WWW.KNIGA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Книги, пособия, учебники, издания, публикации

 


Pages:   || 2 | 3 |

«1 This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95. Центр гидрометеорологической службы при Кабинете Министров Республики Узбекистан ...»

-- [ Страница 1 ] --

This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

1

This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

Центр гидрометеорологической службы при

Кабинете Министров Республики Узбекистан

Научно-исследовательский гидрометеорологический

институт

М. Л. Арушанов Климатический спектр планеты Земля Ташкент 2009 2 This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

УДК 551.583.1+523.7 Рецензенты: д-р техн. наук Ю. М. Денисов д-р техн. наук Б. К. Царев канд. физ-мат. наук Е. П. Курбаткин В книге на основании современных мировых исследований и собственных исследований автора, показано, что решающим в наблюдаемом сегодня глобальном потеплении является не антропогенная, а естественная составляющая, связанная, в значительной степени, с астрономическими и геофизическими факторами. При этом не исключается, а наоборот, отмечается важность задачи контроля за экологическим состоянием окружающей среды.

Рассмотрен климатический спектр планеты Земля на длительных промежутках времени.

Впервые дано физическое (а не статистическое) определение климата, как периодически меняющейся открытой системы, принимающей стационарное состояние на определенных периодах.

На примере рассмотрения геофизических факторов, влияющих на изменения климата, показана необходимость внедрения новых идей в геофизике, в частности, для объяснения формирования климата Земли.

Книга, прежде всего, рассчитана на молодых ученых, студентов, которым посвящено высказывания создателя квантовой механики, лауреата Нобелевской премии по физике Макса Планка - «Великая научная идея редко внедряется путем постпенного убеждения и обращения своих противников… В действительности дело обстоит так, что оппоненты постепенно вымирают, а растущее поколение сразу осваивается с новой идеей».

Книга может быть интересна широкому кругу увлеченных людей, умеющих критически смотреть на некоторые «сенсационные» сообщения, в частности, на причины изменения климата.

М.Л. Арушанов Научно-исследовательский гидрометеорологический институт (НИГМИ), 2009 г.

This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

«… Им будет не просто, тем, кто полагается на истину «авторитета», вместо того, что бы полагаться на авторитет истины».

Джеральд Месси.





Предисловие Написание данной монографии было продиктовано необходимостью показать и доказать естественную природу вариаций климата на планете Земля в связи с мифами об антропогенных причинах наступившего в конце двадцатого столетия глобального потепления, «узаконенного» в глазах общественности Киотским Протоколом [1,178].

Здесь необходимо отметить, что автор данной монографии в полной мере разделяет и поддерживает научное направление по диагностике загрязнения атмосферы и окружающей среды и меры по борьбе с источниками этих загрязнений. Когда же науку начинают использовать в качестве инструмента для воспроизведения политических партитур, то есть превращать науку в средство одурачивания людей для получения от них же дополнительных прибылей, то мало-мальски уважающей себя ученый не может и не должен закрывать на это глаза. В этой связи серьезным документом политических механизмов одурачивания людей является документальный фильм «Zeitgeist»

(«Дух времени») режиссера Питера Джосефа (Peter Joseph).

В данной книге вариации климата Земли рассматриваются с позиции колебаний астрономических и геофизических факторов как главенствующих, а антропогенная причина – как косвенный фактор, вносящий значимо меньший вклад по сравнению с естественными колебаниями системы Солнце – Земля. При этом солнечно - земная физика представляется как совокупность научных направлений, изучающих явления и процессы, происходящие на Солнце, и воздействие Солнца на атмосферу Земли и планету в целом. Особое внимание уделено всестороннему исследованию различных частей и элементов физической системы Солнце – Земля и взаимодействия между ними на протяжении длительного времени.

This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

Солнце является основным источником гравитационной энергии в солнечной системе и основным источником энергии, поступающей на Землю в волновом и корпускулярном излучении. Все изменения в физическом режиме Солнца (имеющие обобщенное понятие «солнечная активность») находят отражения в состоянии околоземного космического пространства и геофизических процессах на планете. Эти отражения носят чрезвычайно сложный нелинейный характер. Поэтому раскрытие сущности, законов солнечно–земной физики представляется весьма непростой задачей. Важнейшим в солнечно – земной физике является то обстоятельство, что подавляющая часть наблюдаемых и исследуемых явлений и процессов оказываются энергетически зависимы. Солнце, как основной источник энергии, своей деятельностью задает временные масштабы или спектр большинства процессов в системе Солнце-Земля и, в частности, определяет климатический спектр Земли на всем протяжении эволюции планеты.

Исчерпывающее описание состояния системы Солнце – Земля и взаимодействия ее частей в прошлом и настоящем и прогнозирование этого состояния на будущее во всей совокупности электромагнитных, гравитационных и нелокальных взаимодействий, с учетом всех начальных и граничных условий и конкретных физических механизмов требует огромной исследовательской работы, которая пока далека до завершения. Тем не менее, современные методы исследований, в частности, методы, основанные на реконструкции климата планеты в рамках глобальных временных масштабов, позволяют с достаточной научной строгостью сделать выводы о главенствующей роли астрономических и геофизических факторов в вариациях климата This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

1. Основные понятия и законы солнечно – земной физики* ионизированный газ) шар, являющийся динамическим центром солнечной системы и источником света и тепла в ней.

Земному наблюдателю Солнце представиться в виде диска с резко отчерченным краем (лимбом). Видимый диаметр Солнца меняется в течение года от 32/35" до 31/31". Происходит это потому, что земля вращается вокруг Солнца не по кругу, а по вытянутому овалу – эллипсу, то удаляясь, то приближаясь к нему. Наблюдение отдельных деталей на поверхности Солнца и измерение смещений спектральных линий на самом краю лимба указывают на вращения солнечного вещества вокруг оси. Как и на Земле на Солнце есть экватор – плоскость, проходящая через центр Солнца и перпендикулярная оси его вращения. Экваториальная плоскость находиться под углом 715 по отношению к плоскости эклиптики (эклиптика – годовой путь Солнца по небесной сфере). Угол между плоскостью экватора и направлением на какую либо точку солнечной поверхности называется гелиографической широтой. Угол между плоскостью центрального меридиана (меридиана, проходящего через восходящий узел солнечного экватора на эклиптике в средний гринвичский полдень 01.01.1854 г.) и плоскостью меридиана какой либо точки называется гелиографической долготой.

Вращение Солнца обладает одной замечательной особенностью – угловая скорость вещества убывает с удалением от экватора. Иначе говоря, различные пояса Солнца вращаются с различной скоростью: быстрее всего вращается экваториальный пояс (один оборот за 27 суток), а медленнее всего вращаются полюса (один оборот за 32 суток). Следует отметить, что выше речь шла о той скорости вращения, которую мы видим с Земли – сидерический период. Но, так как наша планета двигается в космическом пространстве по своей орбите вокруг Солнца, вращение последнего кажется нам несколько замедленным, а истинное значение периода вращения Солнца относительно В нижеприведенной информации об определениях и законах солнечно – земной физики использованы справочники [3, 54].

This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

звезд (синодический период) составляет у экватора 25 суток, у Так как Солнце вращается с различными скоростями, мы не можем связать систему гелиографических координат со всеми точками его поверхности. Условно гелиографические меридианы связывают с точками, имеющими широты ±16. Для этих широт сидерический период составляет 25,38 суток, а В окрестностях Солнца удается проследить участки двух спиральных ветвей, удаленных от нас примерно на 3000 светоых лет. По созвездиям, где обнаруживаются эти участки, их, называют рукавом Стрельца и рукавом Персея. Солнце находится почти посередине между этими спиральными ветвями. Правда, сравнительно близко (по галактическим меркам) от нас, в созвездии Ориона, проходит еще одна, не столь явно выраженная ветвь, считающаяся ответвлением одного из основных спиральных рукавов Галактики. Расстояние от Солнца до центра Галактики около 23 – 28 тысяч световых лет, что составляет примерно 7 – 9 тысяч парсек. Это говорит о том, что Солнце располагается между центром и краем диска Галактики. Вместе со всеми близкими звездами Солнце вращается вокруг центра Галактики с линейной скоростью 200 – километров в секунду, совершая один оборот примерно за миллионов лет. Значит, за все время своего существования Земля облетела вокруг центра Галактики не более 30 раз.

Скорость вращения Солнца вокруг центра Галактики практически совпадает с той скоростью, с которой в данном районе движется волна уплотнения, формирующая спиральный рукав.

Такая ситуация в общем неординарна для Галактики: спиральные ветви вращаются с постоянной угловой скоростью, как спицы колеса, а движение звезд подчиняется совершенно иной закономерности. Поэтому почти все звездное «население диска»

то попадает внутрь спиральных ветвей, то выходит из них.

Единственное место, где скорости звезд и рукавов совпадают, – это, так называемая, коротационная окружность. Именно вблизи нее и располагается Солнце. Для Земли это обстоятельство крайне благоприятно. Ведь в спиральных ветвях происходят бурные процессы, порождающие мощное излучение, губиThis document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

тельное для всего живого. И никакая атмосфера не могла бы от него защитить все живое. Но наша планета существует в относительно спокойном месте Галактики и в течение сотен миллионов и миллиардов лет не испытывала катастрофического влияния космических катаклизмов. Может быть, именно поэтому на Земле могла сохраниться жизнь. Долгое время положение Солнца среди звезд считалось самым заурядным. Сегодня мы знаем, что это не так: в известном смысле оно привилегированное. И это нужно учитывать, рассуждая о возможности существования жизни в других частях нашей Галактики. Солнце (и Солнечная система) движется со скоростью 20 км/с в направлении к границе созвездий Лиры и Геркулеса. Это объясняется местным движением внутри ближайших звезд. Эта точка называется апексом движения Солнца, ее координаты 18h, +30°.

