Текст книги "Климат и деятельность человека"

Автор книги: Евгений Борисенков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 8 страниц)

Естественные факторы изменения климата

Выше мы проследили за изменениями климата, которые носили глобальный характер и охватывали как длительные, так и более короткие периоды истории Земли. В основном это было вызвано естественными причинами. Лишь в небольшой мере, особенно в последние десятилетия, отдельные изменения объясняются неосознанной деятельностью человека: вырубка и выжигание лесов на больших пространствах, увеличение пахотных земель, вытаптывание растительности животными в так называемых аридных зонах, что могло способствовать наступлению пустынь, и др. Однако человеческая деятельность подобного рода не способна повлиять на крупные климатические колебания: ледниковые и межледниковые периоды или даже малый климатический оптимум и малый ледниковый период.

Как подчеркивалось, строгой теории, позволяющей с уверенностью объяснить и математически оценить колебания климата в прошлом, не создано. Тем не менее наука в состоянии дать количественную оценку отдельных климатообразующих факторов и качественную интерпретацию их влияния на климат. Для наглядности запишем в самом общем виде уравнение баланса термодинамической энергии. Если обозначить среднюю взвешенную по массе и отнесенную к единице массы температуру столба атмосферы единичного сечения T, а ее изменения ΔT, то

ΔT = (1 – A)S₀ + E_эф + E_турб + E_фаз + E_циркул + D + E_ист.

Здесь А – интегральное альбедо системы Земля—атмосфера, характеризующее отражательную способность как подстилающей поверхности, так и самой атмосферы для приходящей от Солнца радиации. Оно меняется теоретически от 0 до 100% (от 0 до 1). В среднем для всего земного шара интегральное альбедо системы 0,3—0,35. Это означает, что 30—35% приходящей солнечной радиации, в основном коротковолновой, отражается и уходит в мировое пространство. Однако для различных сезонов альбедо системы колеблется в очень широких пределах – от нескольких единиц до 90%. В связи с этим, для того чтобы оценить только роль альбедо, необходимо знать характеристику и состояние биосферы над всем земным шаром, почв, океана, снежного и ледового покрова. Альбедо атмосферы зависит от количества и микроструктуры облачности, весьма изменчивой во времени и пространстве.

Указанные характеристики климатической системы непрерывно находятся в динамике. Без ее понимания мы не может оцепить изменение альбедо системы Земля-атмосфера. На примере одного этого параметра видно, что климатическая система многокомпонентна.

S₀ – приходящая на верхнюю границу атмосферы солнечная радиация. Она зависит от интенсивности солнечного излучения, времени года и суток, широты места, параметров земной орбиты и угла наклона земной оси. Легко видеть, что величина S₀ зависит от ряда факторов как земного, так и внеземного происхождения.

В сумме величина (1—A)S₀ характеризует долю поглощенной системой Земля—атмосфера солнечной радиации.

E_эф – эффективное уходящее длинноволновое излучение, т. е. количество тепловой радиации, покидающей Землю. Оно зависит от температуры излучающего тепло тела, т. е. от температур подстилающей поверхности и атмосферы, от газового и аэрозольного состава атмосферы, облачности. Одни газовые и аэрозольные компоненты поглощают длинноволновую радиацию (водяной пар, углекислый газ, облачность или, как принято говорить, облачный аэрозоль и др.), другие пропускают длинноволновую радиацию полностью или частично (азот, кислород, крупная пыль и др.). В обычном состоянии в отдельности газы и главным образом N и O₂, из которых в основном состоит атмосфера, не поглощают в сильной мере ни длинноволновую, ни коротковолновую радиацию и сами по себе существенно не влияют на тепловой режим атмосферы. Но в результате внешних воздействий, например вулканических извержений, солнечных вспышек, а в последние годы и антропогенных факторов (атомные взрывы, сжигание топлива), эти газы могут образовать соединения (например, окислы N и др.), которые будут поглощать как длинноволновую, так и коротковолновую радиацию и влиять тем самым на тепловой режим атмосферы.

E_турб – турбулентный поток тепла между атмосферой и подстилающей поверхностью. Он зависит от контраста температур между атмосферой и подстилающей поверхностью и ее свойств, а также от скорости ветра.

E_фаз – фазовые притоки тепла, характеризующие как затраты тепла на испарение, так и выделение затраченного на испарение тепла при конденсации водяного пара и выпадении осадков.

E_циркул – перераспределение тепла по земному шару за счет циркуляционных процессов. В среднем для всего земного шара приток тепла равен нулю. Но в отдельных регионах за счет этого источника могут происходить существенные изменения температур.

D – приток тепла, возвращаемого в атмосферу за счет диссипации кинетической энергии атмосферных движений, т. е. за счет перехода механической энергии движения атмосферы в тепловую.

Приток тепла за счет диссипации незначителен, в среднем он составляет 2—3 Вт/м² по сравнению с солнечной постоянной, равной 1356 Вт/м². Этот источник тепла в целом не имеет существенного климатообразующего значения для земного шара. Однако именно равная этому количеству энергия необходима атмосфере для поддержания кинетической энергии движений, т. е. величина генерируемой в атмосфере кинетической энергии примерно равна ее диссипации. Но через циркуляционный механизм происходит перераспределение энергии по земному шару (E_циркул). Зачастую этот фактор недооценивается ввиду малости этой величины, что само собой исключает из рассмотрения динамику атмосферы, а значит, и циркуляционные факторы климата, региональные его особенности и крупные климатические аномалии.

E_ист – энергия, вносимая каким-то внешним источником (в настоящее время – это в основном антропогенный).

Легко видеть, что если имеются естественные или антропогенные факторы, способные изменить тот или иной из описанных выше параметров, характеризующих только один компонент климатической системы атмосферы, то на основе оценки изменений этих параметров можно будет оценить возможные изменения интересующего нас климатического режима атмосферы.

Но для полного учета этого фактора нужно принять в расчет динамику всех пяти компонентов климатической системы (атмосферы, океана, криосферы, поверхности суши, биосферы), находящихся в сложном взаимодействии. Другими словами, подобный анализ следовало бы провести для каждого из пяти компонентов климатической системы в отдельности, а затем в их взаимодействии. Именно в этом заключается основная трудность проблемы, ее многообразие, комплексность и глобальный характер.

Атмосфера – самый подвижный компонент климатической системы. Характерное время установления атмосферной циркуляции под влиянием внешних параметров составляет около месяца.

Океан менее подвижен. Он – мощный аккумулятор солнечной энергии, которая затем поступает в атмосферу в виде явного и скрытого тепла. Характерное время установления циркуляции в верхнем (деятельном) слое океана колеблется от нескольких месяцев до нескольких лет, на глубине – столетия. Океан является источником и стоком в газовом и аэрозольном обмене с атмосферой.

Криосфера – еще менее подвижный компонент климатической системы. Она включает воду в замерзшем состоянии (континентальные ледниковые щиты, горные ледники, морские льды, снег). Снежный покров и морской лед испытывают значительные внутригодовые колебания, в то время как горные ледники и в особенности континентальные ледниковые щиты изменяются слабо – в масштабе столетий, десятков и сотен тысяч лет. Криосфера исключительно сильно влияет на альбедо и частично орографию поверхности, а также на перераспределение воды на земном шаре.

Следующий компонент включает в себя непосредственно поверхность суши с ее почвами, горами, реками, озерами, грунтовыми водами. Озера, реки, болота, грунтовые воды – важные факторы влагооборота. Поверхность суши воздействует на радиационный и тепловой режим атмосферы, на газовый, аэрозольный обмен и др.

Последний компонент климатической системы – биомасса – включает в себя растительный и животный мир континентов и океанов. Биомасса существенно сказывается на влагообороте, газовом обмене, тепловом режиме. Воздействуя на биомассу или через ее посредство на другие компоненты системы, человек подвергает испытаниям состояние климатической системы в целом.

Естественные механизмы, влияющие на климат, можно разбить на следующие группы:

астрономические факторы, связанные с изменением параметров земной орбиты, наклоном земной оси и процессами на Солнце или в Солнечной системе;

геофизические факторы, обусловленные свойствами Земли как планеты;

циркуляционные факторы, связанные в основном с процессами внутри самой атмосферы.

Ниже будет рассмотрена каждая из перечисленных групп, дана качественная, а там, где возможно, и количественная интерпретация их влияния на климат.

Астрономические факторы длительных колебаний климата

Хорошо известно, что астрономическими факторами объясняется суточный ход погоды и внутригодовые изменения погоды и климата. Но существуют и долгопериодные климатические изменения, зависящие от астрономических факторов.

