Mưa giá và hoạt động mặt trời: các sợi vân của thời tiết Trái Đất

Giới thiệu: tìm kiếm mối liên hệ trong hỗn loạn khí hậu

Câu hỏi về ảnh hưởng của hoạt động mặt trời đến các hiện tượng thời tiết, đặc biệt là độ lạnh của mưa giá, là một trong những câu hỏi thú vị và gây tranh cãi nhất trong lĩnh vực khí hậu học và heliophysics hiện đại. Trên bình diện đời sống hàng ngày, thường có những luận điểm về mối liên hệ giữa «cơn bão mặt trời» và sự lạnh bất thường. Tuy nhiên, bức tranh khoa học lại phức tạp hơn nhiều: ảnh hưởng trực tiếp và rõ ràng của các vụ phóng thích mặt trời hoặc số lượng chỉ số Wolf đối với nhiệt độ ngày mai là một truyền thuyết. Đó là các mối liên hệ yếu nhưng có ý nghĩa thống kê trong các chu kỳ dài hạn và thông qua các chuỗi phức tạp của các quá trình khí hậu. Việc tìm kiếm các mối liên hệ này là một cuộc điều tra với nhiều trung gian: vũ trụ, tầng đối lưu, các dòng chảy đại dương.

Hoạt động mặt trời: các chỉ số chính

Các chỉ số chính của hoạt động mặt trời bao gồm:

Số lượng chỉ số Wolf (W) — chỉ số tính đến số lượng các vết đen mặt trời và các nhóm của chúng. Phản ánh chu kỳ 11 năm của hoạt động mặt trời.

Gió mặt trời — dòng chảy các hạt điện tích (chủ yếu là proton và electron), tốc độ và mật độ của chúng thay đổi.

Tia紫外 (UV) và bức xạ röntgen — tăng đột biến trong các vụ phóng thích.

Tia vũ trụ galactic (GKL) — các hạt có năng lượng cao từ bên ngoài Hệ Mặt trời. Dòng chảy của chúng chống lại hoạt động mặt trời: trong các năm cực đại của Mặt trời, từ trường và gió mặt trời của nó ngăn chặn tốt hơn Trái Đất khỏi GKL.

Giả thuyết về cơ chế ảnh hưởng đến thời tiết và khí hậu

Không có sự sưởi ấm trực tiếp của khí quyển từ các vụ phóng thích (năng lượng vô cùng nhỏ so với dòng chảy tổng thể của bức xạ mặt trời). Các nhà khoa học đang xem xét một số kênh trung gian:

Ảnh hưởng thông qua sự thay đổi tổng lượng tia紫外 (UV): Trong thời kỳ hoạt động mặt trời cao, tia紫外 có thể tăng lên 6-8%. Điều này dẫn đến sự sưởi ấm thêm và thay đổi lưu lượng trong tầng đối lưu (lớp ở độ cao 10-50 km). Các gió tầng đối lưu, trong turn, có thể «phản ánh» xuống dưới, ảnh hưởng đến các sóng tầng đối lưu (ví dụ, hiện tượng rung động arctic — AO) và phân phối áp suất khí hậu. Sự dịch chuyển AO vào giai đoạn âm có thể dẫn đến sự xuất hiện của không khí lạnh arctic ở các vĩ độ trung bình, điều này có thể dẫn đến những cơn mưa giá khắc nghiệt ở châu Âu, Bắc Mỹ và châu Á.

Giả thuyết về mối liên hệ thông qua tia vũ trụ galactic (GKL) và mây (Luận thuyết của Svensmark): Đây là cơ chế gây tranh cãi nhất nhưng cũng được nghiên cứu tích cực nhất. Nhà khoa học Đan Mạch Henrik Svensmark đã giả thuyết rằng GKL, khi đạt đến các lớp thấp của khí quyển, có thể serve làm các trung tâm condensation, thúc đẩy sự hình thành của mây thấp. Nhiều GKL (trong thời kỳ cực đại của Mặt trời) -> nhiều mây thấp hơn -> albedo lớn hơn (tỷ lệ phản xạ ánh sáng mặt trời) -> lạnh hơn ở bề mặt. Tuy nhiên, trong cộng đồng khoa học, vẫn chưa có sự đồng thuận về sự quan trọng của hiệu ứng này đối với khí hậu, và nhiều nghiên cứu không tìm thấy bằng chứng thuyết phục về sự liên kết mạnh mẽ.

Ảnh hưởng đến cường độ các sóng hành tinh và các áp thấp cản trở: Một số nghiên cứu (ví dụ, của nhà heliophysics Nga Yu.I. Vitinsky) đã chỉ ra rằng có sự liên kết thống kê giữa các chu kỳ mặt trời và sự gia tăng các quá trình meridional trong khí quyển. Điều này có thể dẫn đến sự hình thành của các áp thấp cản trở bền vững vào mùa đông, «tr被困» không khí lạnh trên các lục địa, gây ra những cơn mưa giá dài hạn (ví dụ, mùa đông bất thường 1978-79 ở Bắc Mỹ).

Điều gì mà thống kê và pалеоклиматология nói?

Phân tích dữ liệu công cụ trong những năm gần đây không phát hiện ra sự liên kết đơn giản và mạnh mẽ. Mùa đông trong các năm cực đại và cực tiểu của mặt trời có thể là ấm hoặc lạnh.

Các bằng chứng gián tiếp: Có các nghiên cứu cho thấy rằng trong các thời kỳ cực tiểu của hoạt động mặt trời (ví dụ, trong thời kỳ cực tiểu sâu của Dalton vào đầu thế kỷ XIX, trùng với thời kỳ nhỏ của thời kỳ băng hà) có khả năng cao hơn về những cơn mưa giá mùa đông cực đoan ở châu Âu. Tuy nhiên, điều này chỉ là sự gia tăng nhỏ của khả năng, không phải là đảm bảo.

Thời kỳ cực tiểu Maund (1645-1715): Période đặc biệt thấp của hoạt động mặt trời (hầu như không có vết đen) trùng với giai đoạn lạnh nhất của thời kỳ nhỏ của thời kỳ băng hà ở châu Âu. Đây là luận cứ lịch sử nhất đáng tin cậy về ảnh hưởng dài hạn của khí hậu. Tuy nhiên, các ước tính hiện đại cho thấy sự giảm lượng bức xạ mặt trời trực tiếp là nhỏ (khoảng 0.1%), và có lẽ đã đóng vai trò và các yếu tố khác (hoạt động núi lửa, biến đổi nội bộ của khí hậu).

Tại sao không thể dự đoán mưa giá theo vụ phóng thích mặt trời?

Khí quyển của hệ thống khí hậu: Nhà điều hành chính của thời tiết mùa vụ ở các vĩ độ trung bình là nhiệt năng của các đại dương và tình trạng của lớp băng tuyết. Ảnh hưởng của chúng mạnh hơn nhiều so với các tín hiệu yếu từ Mặt trời.

Șум của lưu lượng khí quyển: Khí quyển là một hệ thống hỗn loạn, trong đó hiệu ứng «bướm» rất lớn. Rất khó để tách ra tín hiệu yếu của ảnh hưởng từ Mặt trời trên nền của các rung động nội bộ mạnh mẽ (El Niño, Sự rung động Bắc Đại Dương).

Thời gian chậm trễ và không tính địa phương: Dù có sự liên kết, nó cũng không xuất hiện ngay lập tức mà với sự chậm trễ từ tuần đến tháng và không tính địa phương, mà là sự thay đổi của các mẫu toàn cầu của lưu lượng khí quyển.

Các sự kiện và ví dụ thú vị

Mưa giá kỷ lục khi hoạt động mặt trời cao: Một trong những cơn lạnh nhất của mùa đông ở châu Âu trong thế kỷ XX xảy ra vào tháng một năm 1940 (dưới Moskva dưới -40°C), khi Mặt trời đang lên đến đỉnh của chu kỳ 17. Đây là một ví dụ rõ ràng về sự không có mối liên kết ngược lại.

「Hiệu ứng dãy núi」trên Nga: Các nhà nghiên cứu Nga (G.V. Kuznetsova và các đồng nghiệp) đã ghi nhận rằng trong các thời kỳ cực tiểu của hoạt động mặt trời vào mùa đông, thường hình thành áp thấp bền vững trên Siberia, điều này thực sự có thể dẫn đến thời tiết lạnh và ít tuyết hơn ở các khu vực trung tâm của Nga, nhưng lại ấm hơn ở châu Âu.

Thí nghiệm CLOUD tại CERN: Một nhóm các nhà vật lý quốc tế tại Large Hadron Collider đang tiến hành các thí nghiệm mô phỏng ảnh hưởng của các tia vũ trụ lên sự hình thành các hạt tro trương trong khí quyển. Dữ liệu sơ bộ xác nhận rằng GKL có thể tăng cường sự hình thành các hạt, nhưng theo ước tính mới nhất, đóng góp của chúng vào tổng số hạt núm condensation không vượt quá 10-20%.

Mặt trời và lưu lượng sông: Mối liên kết rõ ràng hơn không phải với nhiệt độ mà với chu kỳ thủy văn. Có sự liên kết thống kê có ý nghĩa giữa chu kỳ Heiles 22 năm (gấp đôi chu kỳ 11 năm) và mức độ mưa/luồng của các sông lớn (Volga, Nile), điều này có thể ảnh hưởng gián tiếp đến khí hậu của khu vực.

Kết luận

Ảnh hưởng của hoạt động mặt trời đến độ lạnh của mưa giá không phải là một nhiệt kế đơn giản mà có thể bật hoặc tắt. Đây là một bộ điều chỉnh yếu của hệ thống khí hậu phức tạp, ảnh hưởng của nó chỉ thể hiện như là sự dịch chuyển nhỏ của xác suất các kịch bản lưu lượng khí quyển trong chu kỳ dài hạn.

Điều lệnh trực tiếp của Mặt trời: «Ngày mai sẽ có -30°C» là không thể. Tuy nhiên, trong thời gian dài hạn (đ decad, thế kỷ), các thời kỳ cực tiểu và kéo dài của hoạt động mặt trời, có lẽ sẽ làm gia tăng các quá trình meridional và tăng nguy cơ các cơn mưa giá khắc nghiệt vào mùa đông ở các khu vực nhất định, nhưng chỉ khi kết hợp với các yếu tố khác. Các nỗ lực sử dụng dữ liệu mặt trời để dự báo thời tiết ngắn hạn là không có triển vọng. Các yếu tố chính của thời tiết mùa đông vẫn là tình trạng của Arktic, các rung động đại dương và các sự rung động nội bộ mạnh mẽ và ngẫu nhiên của khí quyển. Do đó, liên kết «mưa giá — hoạt động mặt trời» tồn tại, nhưng nó rất mỏng và gián tiếp, và các dấu vết của nó phải được tìm kiếm trong các mô hình thống kê phức tạp và các lưu trữ pалеокlimatological, không phải trong lịch của các vụ phóng thích mặt trời.
© biblio.vn

Permanent link to this publication: