Media-security

ПРОЯВЛЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ПЕРЕМЕННОСТИ ВХАРАКТЕРИСТИКАХ КЛИМАТА ПРИБАЙКАЛЬЯ

В.А. Коваленко, М.В. Юдина

Институт солнечно-земной физики СО РАН, Иркутск

Изучение влияния солнечной активности на погоду и климат имеет давнюю историю. Большинство авторов отмечают сходство в поведении характеристик климата и солнечной активности, особенно на больших временных масштабах. Хорошо известно, что мировой климат за последние 1000 лет испытывал изменения, довольно точно соответствовавшие вариациям солнечной активности: в ХI -ХI I I вв., когда солнечная активность была высока, отмечался теплый период (“средневековый климатический оптимум”), а два четких понижения температуры в малый ледниковый период соответствуют минимумам Маундера и Шперера. После окончания минимума Маундера наступил общий подъем уровня солнечной активности, и в течение большей части этого периода мировой климат становился теплее. Тем не менее, до сих пор вопрос этой связи остается дискуссионным. Дело в том, что на малых временных интервалах связь часто оказывается неоднозначной. В отдельных регионах связь положительная, в других - отрицательная, в-третьих, она отсутствует вовсе, иногда наблюдается смена знака связи.

В последнее десятилетие вновь вспыхнул интерес к этой проблеме и приобрел особую значимость. Это связано с тем, что, во-первых, наблюдаются явные признаки глобального потепления (ГП) и в связи с этим крайне важно ответить на вопрос, какова его природа. Каков вклад естественных факторов, в частности солнечной активности, и каков вклад антропогенных? Во- вторых, существуют результаты исследований датских метеорологов Христенсена и Лассена /1/, которые обнаружили корреляцию между длительностью солнечных циклов и температурой Северного полушария. Эти результаты являются одним из наиболее важных свидетельств влияния гелиокосмических факторов на климат, они заставили усомниться в правильности концепции, что наблюдаемое потепление обусловлено в основном антропогенным фактором, и тем самым стимулировали необходимость дальнейших исследований связи солнечной активности с климатом на Земле.

Казалось бы, тесная связь изменений глобальной приземной температуры воздуха (ПТВ) северного полушария с длительностью солнечного цикла (r=0,95), обнаруженная в работе /1/, указывает на то, что в одной из ключевых климатических характеристик отсутствуют признаки глобального потепления (т.е. вклада от СО₂). Однако к этому выводу, по нашему мнению, следует относиться с большой осторожностью. Дело в том, что, как известно, глобальная ПТВ тесно связана с характеристиками Мирового океана, а следовательно, слишком инерционна, чтобы быть чувствительной характеристикой к глобальному потеплению.

В соответствии с результатами работ /2, 3/ в период с 1940 г. по 1986 г. в Прибайкалье наблюдается статистически значимое уменьшение прямой радиации и в то же время наблюдается достоверный тренд увеличения ПТВ. Такое различие в поведении элементов радиационного баланса и температурных трендов на длительных интервалах времени в одном и том же регионе представляет особый интерес и требует дальнейших исследований. Возможно, эти исследования позволят понять причины глобальных и региональных климатических изменений, а также соотношения между теми или иными предполагаемыми факторами.

Для исследования глобальных климатических изменений внутриконтинетальные районы Азии (Прибайкалье относится именно к этой части) являются наиболее чувствительными и благоприятными, так как слабо реагируют на мощные климатические возмущения, происходящие в тропиках (типа Эль-Ниньо) и затрудняющие выделение глобального тренда.

Для ПТВ в центре больших континентов сглаживающая роль Мирового океана меньше, а межгодовые изменения весьма значительны. Поэтому для выявления достоверных трендов необходимы усреднения по длительным временным периодам. Кроме того, в ряде работ /3/ было показано, что ПТВ в центральных частях континентов особо чувствительна к ГП. В связи с этим изучение особенностей долговременных вариаций ПТВ в Прибайкалье крайнек интересно. На рис. 1 приведены среднегодовые значения приземной температуры воздуха Прибайкалья (ст. Иркутск) и глобальной температуры Северного полушария за период с 1883 по 1998 гг.

Очевидны как общие закономерности во временных долговременных трендах, так и значительное различие для отдельных временных интервалов. Так, в период с 1880 г. по 1940 г. глобальная ПТВ заметно возрастала, в то время как средняя температура в Прибайкалье практически не изменилась. В период с 1940 г. по 1970 г. наблюдаются противоположные тренды – уменьшение глобальной температуры и возрастание региональной. В последние 30 лет тренды изменений (возрастания) идентичны. Однако следует подчеркнуть важную особенность в изменениях температуры приземного воздуха в анализируемом регионе. В частности, то обстоятельство, что возрастание температуры в Прибайкалье наблюдается за счет зимних месяцев, (т.е. суровость климата уменьшается), в то время как увеличение глобальной температуры северного полушария происходит в основном за счет возрастания летних температур.

На рис. 2 приведены данные ПТВ глобальной и Прибайкалья, усредненные по длительности цикла солнечной активности в соответствии с /1/. По этим данным также очевидно, что ПТВ Прибайкалья не следует длительности солнечного цикла, как это характерно для глобальной температуры, и лишь в последние 30 лет тренды возрастания идентичны.

В работах /5-7/ показано, что ПТВ Прибайкалья тесно связана со средней мощностью цикла солнечной активности. Кроме того, в этой работах установлено, что начиная с 60-х годов по настоящее время при сохранении влияния солнечной переменности наблюдается явное воздействие другого фактора, роль которого непрерывно возрастает и в последнее десятилетие уже превышает вклад солнечной активности.

В отличие от утверждения, которое разделяют большинство авторов, о том, что в последнем столетии вклады в наблюдаемое глобальное потепление от солнечной активности и антропогенного фактора примерно равны, основываясь на /7/, можно заключить, что в характеристиках регионального (Прибайкалье) климата, в частности ПТВ в период с 1881 по 1960 гг. основные значимые изменения температуры, усредненной по солнечному циклу, происходят из-за солнечной переменности и отсутствует явное проявление антропогенного фактора. Амплитуда изменений температуры в этот период составила 1⁰. Начиная с 60-х годов по настоящее время при сохранении влияния солнечной переменности наблюдается явное включение другого фактора, роль которого непрерывно возрастает и в последнее десятилетие уже превышает вклад солнечной переменности. В период с 1960 г. по 1997 г. возрастание температуры, не связанное с солнечной переменностью, составило 1,7⁰.

Интересно и важно отметить, что начало “сбоя” совпадает с периодом, когда нарушается 11-летняя цикличность в рассеянной радиации /2/, т.е. есть основания считать это нарушение связи не случайным. Факт совпадения начала нарушения связи с предполагаемым включением антропогенных факторов позволяет с достаточной степенью надежности утверждать, что наблюдаемое отклонение связи обусловлено именно антропогенным фактором.

В связи с этим подробный анализ особенностей сезонных вариаций ПТВ Прибайкалья представляется важным с точки зрения изучения причин потепления и особенностей установленной связи.

Изменения приземной температуры воздуха на ст. Иркутск отдельно для различных сезонов приведены на рис. 3. Из данных, представленных на рис. 3, очевидно, что высокая степень связи между Ti и W i обеспечивается главным образом за счет зимних и весенних сезонов. Причем значения Т для весеннего периода строго следуют нормированной интегральной мощности солнечного цикла W с 12 по 18 циклы (1910 – 1950 гг.), в то время как для зимнего сезона с 1930 г. по 1970 г.

Для летнего сезона характерен слабый тренд возрастания ПТВ на 0.7 ⁰в период с 1880 г. по 1960 г. а последние 40 лет средняя температура практически не изменялась. В весенний и осенний сезоны ПТВ в Иркутске увеличилась примерно на 2 ⁰. В зимний сезон возрастание ПТВ составили более 4-х ⁰, в основном в последние 40 лет. Факт, что основные изменения ПТВ в Прибайкалье в последние два цикла солнечной активности произошли в основном в зимне-весенний период, позволяет сделать некоторые выводы о возможной причине этих изменений. Это указывает на то, что причиной изменчивости регионального климата является не изменение энергетического баланса атмосферы, а, скорее всего, сокращение сроков стационирования Сибирского антициклона. Столь высокий и стабильный уровень корреляции климатических вариаций Прибайкалья и параметров солнечной активности связан, по нашему мнению, с тем, что во внутриконтинентальных областях работают дополнительные факторы, усиливающие эту связь. Таким фактором, по-видимому, является присутствие в Прибайкалье (Сибирского) азиатского антициклона и его чувствительность к изменениям глобальной циркуляции атмосферы, которая, в свою очередь, чутко реагирует на изменения термического баланса атмосферы, обусловленного как солнечной активностью, так и антропогенным фактором. Основной особенностью атмосферной циркуляции Сибирского региона является формирование зимой одного из крупнейшего центра действия атмосферы - азиатского антициклона, который стационирует с октября по апрель, достигая максимального развития в январе. С февраля по май зимний антициклон разрушается за счет атмосферной циркуляции.

В совокупности со сложной орографией района антициклон формирует климатические поля приземного атмосферного давления. Любые нарушения сезонной динамики этого образования, связанные с изменением сроков стационирования, количеством и интенсивностью полярных вторжений холодных масс воздуха и т.д., оказывают существенное влияние на климатические характеристики и, в частности, на температуру зимних сезонов. Будучи зависимым от особенностей глобальной циркуляции Северного полушария, азиатский антициклон оказывает столь же существенное обратное влияние вследствие изменения преобладающих типов циркуляции.

На рис. 4 приведены данные, характеризующие формы атмосферной циркуляции по классификации Вангенгейма - Гирса /8/, которые подтверждают высказанное предположение об определяющей роли влияния глобальной циркуляции на сроки стационирования и характеристики Сибирского антициклона. Сравнение приведенных данных показывает согласованность изменений температуры для зимнего сезона и повторяемости форм циркуляции. Начиная с 20 солнечного цикла (конец 60-х годов) существенно изменилось соотношение между зональной и меридиональной циркуляцией в пользу последней.

Таким образом, приземная температура региона действительно оказывается очень чувствительной к глобальному потеплению из-за "усилителя" в форме влияния глобальной циркуляции атмосферы на стационирование Сибирского антициклона. Глобальная температура атмосферы во многом зависит от Мирового Океана, который в значительной степени сглаживает атмосферные температурные возмущения.

Тот факт, что нарушение практически функциональной связи между ПТВ и W совпадает по времени с ожидаемым влиянием за счет увеличения концентрации СО₂, позволяет с уверенностью считать наблюдаемое в последние 30 лет потепление связанным с антропогенным фактором. Отсутствие явных признаков ГП в ПТВ, усредненной по всему Северному полушарию, указывает на то, что система атмосфера – океан достаточно инерционна. В первую очередь как изменение солнечной активности, так и изменение концентрации СО₂ воздействуют на термический режим атмосферы и приводят к изменению глобальной циркуляции, увеличению и перераспределению влажности, осадков и соответствующим вариациям континентальной ПТВ. Это саморегулирование системы атмосфера – океан. Схема предполагаемого влияния глобальной циркуляции атмосферы на температуру Прибайкалья представлена ниже.

Есть все основания считать, что в ближайшие несколько десятилетий (около 40 лет) влияние гелиокосмических факторов на климат как в глобальном, так и в региональном масштабах будет ослабевать и частично компенсировать вклад от антропогенного влияния на климат. На более коротких временных интервалах весьма вероятно расхождение в поведении этих величин. Безусловно, нарастание парникового эффекта может перекрыть рамки естественной изменчивости.

Литература

Friis-Christensen E., Lassen K. Length of solar cycle: An indicator of solaractivity closely associated with climate. Science , 1991, 254 , P. 698-700.

Коваленко В.А., Молодых С.И. Долговременные вариации элементоврадиационного баланса земной атмосферы и интенсивности космических лучей.// Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, 1999, В.110.

Жеребцов Г.А., Коваленко В.А. Исследование влияния гелиокосмических факторов на изменение окружающей среды. //Труды международной конференции, Улан-Уде 1998: "Байкал – как участок мирового наследия. Результаты наблюдений и исследований." Новосибирск 1999. с.147 – 159.

G.A. Zherebtsov, V.A. Kovalenko. The manifestation of Solar Variability in Climatic Characteristics of Prebaikalia // 22th General Assembly of the IUGG, Birminghem UK, 18-30 Jyly 1999, Abstract Book A.86.

G.A. Zherebtsov, V.A. Kovalenko. The manifestation of Solar Variability in Hydrometeorological Characteristics of Lake Baikal and of Baikal Region Climate// Internationalen Baikalkonferenz, 14-17 Nov. 1999, Schneverdingen.

Zherebtsov G.A., Kovalenko V.A., Kovadlo P.G. and Molodykh S.I. Some features of longterm variations of radiation balance elements in the Earth's atmosphere, and cosmic ray intensity // XXI General Assembly of IUGG. July 2-14, Boulder, Colorado, USA: Boulder, 1995. P. 232.

Кондратьев К.Я. Глобальный климат. - СПб, Наука. 1992. с. 358.

Гирс А.А. Макроциркуляционный метод долгосрочных метеорологических прогнозов.- Л.: Гидрометеоиздат, 1972. с. 438-487.