小冰期的多因素成因：气候变化受太阳活动影响吗？

                           杨学祥，杨冬红

目前，太阳正处在第24活动周的高峰年，其活动理应处于最活跃的时期。然而，太阳活动强度明显不及上一个活动周，甚至出现太阳表面连黑子都没有了这种罕见现象。这个太阳活动高峰年百年来最弱。有科学家指出，如果这种情况继续发展下去，太阳将沉入超长的最低活动期。

http://www.chinanews.com/cul/2014/08-20/6509776.shtml

在1310年到1370年，1645年到1715年，在这期间太阳黑子的数量和正常年份相比减少了近一千倍。

http://wwwNaNa.gov.cn/kppd/kppdsytj/201407/t20140728_253841.html

气候资料对比表明，1310年到1370年沃尔夫太阳黑子超长极小期（1280-1350年）处于小冰期气候，1645年到1715年孟德太阳黑子超长极小期（1640-1720年）处于小冰期气候。

早在1801年，一个名叫赫谢耳(Herschel)的欧洲人推测太阳活动可能与地球气候之间存在联系，并得出太阳黑子少时地球上降水量少的结论。这是关于太阳活动对地球气候影响的最早论述。在随后的两百年里，人们找到很多支持证据，表明太阳活动与某些气候要素之间具有良好的相关性。譬如，太阳黑子持续异常减少的蒙德极小期(1645年至1715年)在时间上正好对应于西欧“小冰期”的低谷期、北半球陆地表面温度与太阳活动周期长度之间具有很强相关关系，前者被1976年《科学》杂志所报道，后者则在1991年《科学》杂志上发表。

http://wwwNaNa.gov.cn/2011xwzx/2011xqhbh/2011xdtxx/201408/t20140812_256413.html

1978年以来卫星的测量结果指出，平均太阳的辐射在每天的基础上，变化达0.4%，一个太阳黑子循环大约有0.1%的变化。这转化为地表温度有0.15~0.30℃的波动，这个值与预测由人类活动“温室增暖”引起的每10年温度变化的幅度一致。几百年来太阳辐射量的变化在0.2%~1.0%之间，可以解释19世纪以来测量到的温度变化。这一问题的争论焦点是，地球接收到的太阳能量变化是否足以引起地球气候长周期（冰期和间冰期）和短周期（小冰期与小气候最适期）的相互转变。

Eddy等人估计，太阳常数变化引起的气候响应与正常发生的变化相比是很小的——太阳常数的变化至多使地球表面的温度受到零点几度的扰动，问题的关键在于能够激发低层大气发生变化的机制。

我们的研究表明，太阳黑子具有11和22年周期，在太阳黑子循环和气候效应之间存在着关联。太阳黑子极小期的平均周期为11年，太阳黑子延长极小期的平均周期为179-200年。近20年的研究发现，潮汐极大期、地震火山活动频发期、太阳黑子超长极小期和全球低温有很好的对应关系。6次时间的一一对应表明其相关性和处于同一激发机制（见表1）。

多因素叠加是小冰期发生的根本原因，导致13-19世纪小冰期多次出现的原因有四（四者叠加，缺一不可）：

其一、处于太阳黑子超长极小期（主要能源因素）

过去600年间，太阳活动较弱或没有的时期与历史记录中的冷期相对应。太阳活动减弱的主要时期有：1280-1350年沃尔夫太阳黑子超长极小期、1450-1550年的史玻勒尔极小期、1640-1720年的蒙德极小期和1790-1830年道尔顿太阳黑子超长极小期，它们都与小冰期对应，是主要因素。

其二、处于全球强震频发时期（海底冷能释放方式）

在十五世纪至十七世纪的二百余年内，全球强震发生频繁，其它自然灾害也很集中，如瘟疫流行，低温冻害严重，被称为小冰期时期。这个时期也正是太阳黑子蒙德极小值时期，太阳活动处于低值状态，有人把它看作是小冰期气候产生的原因，其实强震也能导致全球变冷。

2002年郭增建提出“深海巨震降温说”：海洋及其周边地区的巨震产生海啸，可使海洋深处冷水迁到海面，使水面降温，冷水吸收较多的二氧化碳，从而使地球降温近20年。20世纪80年代以后的气温上升与人类活动使二氧化碳排放量增加有关，同时这一时期也没有发生巨大的海震。巨震指赤道两侧各40°范围内的Ms 8.5级和大于Ms 8.5级的海震。郭增建等人指出，9级和9级以上地震与北半球和我国的气温有很好的相关性。

其三、处于全球火山活动频繁时期（遮蔽太阳能进入大气作用的主要方式）

现代火山活动有明显致冷的记录：小冰期对应强火山活动，小气候最适期对应弱火山活动。因为火山灰和二氧化硫等火山喷发物到达平流层后，较小的气溶胶可在数月内传播到全球，并可在平流层内持续漂浮1~3年，使太阳直接辐射减弱，造成大气降温[1]。最新发表的研究报告显示火山喷发导致了“小冰期”的到来。研究报告称，1275年到1300年之间，热带地区经历过四次大规模火山喷发，喷发出来的大量硫酸盐颗粒进入大气层上空反射了太阳辐射，使地球气温降低；1430年到1450年，也发生了一轮大规模火山喷发，与地震活动一样，火山喷发与气候冷暖变化导致的冰盖消长有关（见表1）。

火山喷发如果不与太阳黑子超长极小期对应，则不能形成单独的小冰期（见表1中红色字体）。

其四、处于强潮汐活动时期（海底冷能释放方式）

2000年查尔斯·季林（Keeling）提出，强潮汐把海洋深处的冷水带到海面，使全球气候变冷，形成的全球气候波动周期大约为1800年。在十五世纪小冰期时期，潮汐强度为最大值，以后开始减弱，直到3100年潮汐强度又将达到最大值。潮汐调温效应使地球的温暖期从小冰期末期一直持续到二十四世纪，而后随着潮汐的增强，地球的气候将逐渐变冷[17]。

潮汐高低潮还有200年左右的明显周期变化。其中，1425年、1629年两次峰值对应小冰期时期，1770年的峰值对应18世纪的低温，1974年的峰值对应20世纪70年代的气候变冷。特别是潮汐54-56年周期（与太平洋十年涛动的50-70年周期对应），在全球气候变化中有非常明显的作用。

表1 太阳活动、火山喷发、强潮汐和低温期的对应关系

其中，其二和其四涉及到“冷能”在海底的长期积累和释放，我们称之为“海底藏冷效应”。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-614565.html

我们的结论：地球的气候变化不仅与太阳黑子活动相关，而且与潮汐强度、火山地震活动密切相关。2004-2012年全球已发生Ms 8.5级以上强震6次，与1998年以来变暖减缓相对应。地震火山活动的影响不容忽视。

潮汐强度变化具有1800年周期（见图1），与小冰期对应的潮汐强度在3107年发生，因此，小冰期不会在今后100年内发生。1425年以后潮汐强度开始变弱，2337-2540年达到最低值，这就是说在1800年潮汐周期中，全球变暖至少要持续到24世纪。

根据潮汐变化1800a周期，潮汐强度减弱使地球的温暖期从小冰期末期一直持续到24世纪，而后随着潮汐的增强，地球的气候将逐渐变冷，在3100年达到高潮。未来300年是气候变暖的高峰时期，这是全球变暖长周期的自然背景，符合全球变暖的大趋势。

此外，潮汐变化还有约200年周期，对应太阳黑子极小期准200年周期和气候的冷周期。目前处于2007年以来发生的太阳黑子极小期，对应超前的1974年潮汐高潮和20世纪50-70年代的低温期。根据以往记录，这个过程还将持续30年以上。这次变冷过程被20世纪80年代的全球迅速变暖所打断，1988-1999年拉马德雷暖位相是自然因素，温室效应包含人为因素。2000-2030年为拉马德雷冷位相，本周期内百年极寒有可能发生（注意图1中的1974年和2133年之间的c峰值），但规模较小，变冷规模要小于道尔顿极小期（见表1）。

相关文献：

杨冬红，杨德彬，杨学祥。地震和潮汐对气候波动变化的影响。地球物理学报。2011，54（4）：926-934.

杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677.

本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-821763.html

气候变化受太阳活动影响吗？

来源：中国气象报发布时间：2014年08月12日分享到：

　　国家空间科学中心副研究员赵新华中国气象报记者王敬涛

　　太阳给地球带来光明和温暖，带来日夜和季节的轮回，左右着地球冷暖的变化，为地球生命提供各种形式的能源。与地球上的风、雨、雷、电等天气现象类似，太阳也存在诸多不同时空尺度的活动现象，如太阳辐射、黑子、光斑、谱斑、耀斑、日冕物质抛射等，太阳活动则是这些现象的总称。那么，地球气候的变化会受到作为空间天气现象的太阳活动影响吗？

　　太阳活动与气候变化：一个古老的课题

　　早在1801年，一个名叫赫谢耳(Herschel)的欧洲人推测太阳活动可能与地球气候之间存在联系，并得出太阳黑子少时地球上降水量少的结论。这是关于太阳活动对地球气候影响的最早论述。在随后的两百年里，人们找到很多支持证据，表明太阳活动与某些气候要素之间具有良好的相关性。譬如，太阳黑子持续异常减少的蒙德极小期(1645年至1715年)在时间上正好对应于西欧“小冰期”的低谷期、北半球陆地表面温度与太阳活动周期长度之间具有很强相关关系，前者被1976年《科学》杂志所报道，后者则在1991年《科学》杂志上发表。

　　以联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）气候变化评估报告为代表的主流观点认为，20世纪中叶以来的全球变暖极有可能是由人类活动排放的温室气体造成的。然而，有研究指出，IPCC的气候模型低估了自然因素对气候变化的影响，却夸大了人类活动的贡献。太阳活动是地球气候变化自然驱动力中的一个重要组成部分，研究太阳活动对地球气候变化的影响仍具有十分重要的意义。

　　太阳活动与全球气温变化有一定相关性

　　在太阳活动中的一个重要现象就是太阳黑子，它有明显的11年周期性变化。目前，有关太阳黑子数与地球上天气、气候变化之间的关系已有一些研究，并表明它们之间确实存在着一定的相关性。

　　人类大约在400年前开始对黑子进行观测，对太阳的变化规律有了一些科学认识；现代意义上的对太阳活动的观测始于人造卫星上天之后，距今已有半个世纪的资料积累。在研究中，使用了两组数据，一组是百年时间尺度的，另一组是万年时间尺度的，分析了太阳活动和地球气温变化之间的周期性和相关性。研究结果显示，太阳活动和地球温度的变化具有共同的周期性；同时，太阳活动和温度变化之间具有显著的相关关系。

　　分析1880年至2012年间太阳黑子数与全球平均气温变化的周期性，发现两者有4个显著共振周期；用同样的技术方法分析太阳总辐照（太阳辐射经大气层吸收、散射、反射后到达固体地球表面的辐射能量）与全球平均气温的周期性，发现有两个共振周期。可见全球平均气温的变化是受太阳活动调制的。

　　万年尺度的数据是由分析树木年轮和南极冰芯中的同位素含量变化间接重构得到的。在分析万年尺度的重构数据时，也发现了类似的规律：太阳黑子数与南极局地气温有4个共同变化周期，并且太阳黑子的变化领先于地球温度的变化，而大气中二氧化碳含量的变化则滞后于温度的变化。

　　太阳活动发生在约1.5亿千米之外的太阳大气中，气候变化则发生在地球上，这样的共同周期性是不是巧合？研究发现太阳活动与地球温度之间具有显著相关性。在百年尺度上，11年滑动平均太阳总辐照与地球平均气温的相关系数为0.8至0.9，置信度大于99.9%。如果太阳总辐照和地球气温毫不相干的话，它们之间具备这么高相关性的概率低于千分之一。

　　太阳活动对地球气候的影响机制需进一步研究

　　目前，国际上广泛提出的太阳活动影响地球气候的理论机制主要有三种：太阳总辐射机制，认为太阳活动引起的到达地球大气上界的总太阳辐射变化，驱动了气候变化；太阳短波辐射变化机制，认为太阳紫外辐射变化能引起地球中高层大气物理、化学性质的变化，并通过行星波作用等将这些变化传递到对流层，进而引起天气、气候变化；空间天气机制，认为太阳活动影响地球空间环境中的各种粒子通量，通过对特定区域云微物理过程的影响，导致云层宏观特征变化，在短时间尺度上引起气象要素变化，长时间尺度上引起全球云量和云寿命变化，导致全球辐射平衡变化，驱动气候变化。

　　然而，太阳活动和气候系统都是高度复杂的体系，它们之间的关系也肯定不是简单的线性关系，要寻找这样两个复杂系统之间的内在联系是一件非常困难的事。目前，科学家们仅仅做了一些简单的分析，尚未到定量评估的深度。从科学概念上说，相关不一定有内在联系，即使高相关也可能是由偶然因素引起的。

　　太阳活动与全球气候变化的联系，是一项很古老、涉及领域很宽广的交叉学科。其研究结果对于全球变暖研究有一定参考意义，它告诉人们：太阳活动对地球气候变化的影响是有待加深认识并需要充分考虑的一个因素。

　　太阳活动除了太阳黑子外，还有太阳风、耀斑、日冕物质抛射、高能粒子等，这些不同的太阳活动对地球气候是否有影响、会如何影响、影响程度有多大？这些还需要空间天气和气象、气候专家进一步合作来回答。

　　（来源：《中国气象报》2014年8月11日三版责任编辑：王若嘉）

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太阳黑子去哪了？

来源：中国气象报社　　　发布时间：2014-07-30

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　　中国气象报记者张静

　　自7月中旬以来，太阳活动一反常态，太阳黑子逐渐减少。在7月18日，黑子更像是在躲猫猫，在太阳表面消失了，整个太阳显得异常平静。

　　“太阳黑子总是来也匆匆，去也匆匆，但是最近它们好像不怎么来了，它们去哪了？”

　　“太阳玩累了呗，歇歇不行呀？”

　　“难道是黎明前的平静？”

　　网友们的讨论与猜测不无道理。目前，太阳正处在第24活动周的高年，太阳活动应该是最活跃的时期。然而，太阳活动强度明显不及上一个活动周，更甚者太阳表面连黑子都没有了。

　　太阳黑子是在太阳光球层上发生的一种太阳活动，是太阳活动中最基本、最明显的现象。太阳黑子实际上是太阳表面一种炽热气体的巨大漩涡，温度比光球层表面的温度低1000℃到2000℃，所以看起来比较“黑”。“它是太阳耀斑、日冕物质抛射等太阳活动的发源地。”国家空间天气监测预警中心首席预报员薛炳森称，“因此，人们对太阳上黑子的情况是十分关注的。”

　　“黑子消失这种现虽然不常见，但也不算异常。”薛炳森称，“在2011年8月14日那天，太阳表面也是完全没有黑子的，而后还爆发了几次耀斑。”

　　再者，太阳已经45亿岁了，人们关于其的记录也不过百年，很难说这是怎么回事，这种现象对于太阳来说也许很正常。“太阳正对着我们地球的一面没有发现黑子，这并不代表太阳背面没有。”薛炳森补充说。

　　但是根据对太阳活动的监测，毋庸质疑的是，太阳活动第24周明显不及上一个活动周表现那么剧烈。据统计，这次最大期正在打破过去百年最弱的纪录，成为至今人们观察到的最弱最大期。

　　黑子消失了？太阳“变弱了”？

　　早在2010年，也就是第24个太阳周期开始的时候，就有科学家预测到未来太阳活动的反常现象，太阳活动将变得越来越少，而且强度有所减弱。

　　如果这种情况继续发展下去，太阳将进入超长的最低活动期。尽管科学家们对此意见尚统一，这种现象出现的原因也没有定论，但历史告诉我们，这一切都是正常的，只不过是太阳活动规律的变化。在1310年到1370年，1645年到1715年，在这期间太阳黑子的数量和正常年份相比减少了近一千倍。现在太阳不是好好的吗？

　　（责任编辑：叶海英）

http://wwwNaNa.gov.cn/kppd/kppdsytj/201407/t20140728_253841.html