Mraz i solarna aktivnost: kosmičke niti zemaljske vremenske mjere

Uvod: traženje veze u klimatskom kaosu

Pitanje o utjecaju solarne aktivnosti na vremenska događanja, posebno na surovost mraza, je jedan od najzanimljivijih i najdiskusionijih u moderne klimatologiji i heliofizici. Na svakodnevnom nivou često se čuje tvrdnje o vezi «solarnih burja» i anomalnih hladila. Međutim, znanstvena slika je mnogo složenija: izravno i jednoznačno utjecaj solarnih izbijanja ili broja Volfa na temperaturu jutra je mit. Radi se o slabim, ali statistički značajnim korelacija u dugoročnim krugovima i kroz složene niti atmosferskih procesa. Traženje tih veza je detektivski priče s mnogim posrednicima: magnetosfera, stratosfera, oceanički tokovi.

Solarna aktivnost: ključni indikatori

Glavni indikatori aktivnosti Sunca su:

Broj Volfa (W) — indeks koji učešća broj sunčanih očuva i njihovih grupa. Odbija 11-godišnji krug solarne aktivnosti.

Solarni vjetar — tok zatopljenih čestica (većinom protona i elektrona), brzina i gustina kojih se mijenja.

Ultraljubično (UV) i rendgensko zračenje — naglo raste tijekom izbijanja.

Galaktički kosmički zraki (GKZ) — visokoenergetične čestice izvan Sunčevog sustava. Njihov tok anti-korelira s solarnom aktivnošću: u godine maksimuma Sunca njegovo magnetno polje i solarni vjetar bolje ekraniraju Zemlju od GKZ.

Hipotetički mehanizmi utjecaja na vremenske događaje i klimu

direktnog zagrijavanja atmosfere od izbijanja (energija je zanemarivo mala u usporedbi s ukupnim tokom solarne radijacije) nije. Znanstvenici razmatraju nekoliko posredovanih kanala:

Utjecaj kroz promjenu ukupnog ultraljubičnog (UV) toka: U periodu visoke solarne aktivnosti UV zračenje može rasti na 6-8%. To vodi do dodatnog zagrijavanja i promjene cirkulacije u stratosferi (sloj na visini 10-50 km). Stratosferski vjetri, u svom redu, mogu «projicirati» dolje, utječući na troposferske valove (npr. arktičko kretanje — AO) i raspodjelu atmosferskog pritiska. Pomicanje AO u negativnu fazu pridonosi izlasku hladnog arktičkog zraka u srednje širine, što može voditi do surovih mraza u Europi, Sjevernoj Americi i Aziji.

Hipoteza o vezi kroz galaktičke kosmičke zrake (GKZ) i oblačnost (Teorija Svensmarka): To je najviše sporno, ali aktivno istraživani mehanizam. Danski znanstvenik Henrik Svensmark je pretpostavio da GKZ, dostizajući donje slojeve atmosfere, mogu služiti središćima kondenzacije, pridonoseći obrazovanju niske oblačnosti. Više GKZ (u minimumu Sunca) -> više niskih oblaka -> veće albedo (odraz solarne svjetlosti) -> hladnije na površini. Međutim, u znanstvenoj zajednici nema konsenzusa o značaju ovog efekta za klimu, i mnoge istraživanja ne pronalaze uvjerljive dokaze o jakoj vezi.

Utjecaj na intenzitet planetarnih valova i blokirajuće anticyklone: Neke radove (npr. ruskog heliofizika J.I. Vitinskog) su ukazivale na statističku vezu između solarnih krugova i pojačanju meridionalnih procesa u atmosferi. To može voditi do formiranja trajnih blokirajućih anticyklona zimi, koji «zapečatavaju» hladan zrak iznad kontinenata, uzrokujući dugotrajne mraze (npr. anormalno hladna zima 1978-79. u Sjevernoj Americi).

Što kaže statistika i paleoklimatologija?

Analiza alatnih podataka u zadnjih 100-150 godina ne otkriva jednostavnu i jaku korelaciju. Zime u godine solarnih maksimuma i minimuma mogu biti također anormalno toplе, tako i hladne.

Indirektna svjedočanstva: Postoje istraživanja koja pokazuju da u minimumima solarne aktivnosti (npr. u periodu dubokog minimuma Daltona na početku XIX stoljeća, kojeg je slijedio «mali ledeni period») malo se povećava vjerojatnost ekstremnih zimskih hladila u Evraziji. Međutim, to je samo malo povećanje vjerojatnosti, a ne jamstvo.

Veliki minimum Maundera (1645-1715.): Period iznimno niske solarne aktivnosti (skoro potpuno odsustvo očuva) je slijedio najhladnijom fazom malog ledenog perioda u Europi. To je najuvjerljiviji povijesni argument u prilog dugoročnom klimatskom utjecaju. Međutim, moderne procjene pokazuju da je izravno smanjenje solarne radijacije bilo malo (oko 0.1%), i, vjerojatno, su ulogu igrale i drugi faktori (vulkanska aktivnost, unutarnja promjenljivost klime).

Zašto se ne može predvidjeti mraz po solarnom izbijanju?

Inercija klimatske sustava: Glavni «direktor» sezonealne vremenske mjere u srednjim širinama je toplinska inercija oceana i stanje snježno-ledenog pokriva. njihovo utjecaj je mnogo snažniji nego slabi signali od Sunca.

Šum atmosferske cirkulacije: Atmosfera je hibridna sustava, u kojoj je efekt «babilonskog krila» ogroman. Istražiti slabi signal utjecaja Sunca na pozadini moćnih unutarnjih titraća (El Niño, sjeveroatlantsko kretanje) je iznimno teško.

Vremenski lag i nelokalnost: Čak i ako postoji veza, ona se manifestira ne odmah, nego s otklоном od tjedana do mjeseci i ne lokalno, nego u promjeni globalnih uzoraka cirkulacije.

Interesantni činovi i primjeri

Rekordni mrazi kod visoke aktivnosti: Jedan od najjačih zimskih hladova u istočnoj Europi u XX stoljeću se dogodio u siječnju 1940. godine (pod Moskom ispod -40°C), kada je Sunce bilo na usponu do 17. maksimuma. To je jasni primjer nedostatka direktnog odgovora.

«Efekt hrbata» iznad Rusije: Ruski istraživači (G.V. Kuznecov i drugi) primjećuju da se u minimumima solarne aktivnosti zimi češće formira trajan anticyklon iznad Sibira, što zaista može pridonositi hladnijoj i manje snježnoj vremenskoj mjeri u srednjim regijonima Rusije, ali toplije — u Europi.

Experимент CLOUD u CERN-u: Međunarodna grupa fizika u Velikom hadronskom kolaideru provodi eksperimente po modeliranju utjecaja kosmičkih zraka na obrazovanje aerosola u atmosferi. Preliminarski podaci potvrđuju da GKZ pojačavaju obrazovanje čestica, ali njihov doprinos u ukupnom broju oblačnih jedinica kondenzacije, prema zadnjim procjenama, ne premašuje 10-20%.

Solarne krugove i riječne toke: Četkija veza se vidi ne sa temperaturom, nego s hidrološkim krugom. Postoje statistički značajne korelacije između 22-godišnjeg kruga Haya (dvostruki 11-godišnji) i razine osadaka/stoka velikih rijeka (Volga, Nil), što može indirektno utjecati na klimu regije.

Završetak

Utjecaj solarne aktivnosti na surovost mraza nije jednostavan termostat koji se može uključiti ili isključiti. To je slabi modulator složene klimatske sustava, utjecaj kojeg se može manifestirati samo kao malo pomakavanje vjerojatnosti nekih scenarija atmosferske cirkulacije u dugoročnim krugovima.

Directna naredba Sunca: «Sutra će biti -30°C» je nemoguća. Međutim, u dugoročnoj perspektivi (decenije, stoljeća) duboki i dugotrajni minimumi solarne aktivnosti, po-vidimice, pridonose pojačanju meridionalnih procesa i povećanju rizika za surove zimske invazije arktičkog zraka u određenim regijonima, ali samo u kombinaciji s drugim faktorima. Pokušaji korištenja solarne mjere za kratkoročni prognozu vremena su besperspektivni. Glavni pokretači zimske vremenske mjere ostaju stanje Arktike, oceanički titrači i slučajni, ali moćni unutarnji titrači atmosfere. Tako, veza «mraz — solarna aktivnost» postoji, ali ona je tako tanka i posredovana da se njezine tragove treba tražiti u složenim statističkim modelima i paleoklimatskim arhivima, a ne u kalendaru solarnih izbijanja.
© library.rs

Permanent link to this publication: