattern of Strange Errors Plagues Solar Activity and Terrestrial Climate Data  (engelsk)  // Eos : journal. - 2004. - 28. september ( bind 85 , nr. 39 ). - S. 370-374 . - doi : 10.1029/2004EO390005 .
20. ↑ Klimaændringer og kosmiske stråler . Danish National Space Center . Hentet 19. april 2007. Arkiveret fra originalen 8. april 2012. (ubestemt)
21. ↑ Astronomi: On the Sunple Cycle . Hentet 27. februar 2008. Arkiveret fra originalen 8. april 2012. (ubestemt)
22. ↑ Landscheidt, Theodor Variations in CO2 Growth Rate Associated with Solar Activity . John-daly.com - websted for John Lawrence Daly (21. september 2003). Hentet 19. april 2007. Arkiveret fra originalen 8. april 2012. (ubestemt)
23. ↑ Joanna High . Hentet 15. oktober 2009. Arkiveret fra originalen 11. april 2009. (ubestemt)
24. ↑ 6.11 Total Solar Irradians - Figur 6.6: Globale, årlige gennemsnitlige strålingspåvirkninger (1750 til nu) // Klimaændringer 2001: Arbejdsgruppe I: The Scientific Basis  / Houghton , JT; Ding, Y.; Griggs, DJ; Noguer, M.; van der Linden, PJ; Dai, X.; Maskell, K.; Johnson, CA. — Mellemstatsligt panel om klimaændringer , 2001.
25. ↑ Scafetta, N., og BJ West (2007), Fænomenologiske rekonstruktioner af solens signatur på den nordlige halvkugle, overfladetemperaturregistreringer siden 1600, J. Geophys. Res., 112, D24S03, doi:10.1029/2007JD008437 . Hentet 15. oktober 2009. Arkiveret fra originalen 27. september 2009. (ubestemt)
26. ↑ Hansen, J., et al. (2005), Effektiviteten af ​​klimapåvirkninger, J. Geophys. Res., 110, D18104, doi:10.1029/2005JD005776
27. ↑ http://solar-center.stanford.edu/images/solactivity.jpg . Hentet 5. oktober 2005. Arkiveret fra originalen 8. april 2012. (ubestemt)
28. ↑ Adler, Robert Giv ikke solen skylden . New Scientist (6. maj 2000). Hentet 19. april 2007. Arkiveret fra originalen 8. april 2012. (ubestemt)
29. ↑ Carslaw, K.S.; Carslaw, K.S.; Harrison, R.G.; Kirkby, J. Kosmiske stråler, skyer og klima  (engelsk)  // Science  : journal. - 2002. - Bd. 298 . - S. 1732-1737 . - doi : 10.1126/science.1076964 . — PMID 12459578 .
30. ↑ Stott, Peter A.; et al. Ekstern kontrol af det 20. århundredes temperatur ved naturlige og menneskeskabte påvirkninger  (engelsk)  // Science : journal. - 2000. - Vol. 290 . - S. 2133-2137 . - doi : 10.1126/science.290.5499.2133 . — PMID 11118145 .
31. ↑ Grafisk fremstilling . Hentet 5. oktober 2005. Arkiveret fra originalen 8. april 2012. (ubestemt)
32. ↑ Klimaændringer 2001: Det videnskabelige grundlag . Hentet 5. oktober 2005. Arkiveret fra originalen 8. april 2012. (ubestemt)
33. ↑ Stott, Peter A.; Stott, Peter A.; Jones, Gareth S.; Mitchell, John FB Undervurderer modeller solenergiens bidrag til nylige klimaændringer?  (engelsk)  // Journal of Climate : journal. - 2003. - Bd. 16 , nr. 24 . - P. 4079-4093 . - doi : 10.1175/1520-0442(2003)016<4079:DMUTSC>2.0.CO;2 .

Links

• Graf over solaktivitet gennem de sidste 400 år

Sol
Struktur	Nucleus Strålende overførselszone tachoklin konvektiv zone
Stemning	Fotosfære Kromosfære sol corona
Udvidet struktur	heliosfæren Heliosfærisk strømark stødbølge grænse heliosfærisk kappe heliopause bue chokbølge
Fænomener relateret til solen	Solformørkelse Solaktivitet solpletter soludbrud Miyake-begivenheder koronale masseudstødninger solcyklus Variationer i solstråling Ulv nummer Liste over solaktivitetscyklusser Maunder Minimum Solstråling koronale huller Koronale løkker fakler Granulat flokke Prominenser og fibre Spikler Supergranulering solrig vind Morton bølge Evershed effekt
relaterede emner	solsystem Stjerneudvikling Solens rotation solar dynamo geomagnetisk storm Mørkere mod kanten
Spektralklasse : G2