سرما و فعالیت خورشیدی: رشته‌های فضایی آب و هوای زمین

مقدمه: جستجوی ارتباط در هرج و مرج اقلیمی

سوال از تأثیر فعالیت خورشیدی بر پدیده‌های آب و هوایی، به ویژه شدت سرمای شدید، یکی از جذاب‌ترین و بحث‌برانگیزترین مسائل در اقلیم‌شناسی و هلیوفیزیک معاصر است. در سطح روزمره اغلب می‌توان ادعاهایی درباره ارتباط «آمیدهای خورشیدی» و سرمای غیرعادی شنید. اما تصویر علمی بسیار پیچیده‌تر است: تأثیر مستقیم و قطعی انفجارات خورشیدی یا تعداد ولف بر دمای روز بعد — افسانه است. صحبت از رابطه‌های ضعیف اما آماری در دوره‌های بلندمدت و از طریق زنجیره‌های پیچیده فرآیندهای جوی است. جستجوی این رابطه‌ها — یک داستان دزدی با تعداد زیادی واسطه است: مغناطیس‌سفار، استراتوسفر، جریان‌های اقیانوسی.

فعالیت خورشیدی: شاخص‌های اصلی

شاخص‌های کلیدی فعالیت خورشیدی عبارتند از:

تعداد ولف (W) — شاخصی که تعداد لکه‌های خورشیدی و گروه‌های آن را در نظر می‌گیرد. دوره 11 ساله فعالیت خورشیدی را منعکس می‌کند.

باد خورشیدی — جریان ذرات باردار (بیشتر پروتون‌ها و الکترون‌ها)، که سرعت و تراکم آن‌ها تغییر می‌کند.

اشعه ماوراء بنفش (UV) و اشعه ایکس — در طول انفجارات به شدت افزایش می‌یابد.

اشعه‌های کیهانی (GCR) — ذرات انرژی بالا از خارج از منظومه شمسی. جریان آن‌ها با فعالیت خورشیدی ضد همبستگی دارد: در سال‌های اوج خورشیدی، میدان مغناطیسی و باد خورشیدی زمین بهتر از اشعه‌های کیهانی محافظت می‌کنند.

مکانیزم‌های فرضی تأثیر بر آب و هوا و اقلیم

گرمای مستقیم جو از انفجارات (انرژی به نسبت جریان کلی اشعه خورشیدی ناچیز است) وجود ندارد. دانشمندان چندین کانال واسطه‌ای را بررسی می‌کنند:

تأثیر از طریق تغییر جریان کلی اشعه ماوراء بنفش (UV): در دوره‌های فعالیت خورشیدی بالا، اشعه ماوراء بنفش ممکن است تا 6-8% افزایش یابد. این باعث گرمایش اضافی و تغییر در چرخه‌های جوی استراتوسفر (لایه‌ای در ارتفاع 10-50 کیلومتر) می‌شود. بادهای استراتوسفری، در نوبت خود، ممکن است «پروژه‌ری» به پایین داشته باشند و بر امواج جوی تروپوسفری (مثلاً ارتقاء قطبی — AO) و توزیع فشار جوی تأثیر بگذارند. تغییر AO به فاز منفی منجر به خروج هوای سرد قطبی به عرض‌های جغرافیایی میانی می‌شود که می‌تواند منجر به سرمای شدید در اروپا، آمریکای شمالی و آسیا شود.

فرضیه ارتباط از طریق اشعه‌های کیهانی (GCR) و ابرها (تئوری سونسمارک): این فرضیه‌ی بیش از حد بحث‌برانگیز اما به طور فعال مورد مطالعه قرار می‌گیرد. دانشمند دانمارکی هانریک سونسمارک فرض کرد که اشعه‌های کیهانی، پس از رسیدن به لایه‌های پایین‌تر جو، می‌توانند به عنوان مراکز кондنسیون عمل کنند و به تشکیل ابرهای پایین‌تر کمک کنند. بیشتر GCR (در اوج خورشیدی) -> بیشتر ابرهای پایین -> بیشترین آلبدو (م反射 نور خورشیدی) -> سرمای بیشتر در سطح زمین. اما در جامعه علمی هیچ توافق نظر وجود ندارد که این اثر برای اقلیم مهم است و بسیاری از تحقیقات شواهد قوی برای این ارتباط را پیدا نمی‌کنند.

تأثیر بر شدت امواج جهانی و اضطراب‌های بسته: برخی از تحقیقات (مثلاً از سوی هلیوفیزیکدان روسی یو.ای. ویتینسکی) نشان می‌دهند که بین چرخه‌های خورشیدی و تشدید فرآیندهای عرضی در جو وجود رابطه آماری است. این می‌تواند منجر به تشکیل اضطراب‌های بسته پایدار در زمستان شود که هوای سرد را بالای قاره‌ها «بند می‌کنند» و باعث سرمای طولانی‌مدت می‌شود (مثلاً زمستان غیرعادی 1978-79 در آمریکای شمالی).

چه چیزی آمار و اقلیم‌شناسی می‌گوید؟

تحلیل داده‌های ابزارهای مختلف در طول 100-150 سال گذشته رابطه ساده و قوی را نشان نمی‌دهد. زمستان‌ها در سال‌های اوج خورشیدی و کمین می‌توانند گرم و سرد باشند.

شواهد غیرمستقیم: تحقیقاتی وجود دارند که نشان می‌دهند در کمین‌های فعالیت خورشیدی (مثلاً در دوره کمین عمیق دالتون در اوایل قرن XIX، که با دوره کوچک‌ترین یخچال‌های طبیعی همزمان بود) احتمال افزایشی در سرمای شدید زمستانی در اروپای آسیایی وجود دارد. اما این تنها افزایشی کوچک است و نه تضمینی.

کمین بزرگ ماوندر (1645-1715): دوره‌ای از فعالیت خورشیدی بسیار پایین (تقریباً عدم وجود لکه‌ها) با سردترین فاز دوره کوچک‌ترین یخچال‌های طبیعی در اروپا همزمان بود. این یکی از قوی‌ترین شواهد تاریخی در مورد تأثیر بلندمدت اقلیم است. اما ارزیابی‌های مدرن نشان می‌دهند که کاهش مستقیم تشعشع خورشیدی بسیار کم بود (حدود 0.1%) و احتمالاً عوامل دیگری نیز نقش داشتند (فعالیت آتشفشانی، تغییرپذیری داخلی اقلیم).

چرا نمی‌توان سرمای را از انفجار خورشیدی پیش‌بینی کرد؟

انرژی جوی: اصلی‌ترین «مدیر» آب و هوای فصلی در عرض‌های جغرافیایی میانی — انرژی جوی اقیانوس‌ها و وضعیت برف و یخ است. تأثیر آن‌ها به مراتب قوی‌تر از سیگنال‌های ضعیف خورشیدی است.

شوای جوی: جو یک سیستم چاوتیک است، در آن اثر «پرنده پرواز» بسیار بزرگ است. جدا کردن سیگنال ضعیف تأثیر خورشیدی از درون‌بازده‌های قوی (ال‌نینو، نوسان نوردیک) در برابر پس‌زمینه‌های قوی بسیار دشوار است.

زمان‌لگ و غیرمحلی: حتی اگر رابطه وجود دارد، آن‌ها به صورت لحظه‌ای ظاهر نمی‌شوند بلکه با تأخیر از هفته‌ها تا ماه‌ها و غیرمحلی، در تغییرات الگوهای جوی جهانی ظاهر می‌شوند.

حقایق جالب و مثال‌ها

سرمای شدید در دوره فعالیت بالا: یکی از سردترین سرمای زمستانی در شرق اروپا در قرن بیستم در ژانویه 1940 (در زیر -40°C در مسکو) رخ داد، زمانی که خورشید در حال حرکت به اوج 17-ام چرخه بود. این یک مثال روشن از عدم وجود رابطه معکوس است.

«اثر کوه‌های» بالای روسیه: محققان روسی (گ.و. کوزنتسوف و دیگران) اشاره کرده‌اند که در کمین‌های فعالیت خورشیدی، در زمستان‌ها اضطراب بسته‌ای پایدارتر در سibiria شکل می‌گیرد که می‌تواند منجر به هوای سرد و کم برف در مناطق مرکزی روسیه شود، اما هوای گرم‌تر در اروپا.

آزمایش CLOUD در CERN: گروهی از فیزیکدانان بین‌المللی در لاینچ برینگ کولیدر انجام می‌دهند تا تأثیر اشعه‌های کیهانی بر تشکیل آئروسل‌ها در جو را مدل‌سازی کنند. داده‌های اولیه تأیید می‌کنند که GCR می‌توانند تشکیل ذرات را تقویت کنند، اما برآورد‌های جدید نشان می‌دهند که سهم آن‌ها در تعداد هسته‌های ابرهای condensation، کمتر از 10-20% است.

چرخه‌های خورشیدی و جریان رودخانه‌ها: ارتباط واضح‌تری با دما نیست، بلکه با چرخه هیدرولوژیکی است. رابطه‌های آماری معنی‌دار بین چرخه 22 ساله هیلا (دوبرابر 11 ساله) و سطح بارش/جریان رودخانه‌های بزرگ (ولگا، نیل) وجود دارد که می‌تواند به طور غیرمستقیم بر اقلیم منطقه تأثیر بگذارد.

نتیجه‌گیری

تأثیر فعالیت خورشیدی بر شدت سرمای شدید — یک ترموستات ساده نیست که بتوان آن را روشن یا خاموش کرد. این یک مدولاتور ضعیف از سیستم اقلیمی پیچیده است که تأثیر آن می‌تواند تنها به عنوان یک تغییر کوچک در احتمال سناریوهای چرخه‌ای جوی در دوره‌های بلندمدت ظاهر شود.

فرمان مستقیم خورشید: « فردا -30 درجه خواهد بود» ممکن نیست. اما در دوره‌های بلندمدت (دهه‌ها، قرن‌ها) کمین‌های عمیق و طولانی مدت فعالیت خورشیدی، به نظر می‌رسد که منجر به تشدید فرآیندهای عرضی و افزایش خطر ورود هوای سرد قطبی به مناطق خاص می‌شود، اما تنها در ترکیب با عوامل دیگر. تلاش‌های استفاده از داده‌های خورشیدی برای پیش‌بینی کوتاه‌مدت آب و هوا بی‌فایده است. عوامل اصلی‌تر همچنان وضعیت قطب شمال، نوسان‌های اقیانوسی و فلوکواسیون‌های درونی، اما قوی جوی باقی می‌مانند. بنابراین، ارتباط «سرما — فعالیت خورشیدی» وجود دارد، اما آن بسیار نازک و واسطه‌ای است که ردپاهای آن باید در مدل‌های آماری پیچیده و آرشیو‌های اقلیم‌شناسی قدیمی جستجو شوند و نه در تقویم انفجارهای خورشیدی.
© library.tj

Permanent link to this publication: