www.solar-climate.com
 
 

СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ И КЛИМАТ ЗЕМЛИ

 

ПРИЧИНЫ ИЗМЕНЕНИЯ ГЛОБАЛЬНОГО КЛИМАТА

Климат – важнейшая характеристика природной среды обитания человека и общества, поэтому исследование изменений глобального климата является одной из актуальных проблем современного естествознания. Наиболее важным в проблеме исследования и прогнозирования изменений климата является вопрос о причинах, вызывающих эти изменения (Монин, Шишков, 1979; Монин, 1982; Монин, Шишков, 2000; Кондратьев, 1987).

Не подвергается сомнению то, что солнечная радиация, поставляющая на Землю свет и тепло, имеет важнейшее значение в генезисе климата и в развитии жизни на Земле. Солнечная радиация является основным источником энергии, определяющим радиационный и тепловой баланс Земли, ее поверхности, атмосферы и Мирового океана, термический режим биосферы (Зубов. 1938; Шулейкин, 1953; Кондратьев, 1965; Лоренц, 1970; Будыко, 1974; 1980; Монин, 1982; Монин, Шишков, 1979, 2000). «Солнце – единственный источник тепла, достаточно сильный, для того, чтобы оказывать значительное влияние на температуру поверхности земли и воздуха» (Воейков, 1948, с. 166).

Движением Земли вокруг Солнца и наклоном земной оси к плоскости этого движения определяются изменения климата в течение года – смена времена года. Еще Гиппархом было дано объяснение этому явлению. Оно связывалось с изменением наклона падения солнечных лучей при движении Земли вокруг Солнца («климат», в переводе с греческого языка означает – «наклон»). Причины же межгодовой и многолетней изменчивости климата до последнего времени являются предметом научных дискуссий.

В работе исследован современный солярный климат Земли. Определены основные
тенденции в его изменении – усиление широтной контрастности и сглаживание сезонных различий. Эти тенденции связаны с небесно-механическим процессом – вековым изменением наклона оси вращения Земли. УМЕНЬШЕНИЕ УГЛА НАКЛОНА ОСИ (ОТНОСИТЕЛЬНО ПЕРПЕНДИКУЛЯРА К ПЛОСКОСТИ ЭКЛИПТИКИ) ЯВЛЯЕТСЯ ПРИЧИНОЙ УВЕЛИЧЕНИЯ МЕЖШИРОТНОГО ГРАДИЕНТА ИНСОЛЯЦИИ (ШИРОТНОЙ КОНТРАСТНОСТИ) И СГЛАЖИВАНИЯ СЕЗОННЫХ РАЗЛИЧИЙ В ИНСОЛЯЦИИ. Поверхность (ВГА), на которую рассчитан приход солнечной энергии, является поверхностью отсчета радиационного (и теплового) баланса Земли. Рассчитанные с большим временным и пространственным разрешением вариации инсоляции могут использоваться и при точных расчетах радиационного баланса Земли (Trenberth, Fasullo, 2009, 2011).

На основе корреляционного анализа рассчитанной инсоляции Земли и климатических данных за период с 1900 по 2014 гг. выявлены связи в межширотном распределении среднемноголетней аномалии ПТВ с межширотным распределением аномалии инсоляции. Найдены различия в характере связи аномалии ПТВ и инсоляции определяемые типом подстилающей поверхности. Выявлены связи временных рядов аномалии ПТВ и инсоляции в отдельных широтных зонах Земли. Определено, что межширотное распределение характера выявленной связи регулируется инсоляционной контрастностью (межширотным градиентом инсоляции).

НАЙДЕНА СВЯЗЬ МНОГОЛЕТНИХ ИЗМЕНЕНИЙ АНОМАЛИИ ПТВ И ТПО (ВАЖНЕЙШЕЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОВРЕМЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА) С МНОГОЛЕТНИМИ ИЗМЕНЕНИЯМИ ИНСОЛЯЦИОННОЙ КОНТРАСТНОСТИ. Определены реальные причины изменения термической составляющей современного климата Земли (аномалии ПТВ и ТПО), связанные с увеличением инсоляционной контрастности (межширотного градиента приходящей солнечной радиации), определяемым изменением угла наклона оси вращения Земли. Моделирование изменения аномалии ПТВ и ТПО на основе уравнения регрессии (ансамбля линейных и полиноминальных решений) показало, что изменением инсоляционной контрастномти в диапазоне с 1900 по 2016 гг. объясняется 68,3% дисперсии аномалии ПТВ Земли, 60,3% в северном полушарии и 72,3% в южном полушарии. Дисперсию аномалии ТПО объясняется для Мирового океана (на интервале 1900 – 2016 гг.) на 68,3%, в северном полушарии на 57,3%, в южном полушарии на 75,4%. С учетом поправок в расчетных значениях на 60-ти летнее колебание эти показатели увеличиваются. Для ПТВ они составляют 82,7% для Земли, 79,7% для северного полушария и 80,6% для южного полушария. Для аномалии ТПО эти показатели становятся равными 82,7%, 77,1% и 82,8% для Мирового океана, северного и южного полушария соответственно. Вклад 60-ти летнего колебания (КМО) в изменение аномалии ПТВ составляет для Земли 14,4%, для северного полушария 19,4%, для южного полушария 8,3%. Изменение аномалии ТПО Мирового океана на 14,4% объясняется 60-ти летним колебанием (КМО). В северном и южном полушарии вклад этой осцилляции в изменение аномалии ТПО составляет соответственно 19,8% и 7,4%. Эти соотношения на длительных интервалах времени, вероятно, могут изменяться.

При учете в качестве поправок средних для отдельных фаз 60-ти летнего колебания значений расхождения фактических и рассчитанных значений влиянием двух факторов (инсоляционной контрастностью и 60-ти летним колебанием) объясняется 84,1% изменения аномалии ПТВ Земли, 81,3% изменения аномалии ПТВ в северном полушарии и 81,7% в южном полушарии. Влиянием отмеченных факторов в этом случае объясняется 84,2% дисперсии аномалии температуры поверхности Мирового океана, 79,1% дисперсии аномалии ТПО в северном полушарии и 83,8% в южном полушарии. Таким образом, основными причинами изменения аномалии ПТВ и ТПО в интервале с 1900 по 2016 гг. являются инсоляционная контрастность (межширотный градиент инсоляции) и Климатическая мультидекадная осцилляция (КМО, Climatic multidecadal oscillation – CMO). Суммарно этими факторами объясняется изменение 84,1% аномалии ПТВ для Земли и 84,2% аномалии температуры поверхностного слоя Мирового океана. Остающаяся без объяснения часть изменения аномалии ПТВ (приблизительно 16% – 19%), вероятно, связана с изменением солнечной активности и другими факторами. На основе найденной связи аномалии ПТВ и ТПО с индексом инсоляционной контрастности (ИК) созданы регрессионные модели изменения аномалии ТПО и ПТВ. В результате разработан алгоритм прогноза и рассчитаны значения аномалии ПТВ и ТПО, для Земли и полушарий до 2050 г. Разработанные, для глобальных ПТВ и ТПО регрессионные модели могут стать основой для создания региональных моделей изменения ТПО и ПТВ. С изменением ПТВ и ТПО связано повышение уровня Мирового океана. Изменения УМО более чем на 95% определяются изменением инсоляционной контрастности Земли (ИК), связанного с изменением наклона оси ее вращения. На основе регрессионной модели выполнен прогноз изменения УМО на период с 2017 по 2050 гг.

В настоящее время в качестве входящего в климатическую систему Земли внешнего энергетического сигнала в физико-математических моделях климата (CLIM–5) IPCC рекомендовано использование данных, полученных (Lean et al., 1995) в результате радиометрических измерений общего потока радиации (с 1978 г.) и реконструкции (с 1610 г.). Реконструкция общего потока радиации (TSI) выполнена на основе вариаций солнечной активности (чисел пятен и факельных вспышек). Эти реконструированные данные не отражают изменений инсоляционной контрастности, с которыми связана межгодовая и многолетняя изменчивость аномалии ПТВ, ТПО и УМО. Кроме того, вариации приходящей солнечной радиации определяются и небесно-механическими процессами. В нашей работе показано, что СООТНОШЕНИЕ ВАРИАЦИЙ РАЗНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ МЕНЯЕТСЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВРЕМЕННОГО РАЗРЕШЕНИЯ. Межгодовая изменчивость инсоляции в диапазоне месячного разрешения на 55% определяется вариациями, связанными с небесно-механическими процессами и на 45% вариациями солнечной активности.

Идеологическую основу современного климатического моделирования, в котором основным фактором изменения климата считается увеличение содержания СО2 связанного с деятельностью человека (Гор, 2007; http://www.ipcc.ch/), составляет представления о сценариях выбросов. Поскольку невозможно определить содержание СО2 в будущем, то предполагаются различные сценарии его содержания в зависимости от уровня развития промышленного производства в мире (https://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/spm/sres-ru.pdf). При этом не учитывается деятельность современных (от 600 до 1000) действующих вулканов. Для указанных для разных сценариев выбросов СО2 на основе физико-математических и др. моделей рассчитываются характеристики климата. В связи с полученными в работе результатами и определением реальных факторов изменения климата идеология в моделировании и национальная политика в области изменения климата нуждаются в пересмотре.

Форма найденной связи широтного градиента приходящей солнечной радиации с аномалией ПТВ и ТПО (и другими характеристиками природной среды) однозначно не определена. Это создает сложности при разработке прогностических сценариев. Прогнозируемость климата также ограничивается некоторыми пространственными и временными пределами. Это связано с тем, что наряду с регулярными изменениями, в климатической системе (смена сезонов года), существуют и хаотические (даты начала и продолжительность сезонов года) изменения. Эти пределы, вероятно, изменяются в зависимости от пространственного и временного разрешения. Исследование формы и устойчивости связи инсоляции Земли с характеристиками природной среды и биосферы, а также пространственных и временных пределов прогнозируемости этих характеристик представляется в настоящее время важнейшей задачей при исследованиях климата Земли и прогнозе его изменений в будущем.

В историческом аспекте полученные результаты, по сути, распространяют объяснение причины изменения климатических сезонов года, данное Гиппархом, в качестве первопричины для объяснения тенденции многолетних изменений глобального климата Земли в современную эпоху. Иными словами, годовой ход, межгодовые и многолетние изменения климата связаны с общей причиной – наклоном земной оси и его изменениями, а полученные новые данные подтверждают старые представления о солнечной энергии, как основном факторе формирования и изменения климата на планете.

Основным фактором формирования климата Земли, является солнечная радиация. Изменение потока солнечной радиации определяется двумя причинами, имеющими различную физическую природу. Одна связана с изменением физической активности Солнца, другая с небесно-механическими процессами (изменение расстояния Земля – Солнце, продолжительности тропического года и др.). Основным регулятором распределения полного потока приходящей солнечной радиации по широтам и сезонам является наклон оси вращения Земли. Смена климатических сезонов в годовом ходе определяется углом наклона оси вращения Земли (в современную эпоху около 23,5°). Межгодовая и многолетняя изменчивость климата определяется изменением этого угла наклона в связи с прецессией и нутацией. ИЗМЕНЕНИЯ ГЛОБАЛЬНОГО КЛИМАТА ЗЕМЛИ, ТАКИМ ОБРАЗОМ, ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ ЕСТЕСТВЕННЫМИ ФАКТОРАМИ, ОСНОВНЫМ ИЗ КОТОРЫХ ЯВЛЯЕТСЯ ИЗМЕНЕНИЕ НАКЛОНА ОСИ ВРАЩЕНИЯ ЗЕМЛИ.

 

ПРИЯТНАЯ ПРАВДА ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В ТОМ, ЧТО ЧЕЛОВЕЧЕСТВО НЕ ВИНОВАТО В ИЗМЕНЕНИИ ГЛОБАЛЬНОГО КЛИМАТА ЗЕМЛИ.





SOLAR RADIATION AND CLIMATE
OF THE EARTH

 
© www.solar-climate.com
 
     

**
1