A napsugárzás változásai

A napsugárzás változásai ( szoláris variációk ) egy olyan kifejezés, amely a Nap aktuális sugárzásának időbeli változásait, spektrális eloszlását és az ezeket a változásokat kísérő jelenségeket jellemzi. Ezeknek a változásoknak vannak periodikus összetevői, amelyek közül a fő a tizenegy éves napciklus és az időszakos változások [1] .

A Nap fényességében bekövetkezett változások az űrrepülések korszakának kezdete és az űrből történő rendszeres megfigyelések kezdete óta a műholdas műszerek érzékenységi határa alatt vagy alatt maradtak . Az ultraibolya tartomány egy kis része néhány százalékon belül változik. A Nap teljes fényereje 0,1%-kal vagy 1,3 W / m² -rel változik 11 éves aktivitási ciklusokon belül , amit az utolsó három ciklus űrből történő megfigyelései során határoztak meg [2] [3] [4] . A Föld légkörének felső határán kapott teljes napsugárzás átlagosan 1366 W / m² [5] [6] [7] .

A hosszabb távú változásokról nincs közvetlen mérés, a klímaérzékeny radioizotóp markereken ( angol  proxy ) alapuló mérések pedig eltérő eredményeket adnak – egyrészt igen csekély (~0,1%) változásról van szó az elmúlt 2000 évben. [8] , más tanulmányok ~0,2%-os fényerőnövekedést jeleznek a 17. század eleje óta [9] [10] . Az éghajlatot a vulkáni tevékenység és a naptevékenység egyaránt befolyásolja , például a Maunder-minimum esetében . A Nap fényerejének változása mellett a napszél mágneses aktivitása a Föld magnetoszférájában és a Nap spektrumának ultraibolya részének változása is enyhébb hatást gyakorol az éghajlatra , de az éghajlatra gyakorolt ​​ilyen hatások modelljei nem eléggé kidolgozottak. 2009 -től [11] .

Naptevékenység

A napsugárzás változásai a modern adatok szerint főként a Nap mágneses aktivitásának változásaihoz kapcsolódnak.

A Nap fizikai paramétereinek hatása a Földre

Vannak hipotézisek a Nap fizikai paramétereinek változásának a Föld éghajlatára, különösen az általános sugárzásra gyakorolt ​​​​hatására vonatkozóan. Egyes változatok, mint például a Nap átmérőjének változása, már csak a csillagászat számára érdekesek .

Teljes fényerő megváltozik

• A teljes spektrális fényesség lassan változik tíz éves és hosszabb időintervallumokban.
• Az utolsó aktivitási ciklusok változásai 0,1%-on belül maradtak [2] .
• A 9-13, 18-25 és >100 éves napciklusoknak megfelelő változások tükröződnek a szárazföldek és az óceánok hőmérsékletében.
• A Maunder-minimum után a napfény fényereje 0,1-ről 0,6%-ra nőtt 300 év alatt, az éghajlati modellek gyakran 0,25%-os értéket használtak [12] .
• Az ACRIM adatokon alapuló fényerő-rekonstrukciók tíz évenként 0,04%-os tendenciát mutatnak, ami a fényesség növekedését jelzi a minimumok között a megfigyelési időszakban [13] . Megfigyelhető a geomágneses és a naptevékenység közötti határozott kapcsolat is [14] [15] .

Fényerő változás az ultraibolya tartományban

• Az ultraibolya tartományban – 200-300 nm -es UV hullámhosszúság  – a fényerősség körülbelül 1,5%-kal változik a szoláris minimumtól a maximumig [16] .
• Az UV tartomány energiaváltozásai szerepet játszanak a légköri ózon mennyiségének változásában , ami a következőkkel magyarázható:
  • A 30 hPa légköri nyomásnak megfelelő magasság a naptevékenység elmúlt négy ciklusa során megváltozott.
  • Az UV fényesség növekedése több ózont termel, növeli a sztratoszféra hőmérsékletét , és a troposzféra és a sztratoszféra levegőrendszereinek keringését a Föld sarkai felé tolja el.

Változások a napszélben és a mágneses kölcsönhatásban

• A napszél erősödése és ennek megfelelően a mágneses tér erősödése a kozmikus sugarak intenzitásának csökkenéséhez vezet .
• A napszél változásai hatással vannak a helioszféra méretére, ami az SA növekedésével együtt annak növekedésében is megmutatkozik .
• A 14 C , 10 Be és 36 Cl kozmogén képződése a kortárs SA szintjétől való függőséget mutat .
• Az ionizációs folyamat a felső légkörben is változásokon megy keresztül, de jelentős változások nem nyilvánvalóak.
• Mivel a napkoronából kiáramló töltött részecskék fluxusa megkétszereződött az elmúlt évszázad során, a kozmikus sugarak fluxusa 15%-kal csökkent.
• A Napból kiáramló napszélnek 1,41-szeresére kellett volna növekednie az 1964-1996 közötti időszakban . az 1901-2009 közötti időszakra pedig 2,3- szor .

Hatás a felhőtakaróra

Feltételezzük, hogy a kozmikus sugarak a levegőben esetlegesen kialakuló kondenzációs magvak révén befolyásolják a felhők képződését . Az ionizáló sugárzás szintjének változása befolyásolja a légkörben lévő aeroszolok mennyiségét , amelyek kondenzációs magként működnek a felhők képződésében. A felhőzet szintjének 3-4%-os változása 11 és 22 éves ciklusokhoz kapcsolódik [17] . A különböző szélességi körök eltérő éghajlati viszonyai miatt a felhőzet és az albedó szintjére gyakorolt ​​összhatás 1,5-2% legyen [18] . Ennek a jelenségnek még nem találtak egyértelmű megerősítést:

• Az 1983-1994 közötti időszakban . Az International Satellite Cloud Climatology Project ( ISCCP )  adatai alapján kimutatták, hogy az alacsony felhőképződés intenzitása korrelál a kozmikus sugárzással, amit később cáfoltak [19] .
• A Holdnak a Föld visszavert fénye általi megvilágításának vizsgálata alapján megállapították, hogy a bolygó albedója 2,5%-kal csökkent az utolsó napciklus öt éve alatt, 21. első évtizedének elején. században , ami a felhőzet csökkenésének felel meg az SA növekedésével együtt .
• A Földközi-tenger talajmintáinak vizsgálata kimutatta a planktonképződés 11 éves ciklushoz hasonló időbeli függőségét , valamint 3,7-szer több planktont az 1760-1950 közötti időszakban . Ez utóbbinak kisebb felhősödést kell jeleznie a megadott időszakban.
• A valós körülményekhez közeli körülmények között végzett laboratóriumi kísérletek a kondenzációs magok képződésének felgyorsulását mutatják az ionizáló sugárzás növekedésével [20] .

A napenergia változásainak egyéb hatásai

A napszél részecskéinek , a Nap mágneses mezejének és a Föld mágneses mezejének kölcsönhatása a töltött részecskék és az elektromágneses mezők bolygó körüli áramlásának megváltozásához vezet. A szélsőséges napesemények hatással lehetnek és megzavarhatják az elektromos eszközöket, különösen a mesterséges földi műholdakat . A Nap aktivitásának gyengülését tartják a Föld környékét érő csillagközi kozmikus sugárzás növekedésének okának, ami a bolygó albedóját növelő felhők képződését idézheti elő , ezáltal fokozva a klímahűtő hatást.

Geomágneses hatások

A szárazföldi aurórák a napszél , a nap- és a földi magnetoszféra , valamint a légkör közötti kölcsönhatások látható eredménye . Az SA - val kapcsolatos extrém események jelentős zavarokhoz vezetnek a Föld mágneses mezőjében , ami geomágneses viharokat okoz .

A nap protonjainak hatása

A nagy energiájú napprotonok gyorsabban érhetik el a Földet , mint 30 perccel a kitörés után . E " napi protonbombázások " során a Földet nagy energiájú töltött részecskék záporozzák, többnyire protonok, amelyek a napkitörési zónában szabadulnak fel. A részecskék egy része eléri a felső atmoszférát, ahol további ionizációt hoz létre, és jelentős sugárzási szint növekedést okozhat .

Galaktikus kozmikus sugarak

Az SA növekedése nagyobb számú folt esetén a töltött részecskék áramlásának vagy a napszél növekedéséhez vezet . A helioszféra növekedésének és a nap-föld kölcsönhatások növekedésének kombinációja a galaktikus kozmikus sugárzás intenzitásának csökkenését eredményezi . Az SA -minimumok időszakában a kozmikus sugarak intenzitása növekszik – a troposzférában több mint 1 km - es magasságban az ionizáció fő forrásává válnak  , e jel alatt a fő forrás a radon .

A kozmikus sugárzás szintjei közvetve tükröződnek a 14 C és 10 Be kialakulásában . A 2300 éves Hallstatt ciklus a Dansgaard-Oeschger oszcillációkban tükröződik . A 80-90 éves Gleishberg-ciklus a 11 éves ciklusok hosszától függően valószínűleg változó hosszúságú lehet , amit a kozmikus sugarakkal kapcsolatos markerek is megerősítenek.

A radiokarbon képződése

A 14 C képződése a naptevékenységhez kapcsolódik . A radiokarbont a légköri 14 N nitrogén izotóp kozmikus sugárzással történő besugárzásával nyerik, melynek eredményeként az β-bomláson megy keresztül, és nehéz szénizotópot képez . Az SA növekedése a radiokarbon képződés sebességének csökkenéséhez vezet a galaktikus sugárzás részleges árnyékolása miatt [21] . Az évelő növények növekedése során szerves kötésekbe lépett 14 C izotóp mennyiségének mérésével és e fák gyűrűinek megszámlálásával meghatározható ennek az izotópnak a képződési sebessége a légkörben. Az elmúlt 10 000 év adatainak elemzése alapján megállapították, hogy a 14 C termelés 7000 évvel ezelőtt a holocén idején volt maximális, és az 1000 évvel ezelőtti időpontig csökkent. Az SA változása mellett a 14 C hosszú távú trendjei a geomágneses tér változásaival és a bioszférában a szénkeringés változásaival is összefüggenek , például a jégkorszak során [22] .

Globális felmelegedés

Körülbelül 2009- ig a legbefolyásosabb szakértői csoport úgy gondolta, hogy a napsugárzás változásai nem játszanak döntő szerepet a modern klímaváltozásban [23] . Az Intergovernmental Panel on Climate Change harmadik értékelő jelentésében ( eng.  IPCC Third Assessment Report ) azzal érvel, hogy a modern naptevékenység mért értéke sokkal kevésbé jelentős, mint a légkörben lévő üvegházhatású gázok éghajlatra gyakorolt ​​hatása [ 24 ] .

A Nap változásainak elmélete

Az ipari korszak előtti jelentős éghajlatváltozás legvalószínűbb okának a teljes napfényfény változását tartják [12] . A legújabb tanulmányok azt is jelzik, hogy a megnövekedett naptevékenység jelentősen hozzájárul a jelenlegi globális felmelegedéshez [25] . Ez ellentétben áll a korábbi, éghajlati modelleken alapuló tanulmányok eredményeivel, amelyek szerint a Nap fényességének meglévő változásai nem elegendőek ahhoz, hogy jelentősen befolyásolják az éghajlatot [26] . Így 2009-ben a naptevékenység hatásának felmérése az aktív tudományos kutatás területe.

Általánosságban elmondható, hogy a napsugárzás változásai miatti modern klímaváltozást leíró elméletek a következő három csoport egyikébe sorolhatók:

1. az első csoport abból a feltevésből indul ki, hogy a látszólagos fényerő változása közvetlenül befolyásolja az éghajlatot. Általában ezt az állítást valószínűtlennek tartják a fényerő változásának kis amplitúdója miatt;
2. a következő csoport azt feltételezi, hogy a spektrum UV-részének változásai a legjelentősebb hatást gyakorolják az éghajlatra . Mivel a spektrum ezen részének változásainak amplitúdója jóval nagyobb, mint az átlagos általános spektrális változások, ezek a változások nagymértékben befolyásolhatják az éghajlatot;
3. a harmadik csoport a naptevékenység csökkenésével kapcsolatos mellékhatások tanulmányozására vonatkozik, amelyek során megnövekszik a galaktikus kozmikus sugárzás , ami fokozza a felhőzet kialakulását és befolyásolja az éghajlatot.

1991 -ben összefüggést találtak a foltok száma és a hőmérséklet-változások között az északi féltekén az 1861 és 1989 közötti időintervallum csillagászati ​​és meteorológiai adatainak összehasonlítása alapján , később ezeket a vizsgálatokat megerősítették és több évszázadra kiterjesztették [27]. . Az adatok hibáinak kiküszöbölése után azonban megcáfolták a naptevékenység és a modern globális felmelegedés közötti összefüggés szenzációs megerősítését. Ennek ellenére ezt a grafikont gyakran a naptevékenység szintje és az éghajlat közötti összefüggésként mutatják be, ami nem igaz [19] .

2000 - ben megjelent egy tanulmány, amely azt állítja, hogy az 1900 óta bekövetkezett hőmérséklet-növekedés felét a naptevékenység növekedése okozza, de ez nem tudja megmagyarázni az 1980 óta bekövetkezett 0,4 °C-os növekedést. A további növekedés az üvegházhatású gázok koncentrációjának növekedéséből adódik. a légkörben [28] . Ugyanebben az évben megjelent egy munka, amely a 20. század legmodernebb éghajlati modelljét alkalmazta , figyelembe véve a naptevékenység változásait, a vulkánkitörések hatását és az antropogén tényezőket, vagyis figyelembe véve a 20. század legmodernebb klímamodelljét. üvegházhatású gázok és szulfát aeroszolok . Figyelembe vették továbbá a Nap fényerejének egyenlőtlen változását a spektrum különböző részein , és nem vették figyelembe a gyenge naptevékenységű kozmikus sugárzás hatásának növekedését. A munka eredménye arra a következtetésre jutott, hogy a huszadik század elején a naptevékenység változása játszott meghatározó szerepet, és az üvegházhatás felelős a század végi felmelegedésért, és egyre nagyobb szerepet fog játszani a XX. bolygó éghajlata [29] . Ezen túlmenően az éghajlatra gyakorolt ​​„történelmi hatás ” bizonytalansága vagy az óceánok nagy hőkapacitásának az éghajlat jelenlegi állapotára gyakorolt ​​hatásának hiányos képe [30] . A klímaváltozáshoz való természetes és antropogén hozzájárulások közötti kapcsolat grafikus ábrázolása [31] az Intergovernmental Panel on Climate Change Climate Change 2001 : The Scientific Basis [32 ] jelentésében található . A modern tanulmányok azt sugallják, hogy a naptevékenység változásai 16-36%-os mértékben járulnak hozzá a modern éghajlathoz [33] .  

Lásd még

• szoláris állandó
• Globális felmelegedés

Jegyzetek

1. ↑ Műholdas megfigyelések a teljes napsugárzásról. Archiválva : 2017. június 11. a Wayback Machine -nál 
2. ↑ 1 2 A Nap fényessége egy teljes napciklus alatt (en) . Nature, 351 , 42-44 (1991) . Letöltve: 2005. március 10. Az eredetiből archiválva : 2012. április 8.. (határozatlan)
3. ↑ A Nap hatása az éghajlatra (en) . Klímaváltozás 2001: I. munkacsoport: A tudományos alapok . Letöltve: 2005. március 10. Az eredetiből archiválva : 2012. április 8.. (határozatlan)
4. ↑ Weart, Spencer A globális felmelegedés felfedezése . American Institute of Physics (2006). Letöltve: 2007. április 14. Az eredetiből archiválva : 2012. április 8.. (határozatlan)
5. ↑ Összetett TSI idősorok archiválva : 2011. július 16., a Wayback Machine , Graphics Gallery
6. ↑ Willson, RC és AV Mordvinov (2003), A teljes napfény világi trendje a 21-23. ciklusban (en), Geophys. Res. Lett., 30(5), 1199, doi:10.1029/2002GL016038, http://www.agu.org/journals/gl/gl0905/2008GL036307
7. ↑ Összetett teljes napsugárzás (TSI) idősor felépítése 1978-tól napjainkig . Physikalisch-Meteorologisches Observatorium Davos (PMOD). Letöltve: 2005. október 5. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 22.. (határozatlan)
8. ↑ Climate Forcings and Climate Models // Felületi hőmérséklet-rekonstrukciók az elmúlt 2000 évben  / North, Gerald R.; Biondi, Franco; Bloomfield, Péter; 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, Judit; Lean, J. A Nap sugárzási spektrumának alakulása a Maunder-minimum óta. (angol)  (bolgár)  // Geophysical Research Letters. - 2000. - T. 27 , br. 16 . - S. 2425-2428 . - doi : 10.1029/2000GL000043 .
10. ↑ Scafetta, N., West, BJ, Fenomenológiai szoláris aláírás az 1600 óta tartó rekonstruált északi félteke hőmérsékleti rekord 400 évében, Geophys. Res. Lett., V. 112, 2006 . Letöltve: 2009. október 15. Az eredetiből archiválva : 2009. december 24.. (határozatlan)
11. ↑ A napfény fényerejének műholdas megfigyelései. Archiválva : 2017. június 11. a Wayback Machine -nál 
12. ↑ 1 2 Solar Influences on Global Change, National Research Council, National Academy Press, Washington, DC, p. 36, 1994. . Letöltve: 2009. október 15. Az eredetiből archiválva : 2009. augusztus 26.. (határozatlan)
13. ↑ ACRIM grafika (downlink) . Letöltve: 2009. október 15. Az eredetiből archiválva : 2011. július 16.. (határozatlan) 
14. ↑ Szekuláris teljes napsugárzási trend a 21-23. napciklusok során , Willson, RC és AV Mordvinov (2003), Geophys. Res. Lett., 30(5), 1199, doi:10.1029/2002GL016038
15. ↑ Az ACRIM-rés és a TSI trendproblémája egy felületi mágneses fluxusú TSI-proxy modell segítségével megoldva, Scafetta, N. és RC Willson (2009), Geophys. Res. Lett., 36, L05701, doi:10.1029/2008GL036307
16. ↑ Az ultraibolya besugárzás változásainak hozzájárulása a Nap teljes besugárzásának változásaihoz Archiválva : 2008. február 12., a Wayback Machine Science, 1989. április 14., Doi: 10.1126/science.244.4901.197, „a nap ultraibolya hullámának energiájának 1 százaléka a nap között 200 és 300 nanométer, ennek a sugárzásnak a csökkenése 1981. július 1-től 1985. június 30-ig a teljes besugárzott felületi teljesítmény csökkenésének 19 százalékát tette ki" (az 1/1366 teljes csökkenés 19%-a az UV sugárzás 1,4%-os csökkenése)
17. ↑ Svensmark, Henrik A kozmikus sugarak hatása a Föld éghajlatára  (angol)  // Physical Review Letters  : folyóirat. - 1998. - 1. évf. 81 . - P. 5027-5030 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.81.5027 .
18. ↑ Tinsley, Brian A.; Yu, Fangqun. A Solar Variability and its Effects on Climate  (angol) / Pap, Judit M.; Fox, Péter. - American Geophysical Union , 2004. - Vol. 141. - P. 321-339. — ISBN 0-87590-406-8 .
19. ↑ 1 2 Damon, Paul E.; Paul Laut. Különös hibák mintája a naptevékenységre és a földi éghajlatra vonatkozó adatoknak  (angol)  // Eos : Journal. - 2004. - szeptember 28. ( 85. évf. , 39. sz.). - P. 370-374 . - doi : 10.1029/2004EO390005 .
20. ↑ Éghajlatváltozás és kozmikus sugarak . Dán Nemzeti Űrközpont . Letöltve: 2007. április 19. Az eredetiből archiválva : 2012. április 8.. (határozatlan)
21. ↑ Csillagászat: A napfoltok ciklusáról . Letöltve: 2008. február 27. Az eredetiből archiválva : 2012. április 8.. (határozatlan)
22. ↑ Landscheidt, Theodor Variations in CO2 Growth Rate Associated with Solar Activity . John-daly.com – John Lawrence Daly webhelye (2003. szeptember 21.). Letöltve: 2007. április 19. Az eredetiből archiválva : 2012. április 8.. (határozatlan)
23. ↑ Joanna High . Letöltve: 2009. október 15. Az eredetiből archiválva : 2009. április 11.. (határozatlan)
24. ↑ 6.11 Teljes napsugárzás – 6.6. ábra: Globális, éves átlagos sugárzási erők (1750-től napjainkig) // Klímaváltozás 2001: I. munkacsoport: A tudományos alapok  / Houghton , JT; Ding, Y.; Griggs, DJ; Noguer, M.; van der Linden, PJ; Dai, X.; Maskell, K.; Johnson, CA. – Kormányközi éghajlatváltozási testület , 2001.
25. ↑ Scafetta, N. és BJ West (2007), A szoláris aláírás fenomenológiai rekonstrukciói az északi féltekén, felszíni hőmérsékleti rekordok 1600 óta, J. Geophys. Res., 112, D24S03, doi:10.1029/2007JD008437 . Letöltve: 2009. október 15. Az eredetiből archiválva : 2009. szeptember 27.. (határozatlan)
26. ↑ Hansen, J. et al. (2005), Efficacy of klimat forcings, J. Geophys. Res., 110, D18104, doi:10.1029/2005JD005776
27. ↑ http://solar-center.stanford.edu/images/solactivity.jpg . Letöltve: 2005. október 5. Az eredetiből archiválva : 2012. április 8.. (határozatlan)
28. ↑ Adler, Robert Ne hibáztasd a Napot. New Scientist (2000. május 6.). Letöltve: 2007. április 19. Az eredetiből archiválva : 2012. április 8.. (határozatlan)
29. ↑ Carslaw, K.S.; Carslaw, K.S.; Harrison, R. G.; Kirkby, J. Cosmic Rays, Clouds and Climate  (angol)  // Science  : Journal. - 2002. - 20. évf. 298 . - P. 1732-1737 . - doi : 10.1126/tudomány.1076964 . — PMID 12459578 .
30. ↑ Stott, Peter A.; et al. A 20. századi hőmérséklet külső szabályozása természetes és antropogén erők által  (angol)  // Tudomány : folyóirat. - 2000. - Vol. 290 . - P. 2133-2137 . - doi : 10.1126/tudomány.290.5499.2133 . — PMID 11118145 .
31. ↑ Grafikus ábrázolás . Letöltve: 2005. október 5. Az eredetiből archiválva : 2012. április 8.. (határozatlan)
32. ↑ Klímaváltozás 2001: A tudományos alapok . Letöltve: 2005. október 5. Az eredetiből archiválva : 2012. április 8.. (határozatlan)
33. ↑ Stott, Peter A.; Stott, Peter A.; Jones, Gareth S.; Mitchell, John FB A modellek alábecsülik a napenergia hozzájárulását a közelmúlt éghajlatváltozásához?  (angol)  // Journal of Climate : folyóirat. - 2003. - 1. évf. 16 , sz. 24 . - P. 4079-4093 . - doi : 10.1175/1520-0442(2003)016<4079:DMUTSC>2.0.CO;2 .

Linkek

• A naptevékenység grafikonja az elmúlt 400 évben

Nap
Szerkezet	Sejtmag Sugárzó transzfer zóna tachocline konvektív zóna
Légkör	Fotoszféra Kromoszféra napkorona
Kiterjesztett szerkezet	helioszféra Helioszférikus áramlap lökéshullám határ helioszférikus köpeny heliopauza íj lökéshullám
A Naphoz kapcsolódó jelenségek	Napfogyatkozás Naptevékenység napfoltok napkitörések Miyake események koronális tömeges kilökődés napciklus A napsugárzás változásai Farkas szám A naptevékenységi ciklusok listája Maunder Minimum Napsugárzás koronális lyukak Koronális hurkok fáklyák Granulátum pelyhek Kiemelkedések és rostok Spicules Szupergranuláció napos szél Morton hullám Evershed hatás
Kapcsolódó témák	Naprendszer Csillagfejlődés Nap forgása napelemes dinamó geomágneses vihar Sötétedés a széle felé
Spektrális osztály : G2