Астрономические факторы формирования климата определяются в основном параметрами земной орбиты, в зависимости от которых меняется расстояние от Земли до Солнца, углом наклона падающих солнечных лучей и процессами на самом Солнце. Эта группа факторов меняет величину S₀, т. е. приходящую к Земле радиацию (инсоляцию), являющуюся функцией широты, времени года, времени суток, положения Земли, или же приводит в действие некоторые внутриатмосферные механизмы, влияющие на климат.

Мы уже отмечали, что палеоклиматологические данные подтвердили в колебаниях климата прошлого наличие периодичностей порядка 100 тыс., 41 тыс., 21 тыс. лет, связанных с соответствующими периодами колебаний параметров земной орбиты и наклонением оси Земли. К таким факторам относятся периодические изменения эксцентриситета земной орбиты (е), угла наклона плоскости земного экватора к плоскости орбиты (ε) или угла наклона земной оси и прецессии орбиты, определяемой величиной е·sin π, где π – долгота перигелия, т. е. самой близкой к Солнцу точки орбиты, отсчитываемая от точки весеннего равноденствия.

Идея влияния параметров земной орбиты и наклона оси на S₀ и приходящую инсоляцию была высказана еще в 1842 г. французским математиком Адамаром и затем развита в 1930—1938 гг. в работах югославского геофизика Миланковича.

Как известно, величина S₀ обратно пропорциональна квадрату расстояния от Земли до Солнца. Вследствие эллиптичности земной орбиты это расстояние меняется, в связи с чем меняется и количество приходящей радиации к различным широтным зонам. После Миланковича расчеты эксцентриситета были повторены рядом американских и советских авторов за 30 млн. лет в прошлом и 1 млн. лет в будущем. Он колеблется в пределах 0,0007—0,0658 (в настоящее время равен 0,017) с периодами 90 тыс. – 100 тыс., 425 тыс. и 1200 тыс. лет.

Угол наклона ε составляет 22,068°—24,568° с периодами 41 тыс. и 200 тыс. лет (по Миланковичу этот период 40 400 лет, по некоторым американским данным угол ε колеблется за последние 500 тыс. лет от 21,8° до 24,4°), в настоящее время он равен 23,5°. Прецессия орбиты (параметр е·sin π) колеблется в пределах от 0,03 до 0,07 относительно его значения в 1950 г. со средним периодом около 21 тыс. лет. Все эти периоды неплохо согласуются с имеющимися представлениями о колебании климата в плейстоцене. Источником изменения параметров земной орбиты является меняющееся гравитационное поле в системе планет Солнечной системы.

Расчеты движения Земли с учетом возмущений, создаваемых действием сил притяжения других планет, производились еще в XVIII столетии Ж. Л. Лагранжем, а затем уточнялись другими учеными. Они подтвердили наличие подобных колебаний. Расчеты показали, что в среднем отмеченные колебания параметров земной орбиты существенно не меняют приходящей к Земле суммарной радиации, но она перераспределяется между полушариями, широтными зонами, различными сезонами.

Если предположить, что эллиптичность орбиты, характеризуемая эксцентриситетом, – единственный климатообразующий фактор, то полушарие, находящееся в перигелии зимой (как сейчас северное полушарие), должно иметь более длинные и прохладные летние сезоны. В противоположном полушарии – в апогее зимой – более короткие теплые летние сезоны и более продолжительные холодные зимы. Сезонные контрасты должны быть увеличены в период максимальной эллиптичности орбиты, как примерно 20 тыс. лет назад, когда наблюдался один из наибольших максимумов этого параметра. Период таких изменений составляет порядка 90—100 тыс. лет. В настоящее время мы медленно приближаемся к периоду наименьшей эллиптичности, когда сезонные контрасты должны уменьшиться.

Временной ход эксцентриситета за последние 500 тыс. лет приведен на рис. 10, а. Этот фактор указывает на приближение к новой ледниковой эпохе. Временной ход угла наклона земной оси е за тот же период приведен на рис. 10, б. Хорошо видно, что последний максимум угла наклона наблюдался почти 8—10 тыс. лет назад, что соответствует времени существования климатического оптимума. Следующий минимум ожидается примерно через 20 тыс. лет. При минимальном угле наклона ε контрасты между сезонами будут наименьшими. При максимальном угле наклона различия в тепловой энергии, достигающей Земли, между летними и зимними сезонами будут наибольшими. Этот эффект происходит синхронно в северном и южном полушариях и зависит от широты. Он мал у экватора и имеет максимум у полюсов. Так, средняя инсоляция летом на широте 45° изменяется на 1,2% на каждый градус изменения угла ε, а амплитуда инсоляции (при амплитуде этого угла за последние 500 тыс. лет в 2,6°) составляет примерно 3%. Однако для широты 65° одному градусу изменения угла наклона оси соответствует изменение инсоляции на 2,5%. Амплитуда же инсоляции для этой широты составит уже 6,5%. Таким образом, в период максимальных углов наклона земной оси ледники должны отступить, а интенсивность цирукуляции атмосферы увеличиться; при уменьшении угла ε наоборот. В ближайшем будущем (рис. 10, б) следует ожидать уменьшения угла наклона оси, что приведет к наступлению ледников и уменьшению контрастов между сезонами.

Рис. 10. Изменение параметров земной орбиты и наклона оси вращения за последние 500 тыс. лет

Третий параметр, который влияет на величину S₀ и климат, – прецессия орбиты. Эффект влияния данного фактора с периодом порядка 21 тыс. лет проявляется в одной фазе в северном и южном полушариях и не зависит от широты. В настоящее время Земля и Солнце ближе всего находятся друг от друга в январе (лето в южном полушарии). Но 10 тыс. лет назад это происходило в июле. Следовательно, еще через 10—11 тыс. лет картина станет обратной: летом южного полушария Земля будет дальше от Солнца, а летом северного ближе. В результате лето южного полушария и зима северного полушария станут еще холоднее, а зима южного полушария и лето северного – несколько теплее. Временной ход индекса, характеризующего прецессию орбиты, приведен на рис. 10, в.

На рис. 11 приведен временной ход суммарной инсоляции, вычисленной Бреккером и Ван Донком в 1970 г. для трех широтных кругов (45°, 55° и 65° с. ш.) за последние 500 тыс. лет. Данные позволяют сделать вывод, что чередование ледниковых-межледниковых эпох удивительно хорошо согласуется с периодами колебания параметров земной орбиты и наклона оси Земли. При учете всех трех факторов амплитуды изменения инсоляции составили около 5% относительно средних летних значений, что весьма много. Это равноценно изменению инсоляции вследствие уменьшения солнечной постоянной примерно на те же 5%.

Изменения инсоляции такой величины вполне могут объяснить колебания климата в течение последних 500 тыс.– 1 млн. лет. Устойчивого уменьшения инсоляции на несколько процентов достаточно, чтобы объяснить появление крупных оледенений и их ослабление. Во всяком случае, на рис. 11 отчетливо видно совпадение увеличения инсоляции с климатическим оптимумом 8—10 тыс. лет назад, а уменьшение – с последним ледниковым периодом. Согласуются и другие эпохи потепления и похолодания климата в прошлом. Детальные расчеты советских специалистов показали, что очередной минимум инсоляции, который почти на 5% ниже современной величины инсоляции, будет наблюдаться через 11 тыс. лет.

Анализируя эпохи оледенения Земли, следует иметь в виду, что изменение орбитальных параметров Земли и наклона ее оси вращения должно было отразиться на широтных контрастах температуры, что в свою очередь должно повлиять на характер циркуляционных процессов в атмосфере. Поэтому строгого соответствия периодов минимальной инсоляции и максимального оледенения может и не быть. К тому же на этот механизм накладывается влияние и других факторов.

Однако из всех естественных причин, вызывающих изменения климата, колебания параметров земной орбиты и как следствие инсоляция – наиболее реальные и более или менее ясно понимаемые климатообразующие факторы[1]1
  Более детальный анализ орбитальных факторов приведет к выявлению более коротких периодов.


[Закрыть]. На основании экстраполяции рассмотренных параметров можно сделать вывод о том, что ход естественных процессов приближает нас к новому ледниковому периоду, который может наступить через несколько тысяч лет. Сейчас Земля находится в фазе межледниковья и приближается к эпохе оледенения со средней скоростью уменьшения инсоляции порядка 0,2—0,4% за тысячу лет.

