为什么我们不能因太阳活动而指责气候变化

为什么我们不能因太阳活动而指责气候变化 美国国家航空航天局(NASA)太阳动力学天文台大气成像组件的太阳。 美国航空航天局

根据过去十年(2010-2019)的记录,有史以来最热,最热的前10年中有2015年都发生在XNUMX年以来。 英国气象局世界气象组织.

目前的 澳大利亚丛林大火危机 也是 记录最差出现这种现象的原因是平均温度升高(比长期平均温度高约1.5°C)和降雨减少。

但是,我们可以将其归因于比人为影响更自然的事物吗? 例如太阳活动 以前已链接 温度和 有时被指责 应对气候变化。 但是我们的新分析提供了证据证明为何并非如此。

太阳是地球气候的主要能源,因此,量化工业化以来对全球温度的影响非常重要。

像所有恒星一样,太阳也经历太阳活动的变化,这意味着其能量输出随时间变化。 太阳的可见表面(永远不要直视)称为光球。 成像时,它显示为白色光盘,偶尔会因黑子的出现而被弄脏。

这些黑子是强磁场区域,会限制气体的流动并使其冷却,从而使这些区域显得暗淡。 但是,这些同样激烈 磁场连接 我们看不到具有活动区域的光球上的可见黑子。 这些是可见表面上方数千公里处的天然气区域,过热到数百万度。 这样的有源区会非常强烈地发出光 紫外线和X射线辐射.

在任何给定时间估算太阳活动的最古老,最简单的方法是简单地计算光球上可见的黑子数。 太阳黑子越多,太阳活动越多,因此紫外线和X射线的总发射量也越大。 这些排放物在到达地面之前已被大气层吸收,从而导致了供暖(尽管一些研究表明这种情况 更复杂).

像我们的星球一样,太阳也有向外延伸的磁场。 太阳磁场定义了太阳系的大小,可以偏转来自太空的入射带电粒子辐射,即宇宙射线。 这些宇宙射线已经与 地球大气化学, 播云形成极端雷雨,表示它们会影响温度和天气。

为什么我们不能因太阳活动而指责气候变化 太阳周期最大的黑子,于18年2014月XNUMX日可见。 美国航空航天局

在大约11年的时间里,黑子的数量上升和下降 太阳活动周期。 太阳最高时有很多黑子-以及更多的紫外线和X射线相关辐射,而太阳最低时有很少甚至没有黑子。

太阳磁场的强度也随着该太阳周期而变化。 它在太阳最小时最弱,而在太阳最大时最强。 当太阳磁场弱时,更多的宇宙射线可以到达地球的大气层, 影响气候 (以及 辐射环境 的空间)。

我们目前的周期

一些最早的太阳黑子观测是由 1610年代的伽利略伽利略。 从1700年代开始,这种观察变得更加规律。 它们构成了所有科学中最长的历史连续数据集之一。 观察到的第一个太阳周期(1755-1766)被称为太阳周期1,下一个太阳周期2,依此类推。 最近的是太阳周期24, 正式开始 在2008年XNUMX月仍在进行中。 我们正在迅速接近下一个太阳最低要求,预计在明年左右。

与以前的周期相比,太阳周期24非常弱,太阳黑子的数量相对较少。 最后一个弱点是14年1902月开始的太阳周期XNUMX。

如果太阳活动确实在近期全球温度变化中起重要作用,那么过去十年中这些温度应该保持大致相同甚至下降。 一种 来自2012的论文 甚至预测温度会降低1.0°C。 显然,事实并非如此。 有记录以来最热的十年恰好是一个多世纪以来最弱的太阳周期。

考虑到这些因素的综合作用,如果不从根本上动摇对太阳物理学的理解,就很难捍卫太阳活动确实造成当前气候变化的立场。 在下图中,我们尝试将黑子的数量与全球海表温度的变化相关联(取自 日本气象厅)和全球表面温度(取自 GISTEMP数据).

为什么我们不能因太阳活动而指责气候变化 图表显示温度变化与年份或黑子数的关系。 作者提供

顶部面板显示了一段时间内的变暖趋势和黑子数。 我们的分析表明,基于黑子数的太阳活动与上个世纪的大气或海表温度之间没有显着相关性。 在最近的太阳周期中,黑子数与温度之间的差异特别明显。

下部面板显示了黑子数量与温度的散点图,同样也没有清晰的关系。 您可以通过测量数据点与直线的接近程度来数学计算出关联的良好程度。 在这样的计算中,值0表示数据是随机噪声,值1表示完美相关。 我们得到的值介于0.09和0.04之间,这表明该变化很大程度上是由于太阳活动以外的因素造成的。

当查看全局温度时,平均值用作基线,并且由此观察到的任何差异都称为温度异常。 从下部面板可以明显看出,增加黑子数对全球温度异常几乎没有明显的影响。 如果这样做的话,我们将看到点聚集在每个图中向右上方倾斜的直线周围。

对当前太阳周期的这些观察使得很难捍卫太阳活动最终导致世界当前变暖趋势的立场。 取而代之的是,它们符合这样的论点,即人为因素是造成近期全球气温上升的主要原因。

尽管太阳是造成地球总体气候变化的原因,但自工业化以来,太阳活动的长期差异还不足以充分说明我们目前的全球变暖趋势。谈话

关于作者

Gareth Dorrian,太空科学博士后研究员, 伯明翰大学 和物理讲师Ian Whittaker, 诺丁汉特伦特大学

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