地球要进入冰期了吗

2021年6月17日

全球变暖是当下世界的热门话题，但是，2021年，美国NASA的科学家却预测不是全球变暖，而是小冰河期要来了（https://www.sohu.com/a/470197850_121045237）。这是为什么呢？原来这些科学家是根据太阳黑子周期（sunspot cycle）进行的预测。

对太阳黑子的观测起源于伽利略，他在1610年前后的观测恰逢太阳活动的高峰期，这时太阳产生的黑子很多。然而，由于他宣传日心说，与教会发生冲突，他的天文研究被迫中断，到晚年，目力衰退也使他难以观测。

1826年，德国的药剂师、天文爱好者施瓦贝开始记录太阳黑子数，绘出太阳黑子图并一直坚持到80岁。43年之久的观测显示，每经过约11年太阳活动很激烈，黑子数目增加很多，差不多可以看到四五群黑子，这时便称做“黑子极大”。接着衰弱，到极衰期，太阳几乎没有一个黑子。太阳黑子的出现数量大约11年的周期性变化，被称为太阳黑子周期。遗憾的是，他的研究结果寄给德国的《天文通报》时，编辑部并不在意。在经过两个太阳活动周的观测之后，他于1851年发表了他的重要发现。也就在当年，德国著名天文学家洪堡德在他的《宇宙》第三卷中采用了施瓦贝的研究结论。

每经过11年，就称做一个“太阳黑子周”。为了对太阳活动和黑子变化周期排序，国际上规定，从1755年开始的那个11年称做第一黑子周。自观测以来，第25个太阳周期开始于2019年，将于2025年达到黑子数量最大值。（https://baike.baidu.com/item/%E5%A4%AA%E9%98%B3%E9%BB%91%E5%AD%90%E6%B4%BB%E5%8A%A8）

太阳黑子周期

（Scott W. McIntosh et al. 2020. Overlapping Magnetic Activity Cycles and the Sunspot Number: Forecasting Sunspot Cycle 25 Amplitude, Solar Physics. DOI: 10.1007/s11207-020-01723-y）

黑子数量除了随太阳黑子周期的变化，每一个周期的黑子数量之间有很大的变化，可能会影响地球的气候，例如，1894年英国天文学家E. Walter Maunder指出在1645-1715约70年间，太阳黑子几乎观测不到，这一时期被称为Maunder极小期（Maunder minimum），这也是1300-1850年的小冰河时期，伦敦的泰晤士河冬季结冰、格陵兰岛的维京人放弃了该岛的居住地、挪威人向丹麦国王索要土地。在我国正是明朝灭亡前的一百年，在农历十月份的时候，京杭大运河扬州段就已经结冰了。在18-19世纪有个Dalton极小期，那时的地球气候较为凉爽。

科学家估计第五个太阳黑子周期的最大值会比较弱，大约与第24个周期相似，只有第23个周期的黑子数目的一半，这一降低的情况使得一些科学家估计地球可能会进入Dalton最小期时的凉爽状态（https://www.britannica.com/science/solar-cycle），甚至进入小冰河期（https://www.sohu.com/a/470197850_121045237）。

太阳黑子周期和NASA估计的第25周期的强度（https://i1.wp.com/electroverse.net/wp-content/uploads/2019/06/Solar-Cycle-25-NASA-full.png?ssl=1）

太阳辐射是地球的最重要的热源，到达地球大气层的能量叫做总太阳辐照强度Total Solar Irradiance (TSI），是影响气候的最基本的参数。1978年以前，人们认为TSI是一个常数solar constant。

1978年人们发射了卫星测量TSI，发现这个常数随着太阳黑子周期也有一些波动，太阳黑子发生较多时太阳较活跃，向外发出的能量较多，黑子较少时太阳处于较不活跃期。尽管只有1978年以后的实测数据，科学家们还是根据模型估计了近1000年来TSI的变化范围为1360.5-1361.5 W m^-2之间，波动范围只有1 W m^-2，幅度只有约0.1%。由于波动较小，太阳活动的变化不足以对地球的气候变化产生影响。ttps://www.nasa.gov/mission_pages/Glory/solar_irradiance/total_solar_irradiance.html

模型得出的TSI近1000年的变化，图中红线和蓝线为不同作者的估计。

（Kopp G, Shapiro A. 2021. Irradiance variations of the sun and sun-like stars  Overview of topical collection. Solar Phys 296: 60）

有科学家并不认同小冰期即将到来的看法，从TSI的变化趋势看，TSI自1960年代左右处于最大值，随后一直处于降低的趋势，而全球温度处于上升趋势，所以地球的变暖并不是TSI的波动造成的。因此太阳黑子数量的长期变化通过什么机制影响地球气候还不清楚。即使存在TSI的继续降低，估计范围只有 0.1 W m^-2，这一数值只要3年的CO₂排放就足以抵消。

1880年以来地球温度升高和TSI的关系

https://www.sogou.com/link?url=hedJjaC291NZCrupWaQymtpraLBeUSrc1cgMLp34cvcl3sA8INZEPXPv6dvaAqouGbNJqvVWhsl-vSTw3l1ntUAVlba1puo-

小冰期能否到来，让我们拭目以待。

参考资料

https://baike.sogou.com/PicBooklet.v?relateImageGroupIds=&lemmaId=84873&now=https%3A%2F%2Fpic.baike.soso.com%2Fugc%2Fbaikepic2%2F17810%2F20200605042811-1207561461_jpeg_437_220_17207.jpg%2F0&type=1#simple_0

https://encyclopedia2.thefreedictionary.com/11-year+sunspot+cycle

https://www.britannica.com/science/solar-cycle