Рис. 11. Временной ход летней инсоляции за последние 500 тыс. лет

Вторая группа факторов, относящаяся к астрономическим и влияющая либо на S₀, либо на внутриатмосферные механизмы, – процессы на самом Солнце. Данная группа факторов относится к проблеме, получившей в последние годы название «солнечно-земные связи в погоде и климате». И хотя эта проблема одна из старейших, она до сих пор принадлежит к числу остродискуссионных и имеет как горячих приверженцев, так и непримиримых противников. Однако противников признания влияния солнечно-атмосферных связей на погоду и климат становится все меньше, а их аргументация слабеет на фоне появления новых экспериментальных и теоретических работ, подтверждающих наличие таких связей.

На Солнце существует много процессов, характеризующих его активность. Но наибольшее внимание всегда уделялось солнечным пятнам как признаку солнечной активности, т. е. они имеют самый длительный ряд наблюдений. Средний диаметр солнечных пятен около 37 тыс. км, а наибольший – до 245 тыс. км. Средняя температура в них почти на 2000 К ниже, чем эффективная температура фотосферы. Магнитное поле солнечных пятен много выше, чем в целом для диска Солнца, а полярность лидирующего пятна в биполярной группе противоположна полярности следующего за ним пятна.

В последние годы появились научные работы, в которых делается попытка на основе магнитно-гидродинамической теории объяснить существование циклов солнечных пятен. Такая работа, в частности, выполнена А. С. Мониным. Имеются, однако, и другие идеи, связывающие цикличность в появлении солнечных пятен с аномалиями в поле гравитации, создаваемыми планетами Солнечной системы.

Ниже мы воспользуемся данными о солнечных пятнах для характеристики истории климата. Но при этом все же следует помнить, что при объяснении физических механизмов влияния солнечной активности на погоду и климат необходимо обращаться и к другим признакам активности Солнца, наблюдения за которыми организованы сравнительно недавно или даже в самые последние годы.

Рис. 12. Характеристика циклов солнечной активности, выраженная в числах Вольфа

Впервые солнечная активность по солнечным пятнам была проанализирована в 1843 г. астрономом Г. Швабе, По данным наблюдений за 1826—1843 гг. он установил 10-летний цикл в поведении солнечных пятен. Но их существование было замечено раньше. Так, в Китае было засвидетельствовано наличие больших солнечных пятен на Солнце по крайней мере в XV столетии. В то же время Г. Галилей отметил период отсутствия солнечных пятен около 1610 г. Р. Вольф ввел некоторый комбинированный индекс солнечных пятен, получивший название чисел Вольфа. Он построил временной ход чисел с 1700 по 1847 г. С 1848 г. по настоящее время этот ряд непрерывно пополняется.

Кроме того, по историческим записям и радиоуглеродному анализу срезов деревьев числа Вольфа были восстановлены примерно за последнюю тысячу лет. Оказалось, что они варьируют от 0 до 10 в годы минимума и от 50 до 100 и более в годы максимума солнечной активности (ежедневные вариации колеблются между 0 и 355 или даже больше). В среднем длина цикла пятен оказалась равной 11 годам, хотя она варьирует от 8,5 до 14 лет между соседними минимумами и от 7,3 до 17 лет между соседними максимумами. В 1784—1797 и 1843—1856 гг. длина цикла была 13 лет. Солнечным циклам дана нумерация. Так, с минимума 1755 до минимума 1766 г. был первый цикл, 20-й цикл – с 1964 по 1976 г. Сейчас наблюдается 21-й цикл солнечных пятен, который, по-видимому, является одним из наиболее активных. На рис. 12 приведены солнечные циклы с 1755 по 1978 г. Неоднородность циклов видна даже на глаз, а в деталях это обнаруживается строгими методами анализа. Кроме 11-летней цикличности, можно заметить и более длительные периоды. Так, группа 1, 2, 3 и 4-го циклов сходна с группой 17, 18, 19, 20-го циклов, что дает 180-летнюю периодичность. Группы 5, 6, 7-го и 12, 13, 14-го циклов также сходны, что дает 80-летний цикл солнечных пятен. Их наличие выявляется и более строгими методами статистического анализа.

Если принять во внимание магнитные характеристики солнечных пятен, то на основе этого признака объединяют циклы попарно, т. е. считается, что каждый нечетный цикл имеет положительную полярность, а каждый четный – отрицательную. В сумме нечетная и четная пара циклов дает 22-летний цикл солнечной активности.

