A napaktivitás és az éghajlati hatások változékonysága az elmúlt évszázadok esete - Enciklopédia
A Föld felszínének alapvető energiaforrása a napenergia áramlása. Ha a Föld felszínén egy adott helyen befogadott fluxus jelentősen változik, különösen szezonálisan, akkor a Nap által kisugárzott fluxus maga is viszonylag állandó. A nap aktivitásának változásainak jelei azonban már nagyon régóta ismertek, és régi az a hipotézis, hogy ez a naptevékenység befolyásolhatja éghajlatunkat. Mit tudunk a Nap ezen tevékenységéről az elmúlt évezred léptékében; milyen tevékenység befolyásolhatja az éghajlatot; milyen hatások észlelhetők ?
1. A nap, változó csillag
A Föld felszínén kapott napenergia áramlása, anapszúrás, elsősorban a Föld pályájának mozgása miatt változik, ami az évszakok napi váltakozását okozza. A Nap által kisugárzott energiaáram, abesugárzás, régóta állandónak tekintik, ezért a „napállandó” kifejezés. Csak a műholdak által kapott rendkívül pontos mérések ezt bizonyították ez az "állandó" valójában változó, de nagyon gyengén (itt a játékon belüli időskálán körülbelül 0,1%).
A Nap saját tevékenységének fő indexe a napfoltok, azokat az epizodikus sötét foltokat a Nap felszínén. Ezek a foltok nagyon régóta ismertek voltak, de éppen a csillagászati távcső diffúziója volt a 17. század legelején, amely lehetővé tette e foltok rendszeres számolását [1]. Ezek a számlálások fokozatosan feltártak egy nagyon markáns 11 éves ciklust, valamint az évszázad változatait.
Újabban ennek a naptevékenységnek más megnyilvánulásait emelték ki, különös tekintettel a napkitörésekre, a sugárzás és a nagyon energikus részecskék kisugárzásának rendkívül rövid (legfeljebb néhány órás) jelenségeire, amelyek elsősorban az északi fényért felelősek. (Olvassa el a napenergiákat)
1.1. A 11 éves ciklus (az úgynevezett „Schwabe”)
A nap legkülső rétegeinek, a fotoszféra, a kromoszféra és a korona konvektív és mágneses aktivitása markáns és ciklikus változásokat mutat aktivitásában. Ha az aktivitás magas, melegebb és sugárzóbb területek vannak, a hártyák a nap látható "felületén" (fotoszféra) jönnek létre, hűvösebb és kevésbé sugárzó területek, a sötét foltok kíséretében. Ezek a zónák egy hét nagyságrendűek, és 27 nap alatt kísérik a nap forgását. A Nap légköre (kromoszféra és korona) szintén melegebb és sugárzóbb a Nap körül. A kiütések a koronától kezdődnek gyakrabban.
A műholdak fedélzetén található radiométerek 1978 körül pontosan mérik az ezzel a tevékenységgel járó napsugárzás változását. Ezek a mérések 1 W/m 2 variációt jeleznek, azaz körülbelül 0,1%, a maximum és a minimum között teljes napsugárzás (1. ábra). Ezek a variációk viszonylag erősebbek az ultraibolya sugarak hullámhosszában, 1-10% nagyságrendűek, bár pontos értékeik továbbra is vitatottak [2].
1.2. A szoláris aktivitás szekuláris variációi ("Gleißberg" variációk)
Míg a napfoltok száma jó mennyiségi mutató a naptevékenységre nézve, ennek ellenére jelentős az elfogultsága, hogy leegyenlítődik, mivel a foltok szinte nincsenek a Nagy Minimák alatt. A műholdak által lefedett periódus azonban nem tartalmaz nagy minimumot: ezért nem ismerjük a besugárzás minimális értékét, sem annak teljes amplitúdóját a század ezen időskáláján.
1.3. Szekuláris és évezredes változékonyság: a nap aktivitásának közvetett mutatói
A naptevékenység ezen közvetlen rögzítése előtt szükséges használjon közvetett nyomokat (Angolul "Proxies"). A legmegbízhatóbbak a kozmogén izotópok, a Carbon-14 és a Berillium-10, amelyek termelését a Föld felső légkörében a nap mágneses mezője modulálja (2. ábra). Ezeket az izotópokat fagyűrűkben tárolják, valamint a sarki sapkák és a hegyi gleccserek jegében. Koncentrációjukat a nap aktivitása szempontjából értelmezik, de csak a relatív eltérések. Az abszolút változások, például a teljes napsugárzás (W/m 2 -ben) eléréséhez ezért szükséges kalibrálja ezeket a koncentrációkat a másutt ismert aktivitásváltozások alapján, akár mérten (de nemrégiben, nagyon rövid időszakban), akár becsülve (a nap tevékenységének fizikai modelljei alapján). [3]
Ezek a közvetett mutatók azonban viszonylag tökéletlenek maradnak, mind a megbízhatóság, mind az időbeli felbontás szempontjából. Különösen a 11 éves napciklus továbbra is nagyon rosszul megoldott ezeknek a "proxyknak" a hosszú felvételeiben, még akkor is, ha a közelmúlt munkája ezt az elmúlt évezred során kiemelni tudta [4].
Az elmúlt évezredben ezek a „proxy” feljegyzések azt mutatják, hogy a napaktivitás nemcsak a Maunder Nagy Minimum, hanem a Spörer Nagy Minimum alatt is, és valószínűleg még mindig alacsonyabb volt a 15. században. A 20. század végi modern Grand Maximum valamivel magasabbnak tűnik, mint a 8. századi középkori Grand Maximum (2. ábra).
2. A 11 éves napciklus hatása a Föld éghajlatára
A 11 éves napciklusok azonosítását követően számtalan tanulmány kereste az összefüggéseket az éghajlat vagy más paraméterek változásával [5]. Ezen összefüggések közül keveset találtak szignifikánsnak, és ellenálltak az ellenőrzésnek [6].
2.1. Hatások a Föld felszínén
Most már egyértelműnek tűnik, hogy a besugárzás változása a 11 éves ciklusok következtében túl kicsi és túl gyors ahhoz, hogy jelentős hőmérsékleti változásokat idézzen elő a Föld felszínén, tekintettel a termikus tehetetlenségére. Valójában a besugárzás maximális amplitúdója, 1 W/m 2 nagyságrendű szolárciklus alatt, körülbelül 0,14 W/m 2 -vel módosítja a felület által elnyelt napáramot, figyelembe véve a hígítási geometriai tényezőt. földi szféra (1/4 faktor), a globális albedo (0,3) és a légkör általi abszorpció (kb. 20%). A félgömb alakú vagy globális átlagos felületi hőmérsékletre gyakorolt hatás alig érzékelhető, ciklusonként 0,1 ° C-os nagyságrendű. [Link: „Klíma” szakasz/Kényszerítő és visszamenőleges hatások; éghajlati érzékenység]
Mindazonáltal állandó összefüggést mutattak ki ezek a napciklusok, valamint a felszíni nyomás és hőmérséklet a Csendes-óceán egyes részein [7]. Az is látszik, hogy ez a napciklus kölcsönhatásba lép az éghajlati rendszer belsejében lévő egyéb ciklusokkal, nevezetesen az azonos évtizedes időskálával, a Decadal Csendes-óceáni oszcillációval és az észak-atlanti oszcillációval [8]. Regionálisabb értelemben a naptevékenység kedvezhet bizonyos szinoptikus rezsimeknek, különösen télen a blokkoló rendszerek, amelyek elősegítik a hideg sarki levegő elősegítését Nyugat-Európában [9].
2.2. A sztratoszférára gyakorolt hatások
2.3. A felhőképződés lehetséges hatásai
A naptevékenység nemcsak a napsugárzást, hanem a földi légkörbe jutó energetikai részecskék áramlását is modulálja. Egyrészt a galaktikus kozmikus sugárzás, amelyet a szoláris mágneses tér eltérít (amely maga a nap aktivitásától függ), másrészt részecskék, amelyeket maga a nap bocsát ki, különösen a kitörések során. Ezek az energetikai részecskék kölcsönhatásba lépnek a légkörben lévő molekulákkal ionokat képezve. Az a hipotézis, miszerint ennek az ionizációnak éghajlati hatása van, több mint 50 évre nyúlik vissza, [12] de elméletben és megfigyelhető módon továbbra is erősen vitatott. A leggyakrabban felvetett mechanizmus az, hogy ezek az ionok elősegítik a felhők kialakulásához szükséges kondenzációs magok kialakulását.