Исследование: Небольшие колебания солнечной активности оказывают сильное влияние на климат

Согласно исследованию, опубликованному на этой неделе в журнале Science, тонкие связи между 11-летним солнечным циклом, стратосферой и тропической частью Тихого океана работают синхронно, порождая периодические погодные режимы, влияющие на большую часть земного шара. Эта работа может помочь ученым в прогнозировании интенсивности таких климатических явлений, как индийский муссон и осадки в тропической части Тихого океана, за несколько лет вперед.

Международная группа ученых под руководством Национального центра атмосферных исследований (NCAR) использовала более чем вековые наблюдения за погодой и три мощные компьютерные модели, чтобы ответить на один из сложнейших вопросов метеорологии: если общая энергия, достигающая Земли от Солнца, меняется всего на 0,1% в течение примерно 11-летнего солнечного цикла, как такое небольшое изменение может влиять на основные погодные режимы на Земле?

Ответ, согласно новому исследованию, связан с воздействием Солнца на две, казалось бы, не связанные области. Химические вещества в стратосфере и температура поверхности моря в Тихом океане реагируют на солнечный максимум таким образом, что усиливают влияние Солнца на некоторые аспекты движения воздуха. Это может усиливать ветры и осадки, изменять температуру поверхности моря и облачный покров над определенными тропическими и субтропическими регионами и в конечном итоге влиять на глобальную погоду.

«Солнце, стратосфера и океаны связаны таким образом, что могут влиять на такие события, как зимние осадки в Северной Америке», — говорит ученый NCAR Джеральд Мил, ведущий автор. «Понимание роли солнечного цикла может дать дополнительное понимание, поскольку ученые работают над прогнозированием региональных погодных режимов на ближайшие пару десятилетий».

Сверху вниз и снизу вверх

Исследование показывает, как два механизма, физически связывающие изменения солнечной активности с колебаниями климата Земли, могут работать вместе, усиливая реакцию в тропической части Тихого океана.

Во-первых, подтверждена теория, что небольшое увеличение солнечной энергии во время пика образования солнечных пятен поглощается стратосферным озоном. Это нагревает воздух в стратосфере над тропиками, где солнечный свет наиболее интенсивен, и стимулирует образование дополнительного озона, который поглощает еще больше энергии. Неравномерный нагрев стратосферы, наиболее выраженный в низких широтах, изменяет стратосферные ветры и, через цепь взаимосвязанных процессов, в итоге усиливает тропические осадки.

Одновременно увеличение солнечного света в период максимума вызывает небольшое потепление поверхностных вод океана в субтропической части Тихого океана, где обычно мало облаков. Это небольшое дополнительное тепло приводит к усилению испарения, производя дополнительный водяной пар. В свою очередь, влага переносится пассатами в обычно дождливые районы западной тропической части Тихого океана, подпитывая более сильные дожди и усиливая эффекты стратосферного механизма.

Эти стратосферный и океанический отклики в период солнечного максимума поддерживают экваториальную восточную часть Тихого океана более прохладной и сухой, чем обычно, создавая условия, сходные с явлением Ла-Нинья. Однако похолодание примерно на 1-2 градуса по Фаренгейту сфокусировано восточнее, чем при типичной Ла-Нинья, примерно в два раза слабее и связано с другими ветровыми режимами в стратосфере.

Три модели, один ответ

Для выявления сложных механизмов, связывающих Солнце и Землю, команде потребовались три компьютерные модели, предоставившие перекрывающиеся представления о климатической системе.

Первая модель, анализировавшая взаимодействие между температурой поверхности моря и нижними слоями атмосферы, показала небольшое похолодание в экваториальной части Тихого океана в годы солнечного максимума. Вторая модель, симулировавшая механизм реакции стратосферного озона, показала некоторое увеличение тропических осадков, но в гораздо меньшем масштабе, чем наблюдаемые паттерны.

Третья модель, включавшая как океан-атмосферные взаимодействия, так и озон, впервые показала, что их комбинация дает отклик в тропической части Тихого океана в годы пика солнечной активности, близкий к реальным наблюдениям.

«С помощью возросшей вычислительной мощности, улучшенных моделей, а также открытий, сделанных при наблюдениях, мы раскрываем все больше того, как механизмы сочетаются, связывая солнечную изменчивость с нашей погодой и климатом», — говорит Мил.