Впервые 22-летний цикл, по-видимому, был введен в 1908 г. Хейгом. В последнее время эта идея была существенно развита в работах А. И. Оля и других ученых. Она стала одной из наиболее признанных методик прогноза солнечной активности, разработанной А. И. Олем. На рис. 13 показаны осредненные характеристики чисел Вольфа с 1050 г., восстановленные по радиоуглероду ¹⁴С, а также кривая солнечных циклов за период наблюдений с 1700 г. Хорошо видно, что периоду климатического оптимума в X—XIII вв. (1100—1250 гг.) соответствовал максимум чисел Вольфа, малому ледниковому периоду, который был ярко выражен в 1450—1700 гг., – минимум. Более детально в числах Вольфа выделяются минимумы Спорера и Маундера в 1460—1550 и 1645—1715 гг. Им отвечали наиболее холодные интервалы времени малого ледникового периода. Похолодание в 1812—1921 гг. также совпадает с минимумом солнечных пятен.

Рис. 13. Характеристика солнечной активности по числам Вольфа (W), восстановленным по данным радиоуглеродного анализа за последнюю 1 тыс. лет.

1 – наиболее теплые и холодные периоды; 2 – числа Вольфа

Однако есть и некоторые отклонения. Так, в 1600 г. отмечается небольшой максимум солнечных пятен. Выше говорилось, что в ряде мест Европы в то время был холодный климат, который соответствовал одному из максимумов наступления альпийских ледников. По-видимому, эта часть рисунка нуждается в уточнении, поскольку и по наблюдениям Г. Галилея около 1610 г. солнечные пятна отсутствуют[2]2
  Более подробный анализ показывает, что в 1612 г. солнечных пятен было около 50, затем был пропуск в наблюдениях до 1642 г. с эпизодическими наблюдениями около 1625 г.


[Закрыть]. Следует заметить, что наступление и отступление альпийских ледников несколько сдвинуты относительно фаз минимума и максимума солнечных пятен. Так, максимум наступления альпийских ледников падает на 1760—1790 гг., а в горах Кебнекайсе в Северной Швеции на 1780 г. Норвежские и исландские ледники достигли максимального развития в 1740—1750 гг. Максимум в 1850—1860 гг. был отмечен в Исландии, Норвегии, Северной и Южной Америке.

Это лишний раз свидетельствует о сложности и многообразии действующих факторов, которые накладывают свой отпечаток на климат. Объяснять все климатические изменения одной солнечной активностью нельзя, точно так же, как нельзя и отвергать ее. Однако в укрупненных показателях связь колебаний солнечных пятен в последнем тысячелетии с колебаниями климата прослеживается, и это не позволяет легко отвергнуть связь изменений солнечной активности с изменениями климата.

Для более короткопериодических колебаний следует обратиться к многочисленным поискам связей изменения осадков, температуры, давления, ветра, повторяемости засух и других явлений с более короткими циклами солнечной активности – 11, 22, 80-летним и др. Таких исследований было выполнено много. Иногда эти связи достаточно хорошо характеризовали 11-летний цикл, иногда на передний план выступал 22-летний цикл. В одних районах они были положительными, в других – отрицательными. Отмечались случаи, когда после периода хорошей корреляции индексов солнечной активности (чисел Вольфа или индексов К_р и А_р) с теми или иными характеристиками климата наступали периоды резкого нарушения связей.

Все это породило закономерную неуверенность в таких связях и даже полное отрицание их. Для скептицизма были основания, по крайней мере в силу двух причин. Первая заключается в том, что в ряде случаев вслепую искались коэффициенты корреляции между числами Вольфа и любыми характеристиками не только погоды и климата, но и совершенно случайных явлений. Вторая причина объясняет до некоторой степени первую и связана с отсутствием в прошлом серьезных исследований по изучению физических механизмов влияния солнечной активности на погоду и климат. Без знания таких механизмов или хотя бы научно аргументированных гипотез их существования поиски статистических связей вслепую не могут дать существенного сдвига в понимании проблемы. В настоящее время в этом направлении сделано много. Но прежде чем перейти к этому вопросу, рассмотрим вкратце связи между солнечной активностью и климатом.

На основе анализа индексов, характеризующих возмущающий потенциал гравитационного взаимодействия таких планет, как Земля, Меркурий, Венера, Марс, Луна, Сатурн, Юпитер, Нептун, установлены периодичности, которые близки к периодам солнечной активности. Так, периоды 5,5; 10,4; 11,1; 11,8; 89,5; 179,2 лет соответствуют названным выше циклам солнечной активности. Следовательно, в основе физической природы солнечной активности (хотя солнечные пятна и числа Вольфа далеко не полностью характеризуют солнечную активность), как и в основе колебаний параметров земной орбиты, лежит возмущающее влияние поля гравитации вследствие взаимного расположения планет Солнечной системы. Правда, эта точка зрения иногда и оспаривается в пользу магнитно-гидродинамических процессов внутри Солнца.

Для глобальной приземной температуры воздуха ее корреляция с 11-летним циклом солнечных пятен меняется от отрицательной к положительной от 1958—1963 к 1974—1975 гг. Наблюдалась положительная корреляция полезной потенциальной энергии северного полушария с 11-летним циклом солнечной активности за 1880—1972 гг. Она несколько ухудшалась в 30—40-е годы и в начале 70-х годов.

В Центральной Англии в июле температура у поверхности была в фазе с 22-летним солнечным циклом с 1750 по 1830 г. и с 1860 по 1880 г. После 1880 г. связь оказалась лучше с 11-летним циклом. Периоды нарушений были между 1830—1860 и после 1880 г.

Температуры в тропиках имели отрицательную корреляцию с 11-летним циклом до 1920 г. и положительную до 1950 г. Связь нарушилась между 1920—1925 гг.

В Аделаиде (Австралия) наблюдалась отрицательная корреляция с 22-летним циклом до 1922 г., затем нарушилась. Уровень воды в озере Виктория, являющийся хорошим индикатором осадков, имел положительную корреляцию с 11-летним циклом с 1880 по 1930 г. Затем связь нарушилась, а после 1950 г. вновь восстановилась, но уже как отрицательная. За 1888—1973 гг. (кроме 1923—1943 гг.) была установлена хорошая корреляция между западновосточным смещением центра Исландского минимума и 22-летним циклом солнечной активности.

Таких примеров немало. Они могут быть дополнены связью солнечной активности с косвенными характеристиками климата и климатическими аномалиями. Так, для ряда пунктов была установлена хорошая корреляция чисел Вольфа с числом гроз. В 1888—1924 гг. для Сибири коэффициент корреляции был 0,88. Для других районов мира он в основном не превышал 0,3—0,4.

В последние годы установлена достаточно надежная корреляция содержания озона с солнечной активностью. Она имеет серьезное физическое обоснование. В настоящее время трудно установить надежность такой связи за длительный период из-за ограниченного времени наблюдений за озоном. Однако установлено, что в период солнечных вспышек резко меняется концентрация озона.

В Советском Союзе Т. В. Покровской, В. А. Дьяковым и другими исследователями установлена связь вероятности появления засух с фазами солнечной активности. Для европейской территории СССР, например, и Западной Сибири эти связи находятся в противофазе.

Имеющиеся фактические данные по проблеме солнечной активности могут свидетельствовать, по крайней мере, о следующем. Связь между климатическими явлениями и 11 и 22-летним циклами солнечной активности существует. Однако она не однозначна в силу большого количества факторов, влияющих на климат и действующих одновременно.

Установленные связи могут иметь различный знак в различных регионах и в различные периоды времени. В значительной мере это зависит от того, на фоне каких естественных процессов происходит воздействие солнечной активности.

Природа неоднозначности связей, их изменений во времени и пространстве не может быть понята и использована для объяснения изменений климата в прошлом, а тем более для прогноза будущего климата, пока не будут вскрыты физические механизмы связи солнечной активности с погодой и климатом.

Проблема выяснения физических механизмов, объясняющих связь между процессами на Солнце и изменениями погоды и климата, была поставлена в ряд физических проблем совсем недавно, менее 10 лет назад. Рассмотрим основные идеи, обосновывающие те или иные физические механизмы, и их аргументацию.

Солнечная активность, помимо солнечных пятен, проявляется в широком спектре колебаний электромагнитного излучения, начиная от жесткого ультрафиолетового, видимого, инфракрасного, радиоизлучения и кончая корпускулярным излучением, магнитными бурями и др. Некоторые из этих характеристик солнечной активности связаны с солнечными пятнами.

Перечислим главные физические механизмы солнечно-атмосферных связей. Прежде всего – это изменения интегральной солнечной постоянной и излучения Солнца в узких спектральных интервалах ультрафиолетового и видимого излучения Солнца, на которые приходится максимум излучаемой солнечной энергии.