Точка на небесной сфере, противоположная апексу, называется антиапекс. В этой точке пересекаются направления собственных скоростей ближайших к Солнцу звезд. Движения ближайших к Солнцу звезд происходят с небольшой скоростью, это не мешает им участвовать в обращении вокруг галактического центра. Солнечная система участвует во вращении вокруг центра Галактики со скоростью около км/с. Это движение происходит в направлении созвездия Лебедя. Период обращения Солнца вокруг галакти-ческого В невозмущенных областях фотосферы* имеется магнитное поле Солнца, напряженность которого около одного эрстеда. В активных областях напряженность магнитного поля уменьшается. В таких областях образуются более яркие по сравнению с общим фоном образования называемые солнечными факелами.

В общей сложности факелы могут занимать значительную долю всей видимой поверхности Солнца. Они отличаются характерной тонкой структурой и состоят из многочисленных прожилок, ярких точек и узелков – факельных гранул. Лучше всего факелы видны на лимбе солнечного диска, а ближе к центру не видны вообще. Это означает, что на некотором уровне в Фотосфера – слой атмосферы звезды, в котором формируется доходящий до Земли непрерывный спектр оптического излучения звезд.

This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

фотосфере факелы горячее соседних областей на 200–300К, а на какой то другой глубине, наоборот, они несколько холодней.

Возникновение факела связанно с важным свойством магнитного поля – препятствовать движению вещества поперек силовых линий. Если магнитное поле обладает достаточно большой энергией, то оно «допускает» движение вещества только вдоль силовых линий. Слабое магнитное поле в области факела не может остановить сравнительно мощный конвективный поток. Однако, оно может придать ему более правильный характер. Обычно помимо общего подъема или опускания вещества в вертикальной плоскости, совершаются и небольшие беспорядочные движения в горизонтальной плоскости. Эти движения, приводящие к возникновению трения между отдельными элементами конвекции, тормозятся магнитным полем, имеющимся в области факела более слабое напряжение, чем в окружающих областях, что облегчает конвекцию и позволяет газам подниматься на большую высоту и перенести большие потоки энергии. Таким образом, появление факела связанно с усилениием конвекции, вызванным слабым магнитным полем. Итак, подытожив, можно прейти к следующему определению: Солнечные факелы – относительно устойчивые образования, связанные с локальным уменьшением напряженности магнитного поля Солнца и вызванным этим усилением конвекции. Факелы принято объединяь в факельные поля.

В областях факелов с небольшим усилением магнитного поля могут возникать известные солнечные пятна. Солнечные пятна появляются в виде крошечной поры, едва отличимой от рисунка грануляции (см. ниже). Через 20 – 30 секунд пора развивается в круглое темное пятно с резкой границей, диаметр которого постепенно увеличивается вплоть до размеров в несколько тысяч километров. У крупных пятен довольно сложная структура. Пятно состоит из центральной части - тени (ядра) и окружающей ее в большинстве случаев более светлой полутени, имеющую волокнистую структуру. Тень пятна в среднем занимает 15% - 25% от его общей площади. В тени пятен наблюдаются небольшие яркие точки диаметром 100- км. Они существуют до трех часов и значительно горячее This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

остального вещества ядра. В тени среднего по размеру пятна одновременно появляются примерно 20 ярких точек. Они свидетельствуют о неоднородности магнитного поля ядра пятна.

Наличие полутени служит признаком большей устойчивости пятна. Нередко встречаются и солнечные пятна без полутени.

Обычно они существуют немногим более одних суток и в течение нескольких часов остаются неизменными. Все явления сопровождаются плавным увеличением напряженности магнитного поля, которое в центре крупных пятен достигает нескольких тысяч эрстед. Центральная часть пятна только кажется черной из-за большей яркости окружающей фотосферы. На самом деле в центре пятна яркость меньше яркости окружающей фотосферы всего лишь в 2–3 раза, а яркость полутени составляет примерно три четверти от яркости фотосферы. На основании закона Стефана – Больцмана можно прийти к выводу что температура в пятне примерно на 100 К меньше, чем температура фотосферы. Понижение температуры в пятне объясняется локальным усилением магнитного поля. Оно препятствует движению вещества поперек силовых линий. При усилении поля конвекция замедляется и, следовательно, уменьшается перенос энергии под пятнами. Как правило, пятна возникают как некоторая совокупность и занимают небольшую по площади область, вытянутую вдоль экватора – группа пятен.

Два пятна, как закономерность, появляются на западном и восточном краях активной области, где развиваются быстрее других. Эти пятна являются в группе главными. Их называют ведущим (головным или западным) и ведомым (хвостовым или восточным). К ним примыкают более мелкие пятна. Магнитные поля этих пятен имеют противоположенную полярность. Таково устройство наиболее распространенного типа групп пятен. В общем, группы пятен подразделяются на:

активной области, где они развиваются сильнее других.

Монополярные – одно главное пятно (или просто одиночное пятно) обладающее либо положительной, либо отрицательной полярностью.

This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

Самая большая из когда-либо зарегистрированных групп солнечных пятен достигла своего максимума 8 апреля 1947 г.

Она захватила область площадью в 18130 миллионов квадратных километров. Но бывало и наоборот. Яркий тому пример хорошо известный минимум Маундера - интервал протяженностью около 50-70 лет, начиная примерно с 1645г, в течение которого солнечная активность постоянно была на низком уровне, а солнечные пятна наблюдались редко. В течение лет не было зарегистрировано ни одного полярного сияния.

Визуальные и фотографические наблюдения, выполненные во время прозрачного состояния земной атмосферы, позволили обнаружить довольно тонкую структуру фотосферы, представляющую собой светлые образования (гранулы) с темными промежутками. Эту структуру назвали грануляцией. Видимые угловые диаметры гранул составляют примерно 1о дуги, что равняется, приблизительно, 1000 км. Каждая отдельная гранула существует порядка 5 – 10 минут, после чего она исчезает, а на ее месте появляется новая. Спектральные линии гранул смещены к фиолетовой области видимого спектра, тогда как эти линии у промежутков - к красному концу спектра.

Согласно эффекту Доплера это означает, что в самой грануле вещество поджимается к поверхности, а в промежутках оно опускается вниз. Таким образом, можно заключить, что грануляция – есть ничто иное, как внешнее, видимое проявление конвективных токов. Контраст гранул равен 20 – 30%, что соответствует разнице в температуре, порядка 300К. Иногда гранулы образуют скопления гранул. Грануляция одинакова на всех гелиографических широтах. При торможении гранул некая доля их кинетической энергии передается фотосферным слоям, которые приходят в колебательные движения с периодом близким к частоте собственных колебаний фотосферы. Иногда наблюдаются кольцевые гранулы, представляющие собой яркую точку, расширяющуюся со средней скоростью 2 км/с в кольце, которое, в последствии, распадается на отдельные части.

Длительность этого процесса около 10 минут. В активных областях фотосферы цепочки ярких гранул образуют фотосферные волокона. В близи пятен гранулы несколько вытягиваются This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

вдоль направления силовых линий магнитного поля. В сильных полях тени пятен видна область со слабо выраженными границами между гранулами и темными промежутками в виде ячеек размером » 300 км и временем жизни каждой ячейки около 30 мин. Кроме того, на Солнце выделяется так называемая супергрануляция – конвективные ячейки диаметром 20-30 тыс.

км в солнечной фотосфере. В белом свете они практически не видны; выделяются лишь по концентрации спикул (см. ниже) и усилению магнитного поля на границах супергранул. Новые солнечные пятна развиваются в местах контакта соседних ячеек супергрануляции. Характерная скорость горизонтального движения газа в супергранулах 0,3-0,4 км/с; вертикальное движение вниз со скоростью 0,1-0,2 км/с наблюдается по границам супергранул. Время жизни отдельной ячейки оценивается в 1- Спикулы - отдельные тонкие (диаметр около 1000 км) столбы светящейся плазмы в хромосфере, видимые при наблюдении Солнца в линиях водорода, гелия и некоторых других элементов, которые наблюдаются на лимбе или около него.

Спикулы поднимаются из хромосферы в солнечную корону до высоты 6-0 тыс. км, их диаметр 200-2000 км, как правило, порядка 1000 км в поперечнике и 10000 км в длину. Они меняются очень быстро: время их жизни составляет от пяти до десяти минут, Поднимаясь из хромосферы со скоростью около 20 км/с, затем они падают обратно и затухают. На Солнце одновременно существуют сотни тысяч спикул. Распределение спикул на Солнце неравномерно - они концентрируются на границах ячеек супергрануляции.

Хромосфера* над пятнами и факелами увеличивает свою яркость, причем контраст между возмущенной и не возмущений хромосферой растет с высотой. Эти более яркие области хромосферы называются флоккулами. Увеличение яркости флоккула по сравнению с окружающей невозмущенной хромосферой не дает оснований для определения его температуры, так как в разряженной и весьма прозрачной для непрерывного Хромосфера - слой атмосферы Солнца, лежащий над фотосферой.

This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

спектра хромосфере связь между температурой и излучением не подчиняется закону Планка. Повышение яркости флоккула в центральных частях, можно объяснить увеличением плотности вещества в хромосфере в 3–5 раза при почти неизменном значении температуры, или лишь слабым ее увеличением.

В хромосфере, чаще всего в небольшой области между развивающимися пятнами, особенно вблизи границы раздела полярностей сильных магнитных полей, наблюдаются самые мощные и быстро развивающиеся проявления солнечной активности – хромосферные (солнечные) вспышки. Во время этих явлений яркость одного из флоккулов внезапно увеличивается во много раз во всех областях спектра. Затем в течение десятков минут свечение постепенно ослабевает. Внезапное увеличение свечения газов во вспышке так же объясняется увеличением плотности вещества. Однако, в отличие от флоккула это увеличение происходит в сотни и даже тысячи раз. Внезапность процесса придает ему характер взрыва. Происходящее во время вспышки сжатие хромосферного вещества, вызываемое давлением магнитных полей, изменяющихся при развитии пятен.

Поэтому энергия, излучаемая вспышками, возникает за счет энергии магнитного поля. При внезапном сжатии образуются идущие на встречу друг другу ударные волны. В этих условиях протоны и электроны ускоряются сжимающимся магнитным полем до очень больших энергий, приобретая при этом скорость близкую к световой. Поэтому вспышки сопровождаются увеличением потока космических лучей, образуются частицы (корпускулы) обладающие и меньшими скоростями, главным образом около 1000 км/с. Они образуют корпускулярные потоки (излучение). С корпускулярным излучением вспышек связаны еще два важных явления. Во-первых, через несколько минут после вспышки на Солнце, наблюдается увеличение мощности рентгеновского излучения, как правило, с длиной волны несколько ангстрем. Это рентгеновское излучение возникает главным образом в результате торможения быстрых электронов космических лучей в магнитных полях и в результате столкновений с частицами вещества хромосферы. Во-вторых, вскоре после вспышки наблюдается сильное увеличение мощности солнечного радиоизлучения на некоторой частоте, постепенно уменьThis document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

шаясь со временем. Причиной этого всплеска радиоизлучения является происходящие с теми же частотами колебания плазмы, вызванное прохождением через нее космических лучей.

Протуберанцы - активные образования, формирующиеся в хромосфере и наблюдаемые в короне в виде «фонтанов» дуг и т.п., представляющие собой облака раскаленного газа светящиеся примерно в тех же спектральных линиях, что и хромосфера.

Чаще всего это удлиненные плотные образования, расположенные почти перпендикулярно к поверхности Солнца. Поэтому в проекции на солнечный диск они выглядят как темные, изогнутые волокна. Это наиболее грандиозные образования в солнечной атмосфере. Их длинна, достигает сотен тысяч километров, хотя ширина не превышает 10000 км. Через протуберанцы происходит обмен вещества между хромосферой и короной. Возникновение, развитие и движение протуберанцев тесно связанно с эволюцией групп солнечных пятен. На первых стадиях развития активной области образуются короткоживущие, быстроменяющиеся протуберанцы. Пре более поздних стадиях активной области образуются спокойные протуберанцы, существующие без заметных изменений. Затем наступает стадия активизации протуберанца, проявляющиеся в возникновении сильных движений, выбросов вещества в корону и появлением быстродвижущихся эруптивных протуберанцев*.

Корона не однородна. В ее структуре наблюдаются корональные дыры и корональные конденсации. Корональные конденсации – плазма в областях активной короны, которая почти в три раза более плотная по сравнению с окрестными областями.

Среди корональных конденсаций выделяют два вида: постоянные (спокойные) и спорадические. Средняя температура полтора – два миллиона градусов. Количество горячего вещества в короне возрастает после бурных нестационарных процессов, особенно после солнечных вспышек. На снимках корональные конденсации видны в виде совокупности петель, высота которых может достигать 100000 км (их размеры связанны с Эруптивный протуберанец - выброс вещества в корону со скоростью несколько сотен километров в секунду.

This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

размерами групп пятен). Конденсации существуют в течение нескольких суток. Чем сильнее свечение конденсаций в зеленой корональной линии, тем больше их время жизни. Вещество спокойной короны вне активных областей так же сосредоточенно в менее контрастных петлях. Эти петли являются «сгустками» или «пучками» магнитных силовых линий.

Отдельные петли оказываются оторванными друг от друга.

Причиной этого является препятствие магнитного поля переносу элементарных частиц и энергии поперек силовых линий. В установившемся стационарном состоянии плотность плазмы в петле оказывается тем большей, чем больше выделяяется энергии.

Как уже было отмечено, помимо постояных, существуют спорадические корональные конденсации. Они много плотнее постоянных и имеют более высокую температуру - выше трех млн. градусов и связаны с солнечными вспышками. Время их существования несколько часов. Спорадические конденсации состоят из ярких корональных петель. В них усилено свечение желтой и зеленой корональных линий, а также рентгеновских Корональные дыры – области спокойной короны в которых петли отсутствуют. Для корональных дыр характерна открытая магнитная конфигурация с замыканием силовых линий далеко в межпланетном пространстве. Несдерживаемое магнитными силами вещество спокойно истекает в межпланетное пространство. Плотность в этих областях короны уменьшается, и в виду больших энергетических потерь на формирование гозодинамического потока температура оказывается несколько ниже, чем в обычных корональных петлях. Это объясняет пониженную яркость дыр в ренгеновском диапазоне по сравнению со спокойной короной. Они чаще всего наблюдаются вблизи минимума солнечной активности. Затем, их площадь уменьшается, и они вовсе исчезают. Именно они являются источником высокоскоростных потоков солнечной плазмы, обнаруженных в солнечном ветре.

This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

Активные области – области, в которых наблюдается изменение мощности магнитного поля Солнца и как следствие, усиленное движение газов, изменение характера этих движений.

В этих областях возникают пятна, факелы, флоккулы, протуберанцы и т.п. Активные области излучают больше энергии, больше корпускул, ультрафиолетовых, рентгеновских лучей. В короне активные области связанны с проявлениями активности в нижележащих слоях солнечной атмосферы. В короне наблюдаются корональные конденсации и корональные дыры.

Структура короны определяется расположением и движением в ней силовых линий магнитного поля, которое увлекает с собой плазму, образующую структуру короны.

Солнечная постоянная – полное количество солнечной энергии, проходящее за одну минуту через площадку в 1 см расположенную перпендикулярно к его лучам и находящуюся вне атмосферы Земли. Величина солнечной постоянной играет важную роль в астрофизике, геофизике и биологических процессах. Как показали недавно проведенные солнечные эксперименты, в частности, эксперимент «АСТРОМЕТРИЯ» по измерению временных вариаций формы и диаметра Солнца на российском сегменте МКС [4], а также исследования, выполненные Фрукличем (Fruclich) [5], солнечная постоянная подвержена долговременным циклическим вариациям, связанным с изменением площади излучающей поверхности фотосферы при сохранение ее эффективной температуры. Ниже этот вопрос будем рассмотрен более подробно.

Солнечная постоянная характеризует мощность излучения Солнца, что вместе с другими данными позволяет судить о физических условиях на поверхности и в недрах Солнца. Наконец, количество солнечной энергии, доходящей до Земли необходимо знать для объяснения астрофизических, геофизических и биологических явлений. Измерение солнечной постоянной сложная задача, требующая целой серии приборов двух типов.Приборы первого типа –перигелиометры- предназначены для измерения в абсолютных энергетических единицах полного количества солнечной энергии. Однако, вследствие поглощения атмосферой приходится использовать приборы второго типа – This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

спектробалометры. Спектробалометр - прибор, обладающий одинаковой чувствительностью к лучам различной длины волны. В отличии от перигелиометра, спектробалометр дает значение интенсивности только в относительных единицах, поэтому можно найти лишь отношение наблюдаемого и внеатмосферного значения интенсивности. Отношение площадей, ограниченных внеатмосферным наблюдаемым распределением энергии равно поправочному множителю, на который необходимо умножить показания перигелиометра, чтобы получить значение солнечной постоянной. К полученному результату прибавляют поправку, учитывающую излучение в областях спектра полностью поглощаемых атмосферой и, следовательно, не регистрируемых показаниями болометрии. Измерениями было определенно, что значение солнечной постоянной Q для Земли Для сравнения значения солнечной постоянной на других планетах приведены в таблице 1.1.

Значения солнечной постоянной Q (кал/(см2мин) на планетах Умножив Q на площадь сферы с радиусом в одну астрономическую единицу (1а.е.=15107 км - среднее расстояние от Солнца до Земли) получим полное количество излучения, испускаемое во всех направлениях Солнцем. Оно равно 3,91026 Дж/с. В действительности «солнечная постоянная» не является таковой, а претерпевает колебания, величина которых по некоторым оценкам [4] составляет около 7%. Причины, вызывающие вариации «солнечной постоянной» и величина этих вариаций Межпланетное магнитное поле (ММП) представляет собой унесенное солнечным ветром магнитное поле Солнца. Важной особенностью ММП является его секторная структура. В течеThis document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

ние большей части солнечного цикла в пространстве выделяются 2, 4, реже, 6 секторов. Внутри каждого сектора радиальная составляющая поля направлена либо к Солнцу, либо от Солнца. При этом в соседних секторах направления поля противоположны. Вдали от плоскости солнечного экватора секторная структура пропадает, и направление ММП определяется полярностью магнитного поля на высоких гелиографических широтах и фотосфере Солнца.

1.1. Индексирование солнечной и геомагнитной Степень солнечной и геомагнитной активности характеризуется индексами. Каждый из индексов вычисляется по результатам измерений и характеризует только часть сложной картины солнечной или геомагнитной активности, так что выбор конкретного индекса при сопоставлении с некоторым определенным явлением является нелегкой задачей и подчас требует предварительного исследования. Иногда такое сопоставление лучше проводить сразу с несколькими индексами и последующим выбором наиболее подходящего из них. Это поможет составить представление о механизме воздействия солнечной активности. В различные времена предлагалось к использованию большое число индексов солнечной и геомагнитной активности. Всего разработано более 20-ти различных геомагнитных индексов. Есть индексы локальные, вычисленные по данным одной обсерватории, и планетарные, - характеризующие планетарные возмущения магнитного поля Земли в целом или в рамках северного или южного полушарий. Эти индексы вычисляются с использованием данных многих магнитных обсерваторий, расположенных на различных долготах, в пределах определенного широтного пояса. Подробное описание индексов геомагнитной активности дано в [3].

Солнечной активностью, как уже отмечалось выше, называют совокупность нестационарных явлений на Солнце (пятна, This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

факелы, протуберанцы, вспышки, флоккулы). Эти явления тесно связаны между собой и обычно появляются вместе в некоторой активной области Солнца. Солнечная активность обычно характеризуется по пятнообразовательной деятельности Солнца.

Для ее регистрации используются несколько распространенных индексов. Самыми известными из них являются индекс Вольфа и коэффициент INTER SOL. Индекс Вольфа определяяется по где k – коэффициент, приводящий наблюдаемые величины к стандартным цюрихским числам; g – количество групп на диске;

Коэффициент INTER SOL определяется по формуле где grfp – число пятен с полутенями в группах; grfn - число пятен без полутеней в группах; efp – число одиночных пятен с полутенями; ef – число одиночных пятен без полутеней (одиночное пятно рассматривается как отдельная группа).

В качестве международной системы приняты числа Вольфа, которые публикуются Цюрихской обсерваторией с года, но полный ряд чисел Вольфа представляет временной ряд Изменение активности солнца с периодом равным »11 лет носит название закона Швабе-Вольфа. Особенностью 11-ти летнего цикла является то, что полярность магнитного поля Солнца изменяется в течении каждого цикла на противоположенную.

Существует предположение, что именно магнитное поле ответственно за цикличность солнечной активности.

Регулярные суточные вариации магнитного поля создаются, в основном, изменениями токов в ионосфере Земли из-за изменения освещенности ионосферы Солнцем в течение суток. Нерегулярные вариации магнитного поля создаются вследствие воздействия потока солнечной плазмы (солнечного ветра) на магнитосферу Земли, изменениями внутри магнитосферы, и взаимодействия магнитосферы и ионосферы.

This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

1.1.2. Индексирование геомагнитной активности Индексы геомагнитной активности предназначены для описания вариаций магнитного поля Земли, вызванных указанными выше причинами. Среди множества введенных индексов, основными являются К-индекс и Kp–индекс.

К-индекс - это квазилогарифмический индекс (увеличивается на единицу при увеличении возмущенности почти в два раза). К-индекс вычисляется по данным конкретной обсерватории за трехчасовой интервал времени. Индекс был введен Дж. Бартельсом в 1938 году и представляет собой значения от до 9 для каждого трехчасового интервала (0-3, 3-6, 6-9 и т.д.) мирового времени. Для вычисления индекса берется изменение магнитного поля за трехчасовой интервал, из него вычитается регулярная часть, определяемая по спокойным дням, и полученная величина по специальной таблице переводится в Киндекс.

Поскольку магнитные возмущения проявляются по разному в различных местах на Земном шаре, то для каждой обсерватории существует своя калибровочная таблица, построенная так, чтобы различные обсерватории в среднем за большой интервал времени давали одинаковые индексы. В качестве примера в таблице 1.2 приведены градации вариаций магнитного поля и значения К-индекса для обсерватории «Москва»

Планетарный Kp-индекс вычисляется как среднее значение К-индексов, определенных на 13-ти геомагнитных обсерваториях, расположенных между 44 и 60 градусами северной и южной геомагнитных широт. Его диапазон также лежит в пределах от 0 до 9, но Kp-индекс определяется с точностью до 1/3 (табл.1.3): 4 –означает 3 и 2/3; 5о - 5 ровно; 5+ означает 5 и Вместе с Кр – индексом часто используется Ар-индекс. Ариндекс определяется в единицах магнитного поля (нанотеслах) и представляет среднее значение вариации магнитного поля, соответствующее данному Kp-индексу (табл. 1.3). Ap-индекс является линейным индексом (увеличение возмущения магнитThis document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

ного поля в несколько раз дает такое же увеличение индекса) и во многих случаях использование Ap-индекса более удобно с точки зрения физической интерпретации результатов, так как его размерность имеет строгую физическую величину – Градации вариаций магнитного поля (обсерватория «Москва») и геомагнитной активности и геофизических параметров Представления о солнечно– земных связях складывались на основе отдельных догадок и открытий. Под солнечно – земными связями понимается система прямых или опосредованных физических связей между гелио- и геофизическими процессами.

В конце XIX в. К. О. Биркелан (Биркеланд; Норвегия) впервые высказал предположение, что Солнце кроме волнового излучения испускает также и частицы. В 1915 году А. Л. Чижевский обратил внимание на циклическую связь между развитием некоторых эпидемий и пятнообразовательной деятельностью This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

Солнца. Синхронность многих гелио- и геофизических явлений (а также форма кометных хвостов) наводила на мысль, что в межпланетном пространстве имеется агент, передающий солнечные возмущения к Земле. Этим агентом оказался солнечный ветер, существование которого экспериментально было доказано в начале 1960-х годов путём прямых измерений с помощью автоматических межпланетных станций. Открытие солнечного ветра вместе с накопленными данными о других проявлениях солнечной активности послужило основой для исследования физики солнечно – земных связей, что дало толчок к развитию нового научного направления – «солнечно – Земля получает от Солнца не только свет и тепло, обеспечивающие необходимый уровень освещённости и среднюю температуру её поверхности, но и подвергается комбинированному воздействию ультрафиолетового и рентгеновского излучения, солнечного ветра, солнечных космических лучей. Вариации мощности этих факторов при изменении уровня солнечной активности вызывают цепочку взаимосвязанных явлений в межпланетном пространстве, в магнитосфере, ионосфере, нейтральной атмосфере, биосфере, гидросфере и, возможно, литосфере Земли. Изучение этих явлений и составляет суть солнечно – земной физики. Строго говоря, Земля оказывает некоторое обратное (по крайней мере, гравитационное) воздействие на Солнце, однако оно ничтожно мало, так что обычно рассматривают только воздействие солнечной активности на Землю. Это воздействие сводится либо к переносу от Солнца к Земле энергии, выделяющейся в нестационарных процессах на Солнце (энергетический аспект солнечно – земных связей.), либо к перераспределению уже накопленной энергии в магнитосфере, ионосфере и нейтральной атмосфере Земли (информационный аспект). Перераспределение энергии может происходить либо плавно (ритмические колебания геофизических параметров), либо скачкообразно (триггерный механизм).

Последовательность событий в системе Солнце - Земля можно проследить, наблюдая цепочку явлений, сопровождающих мощную вспышку на Солнце - высшее проявление This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

солнечной активности. Звенья в цепи причинно-следственных переходов в системе Солнце-Земля, включающие гравитационное взаимодействие Солнца с планетами, будут специально Изменение во времени солнечной активности, фиксируемое на основании ее индексов, носит квазипериодический характер, то есть на определенных периодах наблюдаются восходящие и нисходящие ветви солнечной активности. Сказанное можно видеть на рис. 1.1а, где представлен временной ход среднегодовых значений чисел Вольфа с 1700 года по 2008 год, то есть за три последних столетия и временной ход Ap-индекса за период с 1884 по 2008 годы. На рис. 1.1б представлено изменения во времени результирующего гравитационного взаимодействия Солнца с планетами и скорости движения Солнца относительно центра масс Солнечной системы. Далее на рис. 1.2 (а-и) представлен временной ход геофизических параметров, опасных гидрометеорологических явлений за различные периоды времени, в том числе, и геологического Все параметры, приведенные на рисунках, являются либо наблюденными данными, либо сконструированы по данным измерений, либо реконструированы по косвенным данным.

Иначе говоря, результаты модельных расчетов на указанных рисунках не приводятся, т.е. мы имеем фактические результаты состояния гелиофизических и геофизических параметров в прошлом и настоящем. Что между ними общего? На первый взгляд их объединяет только один фактор – это осциллирующий характер во временной шкале. Нашей главной задачей является, во-первых, строго доказать их причинную зависимость, а, вовторых, показать ничтожно малый вклад деятельности человека (антропогенный фактор) в изменчивость геофизических параметров в климатическом аспекте. Другими словами, «божественный» механизм Природы устроен таким образом, что главенствующим для всех ее составляющих является баланс.

Поэтому Природа обладает мощнейшим свойством саморегуляции (самоорганизации), выполняющим функции восстановления баланса в случае его нарушения. При этом ее энергетический потенциал несоизмеримо больше интегральной This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

величины энергии, вырабатываемой человеком (на сегодняшний день) во всех ее формах. Внутренняя энергия всей атмосферы составляет около 8,61023Дж, потенциальная – 3,61023 Дж, кинетическая - 1021 Дж, она же на единицу массы атмосферы при этом равна 140 м 2/с2, чему соответствует средняя скорость атмосферных движений около 17 м/с [8,9].

Рис.1.1а. Колебания чисел Вольфа за последние 300 лет (а) и This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

Рис. 1.1б. Среднегодовые нормированные значения: а) - результирующей силы гравитационного взаимодействия Солнца с планетами;

Рис. 1.2а. Среднегодовые величины отклонений угловой скорости Рис. 1.2б. Дальность географического полюса от условного This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

Рис. 26. Среднегодовые значения глобальной температуры [5].

Рис.1.2з. Изменение температуры и концентраций парниковых This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

Примечание (к рис. 1.2з): серые вертикальные полосы - межледниковые периоды. Изменение температуры представлено по косвенным данным через концентрацию дейтерия: изменение с –440 до –400‰ соответствует радиационному прогреву атмосферы на 3 Вт/м2 или ---------------------------------------------------------------------------------и) Рис. 1.2и. Суммарное число опасных гидрометеорологических Прежде чем перейти непосредственно к рассмотрению физической стороны формирования климата Земли необходимо четко представлять, а что собственно понимается под термином Древнегреческие мыслители еще во II веке до нашей эры знали, что планета, на которой они живут, имеет форму шара (что в первом приближении очень близко к истине), правильно могли рассчитать ее размеры и с большой точностью вычислили расстояние от Земли до Луны. Среди них - астроном Гиппарх из Никеи (190-120 гг. до н. э.). Он впервые ввел понятие «климат» ( klmatos, буквально - наклон; имеется ввиду наклон земной поверхности к солнечным лучам). Учение Гиппарха и его последователей о том, что климатические условия зависят только от наклона солнечных лучей или высоты Солнца над горизонтом, господствовали вплоть до начала IX века.

This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

2.1. Определение понятия « климат » и его многовековая В начале 1800-х годов А. Гумбольт (1769-1859) в трактате «Космос» дал новое, в отличие от Геппарха, определение климату, включающее влияние океана и суши с ее разнообразными свойствами. Далее, в связи с глубокой дифференциацией естественных наук, понятие «климат» так же дифференцировалось. В настоящее время в современной литературе имеется более десятка различных определений климата планеты. Прежде всего, необходимо понимать, что климат – это понятие неоднозначное в своем проявлении на протяжении истории эволюции планеты. Более того, если за точку отсчета взять время, когда планета приобрела тот устойчивый облик с сформировавшимися водными акваториями и сушей, который в большей степени наблюдается и в настоящее время, то даже и в этот значимо меньшей в геологическом масштабе времени период, понятие «климат» в своем проявлении так же однозначно определено быть не может. В связи с этим, из многочисленных формулировок понятия «климат» наиболее точное системное определение дано А. С. Мониным [10]: «Климат – это статистический ансамбль состояний, которые проходит система океан – суша – атмосфера за периоды времени в несколько десятилетий». В этом определении климата все достаточно строго, кроме завершающей фразы «… за периоды в несколько десятилетий». В более ранней работе [2] А. С. Монин дает определение климату как: «Климат – это статистический режим короткопериодных колебаний метеорологических полей, который сам испытывает долгопериодные колебания». В первом определении учтен чрезвычайно важный фактор, связанный с рассмотрением «системы», но это определение сильно ослаблено включением в него только периода колебаний в несколько десятилетий. Во втором определении точно отмечено свойство климата, состоящее в колебаниях разного масштаба, но отсутствует в его определение функциионирование системы океан – суша – атмосфера, а лишь присутствует только атмосфера (метеорологические поля). На наш взгляд, при рассмотрении климатической системы, включаThis document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

ющей, по определению А. С. Монина, водные акватории, сушу и атмосферу, к последним, необходимо добавить криосферу и биосферу, а главное, включить в систему Солнце. Тогда составляющие климатической системы и взаимодействия между ними можно представить в виде схемы, изображенной на рис. 2.1.

Примечание: 1 – солнечная радиация; 2 – осадки; 3 – испарение; 4 – сток вод суши. dQ/dt – количество энергии, приходящейся на каждый квадратный метр горизонтальной поверхности на верхней границы атмосферы в единицу времени; So –солнечная постоянная; r– расстояние Земли от Солнца; z – зенитное расстояние Солнца в момент Определяющим в этих двух формулировках климата является, то, что в любом случае – это, прежде всего, некоторый статистический режим. Поэтому, используя эти два определения, сформулированные А. С. Мониным, с учетом всех составляющих климатической системы, понятию климат дадим следующую статистическую формулировку: «Климат – это This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

статистический ансамбль состояний, которые проходит система Солнце- океан – атмосфера - суша – криосфера – В предложенных А. С. Мониным формулировках климата фигурируют понятия «статистический режим» и, более сильное, - «статистический ансамбль», являющиеся ключевыми. Понятие о статистическом ансамбле было введено Л. Больцманом при обосновании кинетической теории материи [11] и Дж. Максвеллом [12] при введении вероятностных представлений в кинетическую теорию газа. В современной трактовке [13] статистический ансамбль определяется как совокупность очень большого числа одинаковых физических систем многих частиц («копий» данной системы), находящихся в одинаковых макроскопических состояниях. При этом, макроскопические состояния системы могут различаться, но совокупность их макроскопических параметров, определяющих ее макроскопическое состояние. Иначе говоря, статистический ансамбль – это некоторое множество, состоящее из известных элементов с известным распределением. Тогда для любой количественной характеристики элементов можно найти среднее значение по всему множеству. Эти средние значения, полученные для определенных периодов времени, и представляют собой характеристику климата за этот период.

В соответствии с определением статистического ансамбля, являющимся ключевым в формулировке понятия «климат», одной из главнейших задач климатологии является вопрос, связанный с выяснением наличия (отсутствия) периодических (квазипериодических) составляющих на различных периодах во всем спектре колебаний рассматриваемой системы. Практически эта задача решается на базе классического спектрального анализа [14,15] применительно к временным рядам исследуемых физических величин. Спектральная мощность (или просто спектр) заданного дискретного временного ряда вычисляяется как преобразование Фурье исходного ряда (периодограмма), либо корреляционной функции (спектральная плотность), выThis document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

численной с временными сдвигами до максимально заданного, ограниченного частотой Найквиста – наивысшей из частот, которую можно обнаружить по ряду с дискретностью D, т.е.

fN =1/2D. Минимальный период при заданной дискретности D ряда равен удвоенной величине дискретности (теорема отсчетов Дж. Куцбах и Р. Брисон [16] выполнили спектральный анализ в области периодов от одного года до 10 тыс. лет по ряду прямых и косвенных данных о температуре воздуха из Северо-Атлантического сектора земного шара. Полученный ими спектр колебаний температуры воздуха приведен на рис. 2.2. На этом рисунке кривая спектра – средний квадрат амплитуды колебаний температуры как функция от периодов колебаний, оцененная с помощью 99% доверительного интервала для ординат графика. Как видно из графика при малых периодах осреднения, изменчивость или дисперсия ее средних значений значительна. Достаточно интенсивна и длиннопериодная изменчивость температуры с периодами порядка тысячи лет.

При этом в области периодов от 20 до 1000 лет в спектре присутствует широкий минимум изменчивости, из которого может быть выбран любой период для климатологического осреднения. Таким образом, при всей математической строгости определения спектральной плотности, оно не дает объективной оценки периода оптимального осреднения, кроме как по минимуму дисперсии. Более того, в связи с зашумленностью исходных рядов (ошибки измерений, искажения при регистрации и пр.) в математическом спектре колебаний, как правило, появляются ложные, так называемые, «математические» максимумы на определенных периодах, которые, в большинстве случаев не имеют физической интерпретации. В общем, когда выполняется анализ временных рядов, состоящих из набора флуктуирующих данных, то, как правило, выполняется одна из процедур экстраполяции, особенно расспространенная в метеорологии и климатологии. Далее, в целях улучшения полученной экстраполяции отыскивается цикличность (с помощью спектрального анализа или другими методами) в имеющейся картине флуктуаций. Однако, использования указанных This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

процедур при анализе временных рядов, что называется «в лоб», может привести к ложным физическим выводам. Поэтому при анализе временных рядов некоторой физической величины (например, температуры) необходимо в соответствии с методами математической статистики выполнить строгую статистическую проверку на наличие периодичностей, и главное, связать эти Рис. 2.2. Спектр колебаний температуры воздуха за последние Примечание: A2(f) – квадрат амплитуды; f – частота.

периодические изменения с влиянием физических причин, что возможно осуществить на базе причинного анализа [38] (о нем мы поговорим ниже). Что касается выявлений физических (а не математических) максимумов в спектре колебаний исследуемой физической величины, то здесь большим подспорьем является современный метод анализа временных рядов – вейвлет-анализ, к которому мы обратимся ниже в нашей работе.

Таким образом, мы отметили, что одной из важных задач климатологии является выявление периодичности в колебаниях This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

климатической системы, иначе говоря, наличия (отсутствия) цикличности в изменениях климата.

Впервые гипотезу о вероятной цикличной природе в изменениях климата-чередовании прохладно-влажных и теплосухих периодов в интервале 35-45 лет, выдвинул русский географ Э. А. Брикнер [17] и А. И. Воейков [18]. Это направление в последствии было существенно развито А. В. Шнитниковым [19]. Он показал, что длительность отдельных внутривековых климатических циклов колеблется от 29-30 до 45-47 лет, на фоне которых развиваются циклы продолжительностью в 7лет. В каждом втором «брикнеровском» цикле максимальные и минимальные значения температуры и влажности существенно превышают внутривековые показатели и классифицируются как циклы векового масштаба. Вековые циклы развиваются в интервале 60-80 лет, приближаясь в северных районах к Теоретические построения внутривековой изменчивости климата базировались на изменении уровня бессточных озер засушливых территорий как интегральном показателе изменений климата, который проявляется через баланс количества выпадающих осадков и величину испарения.

астрономического союза (МАС) и Международного Геофизического года (МГГ), в 1957 году А. В. Шнитников [21] выдвинул концепцию, о существовании в голоцене (последние 12 тыс. лет) циклических изменений климата и общей увлажненности материков Северного полушария с продолжительностью в 1500-2100 лет. Особо акцентировалось, что такие циклы существуют и в настоящее время. С этих позиций середина XIX века явилась принципиальным рубежом - окончания очередной прохладно-влажной климатической эпохи и началом тепло-сухой эпохи. И, таким образом уже более 150 лет мы живем в условиях развития многовекового природного тренда потепления климата. Это потепление особенно заметно проявилось в 70-е годы XIX века, в 30-е и 90-е годы ХХ века.

Тем не менее, официальная климатология, в том числе и государственная система слежения за изменениями климата, до This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

сих пор не принимает во внимание фактор цикличности.

Впрочем, этому, по-видимому, есть объяснение. Действительно, инструментальные данные (температура, влажность и др.) достаточно «мертвые» показатели. Замеры речного стока на крупных реках еще более затушевывают картину. Кроме того, период инструментальных измерений невелик. Между тем, картина цикличности климата, реконструированная А. В. Шнитниковым чрезвычайно интересна, а главное, физически убедительна. Прежде всего ученым доказано существование на протяжении XIV-начало XIX вв. «малого ледникового периода». На основании обобщения исторических сведений о состоянии климата и обводненности Европы и Западной Азии удалось показать, что в XIV-XVIII веках, по сравнению с предыдущим периодом, на рассматриваемых территориях климат отличался повышенной суровостью, многоснежностью и многоводностью рек. Уровень Каспия в этот период оказался одним из наивысших за историческое время. Сырдарья замерзала на месяцев и покрывалась толстым слоем льда, по которому некоторое время ходили караваны. Амударья через Узбой впадала в Каспийское море. В Европе резкое ухудшение климата проявлялось в частых замерзаниях Балтийского моря, а также Черного и частично Адриатического.

Предшествующий период, наоборот был более теплым. В нем изменчивость горного оледенения Тянь-Шаня, Алтая, Кавказа, Скандинавии и Альп показывала, что с начала новой эры и на протяжении последующих 15 столетий происходило уменьшение горного оледенения. Это уменьшение происходило неравномерно - сначала медленное - до VIII в., затем наиболее заметное – VIII-IX века. Особенно интенсивное таяние ледников происходило в период с Х века по первую половину XVI века.

С конца XVI века начался обратный процесс - наступление ледников, достигшее максимума в начале XIX века. С конца XIX века на всей территории Евразии начались обратные процессы и интенсивное отступление горных ледников. Весьма близким оказался характер изменения горного оледенения в другой области планеты - Северной Америке.

This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

На основании всех обобщенных материалов за последние 2000 лет прорисовывалась следующая картина. Со второй половины первого тысячелетия и до начала второго (около лет) в климате Северного полушария наблюдалась устойчивая тенденция потепления. На фоне этого процесса шло таяние горных ледников, уменьшение ледовитости северных морей. С конца XIII века и, особенно, в XIV-XV веках, климат становится более суровым. Одновременно произошло и значительное увеличение количества атмосферных осадков, определяя постепенное, но устойчивое накопление водных масс на крупных территориях Северного полушария. Это явление вошло в климатологию под термином «увлажненность». Именно похолодание климата в сочетании с повышенной увлажненностью создали к концу XV в. предпосылки для очередного роста горного оледенения на всем Северном полушарии, которое произошло в XVIXVIII и начале XIX веков. Данная прохладно-влажная эпоха заняла период около 550 лет. С середины и, особенно, с конца XIX века, вновь началось потепление климата и уменьшение максимум увлажнения или прохладно-влажный период, охвативший XIV-XVIII и начало XIX веков, с двумя минимумами (тепло-сухие периоды). Первый из них в полном развитие охватывал большую часть первого тысячелетия новой эры и начало второго, а второй минимум - в самом начале его проявления обозначился со второй половины XIX века. Полный цикл прохладно-влажных тенденций климата многовекового масштаба развивался по схеме: минимум-максимум-минимум с общей продолжительностью около 1900 лет.

Анализ чередования трансгрессий и регрессий уровней (морей и океанов) у северных и западных побережий Европы и, как следствие, изменчивости условий водного обмена между океанами и материками в периоды чередующихся потеплений и похолоданий, позволил установить следующее. За период лет до начала новой эры произошло 5 трансгрессий, продолжительность между которыми колебалась от 1500 до 2000 лет [19,20]. Такие колебания свидетельствовали о существовании This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

определенной периодичности рассматриваемых явлений в пределах небольшой изменчивости (небольшой в рамках геологического масштаба) в ±250 лет. Средняя продолжительность таких ритмов оказалась близкой к 1800 годам. На протяжении последних двух тысячелетий заканчивается развитие шестого многовекового цикла климата [21].

В каждом из 6-ти многовековом климатическом цикле прохладно-влажная эпоха занимает 300-500 лет, сменяясь тепло-сухой в 600-800 лет, а затем - переходной, с продолжительностью 700-800 лет.

Позднее, ряд исследователей подтвердили результаты и, в общем, концепцию А. В. Шнитникова. Так, Э. Ле Руа Ладюри [22], изучая историю климата Западной Европы, на основании анализа обширного фактического материала еще раз доказал существование «малого ледникового периода» и внутривековой изменчивости климата. Выполненный в работе [22] анализ изменчивости климата только за последнее тысячелетие не позволил автору проследить аналогичные крупномасштабные Е. П. Борисенков и В. М. Пасецкий [23] для анализа Климатических изменений используют летописные источники Древней Руси за последнее тысячелетие. На основании этих источников они выделяют три различные климатические эпохи, очень близкие к эпохам А. В. Шнитникова. А именно, - малый климатический оптимум, пришедшийся на VIII-XII века, малый ледниковый период – XIII-XVIII века, современное потепление, обозначившееся с середины XIX века.

Многовековая изменчивость климата и общей увлажненности материков Северного полушария с продолжительностью в 1800-2000 лет получило подтверждение в работе В. М.

Л. Н. Гумилев в работе [25] при исследовании древних этносов приходит к однозначному заключению о существование циклических многовековых изменений климата.

На основании радиоизотопных методов диагноза четвертичных отложений Н. В. Кинд [26] выполнил анализ климатических тенденций за последние десять тысяч лет. Эти меThis document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

тоды получили развитие с 50-х годов прошлого столетия и позволили восстановить геохронологическую шкалу четвертичного периода (особенно позднего плейстоцена и голоцена*).

Результаты Н. В. Кинда в очередной раз подтвердили, что за рассматриваемый период произошло шесть климатических циклов в интервале 1300-2000 лет.

Исследования гидрологического режима Каспийского моря показали [26], что за последние 9-10 тысяч лет имело место сильно выраженных трансгрессий и такое же количество регрессий, свидетельствующих о чередовании прохладновлажных и тепло-сухих климатических эпох с интервалом в Таким образом, как минимум, для периода голоцена со всей очевидностью доказана многовековая изменчвость климата как ритмического процесса, продолжающегося и в Согласно концепции многовековой и внутривековой изменчивости климата и общей увлажненности материков Северного полушария в голоцене, на фоне общего отступания ледников прослеживаются циклические изменения гидротермических условий в интервале 1800-2100 лет. Эти циклы особенно характерны для южных районов Европы, Центральной и Западной Азии, отличающиеся повышенной континентальностью климата. Такие циклы состоят из трех фаз: прохладно-влажной (300-500 лет); тепло-сухой (600-800 лет); переходной - между первой и второй (700-800 лет). На фоне многовековых изменений климата развиваются 60-90-летние - вековые и 30летние - внутривековые колебания. В пределах последних прослеживаются циклы с продолжительностью в 7-11 лет и 3- года. Наглядно периоды колебаний климата за последние две тысячи лет показаны на рис. 2.3 в виде нормированного виртуального спектра, как если бы мы выполнили спектральный анализ, например, температуры, имея в наличии данные ее Для голоцена были реконструированы такие параметры, как палеоэкологическая кривая, изменения температуры воздуха вблизи гренландских ледников, изменения уровня мирового океана, зимних температур для Западной Европы за последние 1000 лет.

This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

инструментальных измерений за две тысячи лет. Этот виртуальный спектр, обобщающий циклический характер изменений климата, в частности, гидротермических условий в голоцене, будет удобен для сравнения с реальными результатами, о которых речь пойдет ниже.

В последнем многовековом цикле климата голоцена переходный период (с преобладанием тепло-сухих условий) занял вторую половину I-го тысячелетия нашей эры и начало IIго тысячелетия. Прохладно-влажный период охватил время с XIV-го до начала XIX столетия, тепло-сухой период - в самом начале своего проявления, пришелся на вторую половину ХIХ Рис. 2.3. Виртуальный спектр колебаний гидротермических Однако концепцию многовековой природы цикличности климата и общей увлажненности материков разделяют не все климатологи, несмотря на фундаментальные результаты, полученные рядом исследователей во главе с А. В. Шнитниковым. В числе оппозиционеров многовековой природы цикличности климата российский ученый с мировым именем М. И. Будыко и представители его школы, климатологи Л. Г. Динесман, С. В.

This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

Кириков и др. По их представлению со времени окончания голоценового оптимума все пять тысячелетий крупные колебания климата не проявлялись, а отклонения в климате носят локальный характер и являются результатом хозяйственной деятельности, неотектонических процессов, вулканизма и не имеют четко выраженной периодичности [29].

То, что представители этой школы называют «отклонениями в климате» трудно объяснимо, так как эти отклонения, во-первых, носят не случайный, а циклический характер и, во–вторых, совершенно непонятно какая хозяйственная деятельность, приводящая к изменению климата, имеется в виду в историические времена. Впрочем, каждый ученый имеет право и должен придерживаться своих взглядов. При этом, в интересах науки эти взгляды должны быть несомненно обоснованы. К сожалению, зачастую встречаются обоснования весьма сомнительного характера типа «этого не может быть, потому что не [30,31] и др.) придерживаются мнения о наличии внутривековой и вековой изменчивости климата с периодичностью в 3-4, 7-11, 35-45 и 70-90 лет. Их позиция абсолютно понятна, ибо они придерживаются принципа доверия лишь к данным, полученным в результате выполненных приборами измерений. Все те данные, которые восстановлены косвенным путем или реконструированы, по их мнению сомнительны.

И, наконец, концепция А. В. Шнитникова о многовековой изменчивости климата и общей увлажненности материков Северного полушария с продолжительностью в 1800-2000 лет, получившая подтверждение в работах В. М. Жукова, Н. В.

Кинда, Г. И. Рычагова, Е. П. Борисенкова, В. М. Пасецкого, В.

Г. Кривенко и др., поддерживается исследователями третьего направления. В их числе и автором настоящей работы.

На материалах реконструкции изменения гидрологического режима и общей увлажненности Северной Евразии, анализе динамики ареалов и численности позвоночных животных большой вклад в развитие теории многовековой и внутривековой изменчивости климата внес профессор В. Г. Кривенко [32-36]. В частности, он отмечает [36], что в дискуссии о This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

существовании 2000-летних циклов в голоцене следует также обратить внимание на то, что в первой половине голоцена (10000-4500 лет назад) исчезновение покровных оле-денений обуславливало в климате Афро - Евразии и Северной Америки повышенную увлажненность (плювиальная эпоха голоцена). В этот период прохладно-влажные эпохи в 2000-летних циклах проявлялись очень ярко, о чем свидетельствовали высокие уровни Каспия. Как показывает реконструкция [33] после исчезновения покровных оледенений (постплювиальная эпоха голоцена), прохладно-влажные периоды в макро-климатических циклах климата проявлялись менее выражено, что особенно характерно для последнего цикла ( рис. 2.4 ).

В заключение данного раздела необходимо заметить, что концепция о многовековой и внутривековой изменчивости климата в голоцене как ритмического или циклического процесса, открывает большие перспективы для решения самых различных научных и народнохозяйственных задач. Особенного внимания эта концепция заслуживает при выяснении вопроса о степени антропогенного влияния на значимые изменения климата, провозглашенные в Киотском Протоколе.


2.2. Факторы формирования глобального климата и С позиций физики, когда рассматривается какая-либо физическая система, первостепенный вопрос, который должен быть уяснен для исследователя – это открытая или замкнутая система. Под открытой системой понимается [13], прежде всего, термодинамическая система, которая обменивается с окружающей (в широком смысле) средой веществом, энергией и импульсом. Наиболее просто свойства открытых систем диагностируются и описываются вблизи состояния термодинамического равновесия. Если отклонение термодинамической системы от термодинамического равновесия мало, то неравновесное состояние характеризуется теми же параметрами, что и равновесное: температурой, химическими потенциалами компонентов системы и т.д., но в этом случае параметры, описывающие This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

систему, есть функции координат и времени. Степень отклонения открытой системы от термодинамического равновесия или степень неупорядоченности системы характеризуется, как известно, энтропией. Отклонения термодинамических параметров от их равновесных значений вызывают в системе потоки энергии и вещества. Эти потоки приводят к росту (производству) энтропии системы. В замкнутой системе, согласно второму началу термодинамики, энтропия, возрастая, стремится к максимальному (равновесному) значению, а производство энтропии к нулю. В отличие от замкнутых систем, в открытых системах возможны стационарные состояния с постоянной энтропией при постоянном производстве энтропии, которая должна при этом отводиться от системы. Стационарное состояние характеризуется постоянством переноса реагирующих веществ, энергии и скоростей химических реакций. Для стационарных состояний производство энтропии в открытых системах минимально (теорема Пригожина [39]).

Климатическая система – это, прежде всего, открытая система. Выше, на основании определений А. С. Монина, было сформулировано понятие климата, в котором определяющим являлась статистическая трактовка. Принимая во внимание определение открытой системы, можно дать понятию «климат»

чисто физическое толкование: «Климат – это открытая периодически меняющаяся система, сохраняющая состояние стационарности, или близкое к нему, на данном периоде».

Это определение строго соответствует механизму функционирования Природы, учитывая, что ее главнейшие механизмы описываются уравнениями баланса, из которых важнейшим является уравнение радиационного баланса и его составляющих [40]. Такой подход к определению климата позволяет дать количественную оценку длины периода, в течение которого климатическая система сохраняла состояние стациионарности.

Для этого достаточно вычислить производство энтропии на заданном промежутке времени (достаточно большом) и те периоды (отрезки времени), где производство энтропии квазипостоянно и минимально (относительно некоторой наперед заданной величины), и есть периоды с определенным This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

То или иное состояние климатической системы, или просто климата, формируется под воздействием ряда факторов. Если формирование климата на планете рассматривать как конечный результат, относящейся собственно к планете, как к изолированному объекту (изолированному с точки зрения расстояний до других космических объектов), то факторы, определяющие этот результат подразделяют на «внешние» и «внутренние». С точки зрения рассмотрения климатической системы как открытой термодинамической системы, такое подразделение, очевидно, является чисто условным приемом. Тем не менее, обсуждаемые ниже факторы будут рассматриваться нами в соответствии с традиционной классификацией [2,10,37,40] – внешние или астрономические и внутренние или геофизические К внешним, или астрономическим климатообразующим факторам, как правило, относят [10] светимость Солнца, положение и движение Земли в солнечной системе, наклон оси вращения Земли к плоскости орбиты и скорость движения Земли по орбите (скорость ее вращения вокруг Солнца).

Перечисленные факторы воздействуют на физические поля планеты Земля со стороны других тел Солнечной системы:

температурное поле на верхней границе атмосферы инсоляция, в результате облучения солнечной радиацией;

гравитационное поле Земли – гравитационные воздействия внешних тел, создающие приливные эффекты и колебания характеристик орбитального движения и собственного вращения Земли и, как следствие, распределение температурного поля по внешней границе атмосферы.

Поток солнечной энергии, инсоляция. На верхней границы атмосферы на каждый квадратный метр горизонтальной поверхности в единицу времени приходится количество This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

Из выражения (2.1) следует, что количество солнечной энергии, приходящейся на единичную горизонтальную площадку в данный момент, зависит от угла наклона солнечных лучей и, следовательно, от времени суток, времени года и от широты где d – склонение Солнца (в течение года изменяется в пределах время, отсчитываемое от полудня, T– продолжительность суток.

Количество энергии, которое поступало бы на 1 м2 горизонтальной поверхности при отсутствии атмосферы за сутки на j – ой широте определится как интеграл от выражения (2.1) с пределами интегрирования по времени от момента восхода до захода Солнца (с учетом формулы 2.2):

На рис. 2.5 приведено распределение суточных сумм солнечного тепла на верхней границы земной атмосферы, как функция времени года и широты местности, рассчитанные по формуле (2.3). Как следует из (2.3), распределение суточных сумм приходящей на верхнюю границу земной атмосферы солнечной энергии по земному шару не зависит от долготы и имеет четко выраженную зональность. Как известно [42] Земля и атмосфера с течением времени изменяет свою массу в сторону увеличения.

Меньшие массы (Земли и атмосферы) вращались быстрее.

Наклон экватора к эклиптике был меньше современного.

Каждый из этих факторов делал широтную зональность климата более выраженной, относительно нынешнего периода.

Свидетельствами существования зонального климата в геологиОбозначения физических параметров в (2.1) см. примеч. к рис. 2.1.

This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

ческие эпохи являются горные породы с годичными слоями – вервиты, обнаруженные, практически, во всех геологических Рис.2.5. Суточные суммы солнечной энергии (кал/см2сут), приходящей на верхнюю границу земной атмосферы (при значении солнечной постоянной So=1,946 кал/см2мин) [208].

Что же является причиной эпохальных колебаний климата?

Казалось бы, ответ на поставленный вопрос очевиден.

Действительно, поскольку разница дневных и ночных температур у поверхности Земли, межсезонных температур и температур между широтами (например, экватор – полюс) значительна – это непреложный факт, связанный с различной величиной поступающей от Солнца радиации, то мы вправе допустить, что теплые и холодные климатические периоды являются следствием разного количества приходящей на Землю солнечной This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

радиации. Чем больше поступило радиации, тем теплее, и наоборот. Суммарное количество радиации, поступающей на Землю от Солнца определяется величиной солнечной постоянной So.

Тогда, в свою очередь, напрашивается очевидный вывод о колебаниях величины So. Впервые этот «очевидный» вывод сделал эстонский астроном и физик Э. Эпик [43] – первооткрыватель источника энергии Солнца в виде термоядерного синтеза. Однако, не все ученые, как метеорологи, так и физики (астрофизики) принимают гипотезу Эпика о вариациях «солнечной постоянной». Среди них недавно ушедший академик А. С. Монин [2,10]. Однако не будем торопиться с окончательными выводами относительно солнечной постоянной. Для более глубокого рассмотрения вопроса - так уж ли постоянна «солнечная постоянная», обратимся к современным данным.

В работах [44-49] были выполнены исследования высокоточных измерений солнечной постоянной с целью выявления причин колебаний интенсивности солнечного излучения, а именно причин изменений 11-летний и вековой составляющей вариации потока интегральной радиации Солнца. Эти исследования прямо связаны с наблюдаемым в настоящее время глобальным потеплением. На основе длительных космических измерений потока радиации было получено, что 11-летний гелиоцикл представляет собой скоординированное идентичное колебание, как активности (числа Вольфа), так и потока радиации («солнечная постоянная»). Результаты космических измерений потока радиации показали [44], что кривые 11-летних вариаций уровня активности и величины «солнечной постоянной» взаимокоррелированы и квазипараллельны как по фазе, так и по амплитуде (рис. 2.6). Наличие достоверной кореляции между четко установленными периодами значительных вариаций уровня солнечной активности и соответствующими достоверными изменениями в климате Земли на длительных шкалах времени - порядка века, тождественными изменениям потока радиации Солнца как по фазе, так и по амплитуде в течении всего прошлого тысячелетия [50,51,52,53] говорят о необходимости учета, а не игнорирования факта вариаций «солнечной постоянной». Более того, в [53] показано, что в This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

каждом из 18 глубоких минимумов солнечной активности, типа маундеровского квазидвухсотлетнего периода [52], установленных в течении последних 7500 лет, наблюдались похолодания климата, а в период высоких максимумов (как последний 23-ий Рис. 2.6. Вариации «солнечной постоянной» So с 1978 года [44] (а), и изменение среднемесячных значений чисел Вольфа W (б).

По мнению Х. И. Абдусаматова [46] – заведующего лабораторией космических исследований ГАО РАН*, доктора физико-математических наук, любые наблюденные за этот период глубокие изменения в климате Земли (глобальное потепление или похолодание) могли быть вызваны только соответствующим долговременным изменением прихдящего потока солнечной радиации. Разделяя это мнение, заметим, что при несомненной главенствующей роли вариаций приходящего потока солнечной радиации в вариациях климата, нельзя ГАО РАН – Главная астрономическая обсерватория Российской Академии наук.

This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

полностью, как будет показано ниже, исключать и другие внешние факторы, связанные с вариациями гравитационного взаимодействия Солнца с планетами и вариациями параметров орбиты Земли. Здесь неоспоримом фактом является то, что в периоды максимального всплеска уровня солнечной активности (что наблюдалось в конце XX и начале XXI веков), поток радиации всегда был существенно повышенным, а в периоды глубокого минимума активности он заметно снижался. В работе [45] строго показано, что на любых интервалах наблюдений вековые вариации активности и потока радиации в целом имели сильно коррелированный (квазипараллельный) ход изменения, как по фазе, так и по амплитуде. Сказанное даже визуально прослеживается на рис. 2.6, где, например, заметное понижение радиации в минимуме 22-го цикла относительно минимума 21го цикла является не только непосредственным доказательством наличия также и векового компонента в вариациях «солнечной постоянной», но и доказательством скоррелированного падения векового компонента потока радиации одновременно с падением уровня вековой вариации активности.

Установлено [45-47], что колебания интенсивности солнечного излучения происходят за счет изменений радиуса Солнца. Циклическая вариация «солнечной постоянной» So определяется формулой [45] где s – постоянная Стефана - Больцмана; a–расстояние от Солнца до Земли–астрономическая единица (a.e.), Tэф- эффективная Эффективная температура Tэф (ЭТ) – параметр, характеризующий светимость L звезды, т.е. полное количество энергии, излучаемое звездой в единицу времени. ЭТ связана со светимостью L и радиусом звезды Rс соотношением L=4pRс2sTэф. Таким образом, ЭТ равна температуре абсолютно черного тела, с единицы поверхности которого в единицу времени ( в соответствии с законом излучения Стефана - Больцмана) This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

Относительное изменение So может быть выражено в виде Как показано в работе [45] долговременная циклическая вариация «солнечной постоянной» является результатом соответствующего изменения площади излучающей поверхности фотосферы при сохранении ее эффективной температуры практически неизменной. Это происходит вследствие протекания сложных процессов в недрах Солнца. Показано, что даже плавное изменение температуры поверхностного слоя, не более 0,001 градуса в сутки, приводит к нарушению гидростатического равновесия, определяемого балансом сил внутреннего давления и гравитации. Возврат к термодинамическому равновесию происходит за счет изменения радиуса Солнца до величины, восстанавливающей баланс. Когда DTэф=0, то в соответствии с (2.5) выполняется соотношение Левая часть (2.6) – вариация «солнечной постоянной», которая всецело определяется соответствующим колебанием радиуса Солнца с амплитудой до 250 км в 11-летнем цикле и до 700-800км в двухвековом цикле [47,49] (рис. 2.7).

Таким образом, наблюдаемые в наземных условиях в течение весьма длительного времени (за последние 300 лет) [55летняя и вековая составляющие вариации солнечной активности одновременно иллюстрируют и соответствующие квазипропорциональные изменения радиуса и потока радиации.

Поэтому, строго говоря, Солнце не находится в состоянии механического и энергетического равновесия, а является переменной звездой, пульсирующей, по крайней мере, с тремя квазипериодами - 11, 80 и 200 лет.

На основании вышеизложенного приоткрывается одна из This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

сторон физического механизма солнечно – земных связей.

Циклические изменения уровня солнечной активности и числа пятен, идущие параллельно аналогичным колебаниям радиуса Солнца и «солнечной постоянной», непосредственно на земной климат влияния не оказывают, а лишь опосредованно, через вариации «солнечной постоянной». Поэтому оппозиционеры влияния солнечной активности на динамику погоды (В. А. Бугаев, В. А. Джорджио, Н. Н. Романов [58] и др.), в определенном смысле, были правы.

Рис. 2.7. Вариации «солнечной постоянной» (а) по реконструированным данным до 1978 года (J. L. Lean (2000) и Y. M. Wang, J. L. Lean, N. R. Sheeley (2005)), высокоточным измерениям с 1978 года [44] и пятнообразовательной активности Солнца (б) с 1611 года.

Примечание: 1. Прогноз до 2050 года дан в лаборатории космических исследований ГАО РАН [49]. 2. Числа на графике б) – порядковые номера циклов солнечной активности. 3. Кривая на графике б) – тренд пятнообразовательной деятельности.

Гравитационное взаимодействие Солнца с планетами и реакция на него климата Земли. В спектре колебаний климата Земли наиболее значимые периоды определяются как This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

ледниковые. Они были выявлены по остаточному действию ледников на породы по мере продвижения первых (ледниковые морены, «царапины»). После открытия геологами ледниковых морен в IX веке стало очевидным, что ледниковые периоды на Земле наступали неоднократно. Колебания климата, связанные с ледниковыми периодами, осмыслил сербский ученый М.

Миланкович [59]. Примечателен импульс, который дал толчок автору к его открытию. Идея «постичь всю Вселенную и донести луч света до ее отдаленных уголков» пришла Миланковичу во время буйного празднования опубликования стихов приятеля, после изрядно выпитого спиртного. Свою «нетрезвою» идею Милан-кович осуществил, работая в плену в В соответствии с законом всемирного тяготения Ньютона (а также первым из законов Кеплера, описывающим траектории движения планет Солнечной системы), каждая планета вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите. Кроме того, согласно закону сохранения момента импульса, если Земля вращается вокруг своей оси, то направление этой оси в пространстве должно оставаться неизменным. Но в реальной солнечной системе Земля, вращаясь вокруг Солнца вместе с остальными планетами и Луной, испытывает осциллирующее гравитационное взаимодействие, оказывающее влияние и на земную орбиту, и на вращение Земли. Следствием этого влияния являются прецессия, нутация и изменение геометрии орбиты от эллиптической до круговой форм, каждые 93 тысячи лет [60]. Миланкович пришел к выводу, что эти факторы влияют на количество солнечной радиации, получаемой различными областями Земли. Например, прецессия земной оси влияет на характер зим и лет в северном полушарии (здесь особое внимание заслуживает северное полушарие, так как в нем расположена основная часть суши, и, следовательно, там находится основная часть ледников). Миланкович понял, что с течением времени климат Земли меняется. Если количество солнечного света, которое получает северное полушарие, уменьшается, то снег с каждым годом будет все дольше оставаться на поверхности. А поскольку снег хорошо отражает свет, увеличившаяся снежная поверхность будет отражать больше This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

солнечного света, и это приведет к дальнейшему охлаждению Земли. Значит, следующей зимой выпадет еще больше снега, еще больше увеличится площадь снежного покрова, будет отражаться еще больше солнечного света и т. д. С течением времени накопится много снега, и ледники двинутся на юг.

Земля вступит в ледниковый период. В конце этого цикла, когда в северное полушарие начнет поступать больше солнечной энергии, произойдут обратные изменения: в некоторых местах лед растает, обнажатся участки почвы, хорошо поглощающей свет, Земля нагреется, и всё те же три фактора изменчивости вращения Земли приведут к тому, что ледник отступит.

Миланкович считал, что на климат Земли оказывают влияние эти три фактора, каждый из которых связан с определенным астрономическим эффектом. Когда они усиливают друг друга, можно ожидать похолодания и наступления ледникового периода. Однако в норме эти три фактора действуют в разных направлениях, и их влияние не суммируется, так что климат быстро возвращается к некоторой норме. Итак, ледниковые периоды возникают, когда три орбитальных фактора действуют в одном направлении, их эффекты складываются и подталкивают климат Земли к похолоданию.

Выше мы видели, что распределение инсоляции по земному шару носит широтный характер. На рис. 2.5 можно отметить и другую особенность в ее распределении – сезонность, которая подразделяется на четыре времени года: весну, лето, осень и зиму. Критерием такой классификации условий погоды на Земле служат положения Солнца на эклиптике в точках l{0,p/2,p, 3p/2}, где l – долгота Солнца на эклиптике, отсчитываемая от точки весеннего равноденствия в сторону, противоположную движению небесной сферы (рис. 2.8). Как видно из рис. 2.5, сумма летней и сумма весенней, сумма осенней и сумма зимней инсоляций, соответственно, равны. Поэтому одинаковые по суммам получаемого тепла сезоны объединяются в полугодия. Суммарная инсоляция Ws, Ww за теплое и холодное, соответственно, полугодий определяется из выражений [61]:

This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

e - угол наклона эклиптики к небесному экватору PнPs. S – Солнце.

В (2.7) Wo = Ws + Ww; To – длительность года (3,16107с); e – эксцентриситет земной орбиты (e= 0,0017 в настоящее время); e – наклон плоскости экватора к плоскости орбиты (e=23,5о в настоящее время); xo - часовой угол в момент захода.

Поскольку продолжительность астрономического сезона меняется с изменением эксцентриситета e, то суммы Ws и Ww не характеризуют с достаточной точностью количества солнечной This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

энергии за единицу времени. Поэтому М. Миланкович ввел понятие калорические полугодия – полугодия одинаковой продолжительности To/2, в которых любое значение суточной инсоляции на данной широте в летнее полугодие больше любого значения суточной инсоляции в зимнее полугодие [59]:

где П - долгота перигелия (самой близкой к Солнцу точки орбиты, отсчитываемая от точки ^ весеннего равноденствия – Сравнивая Qs и Qw, легко видеть, что для фиксированных широт планетные возмущения не меняют получаемой Землей в целом годичные суммы солнечного тепла. При этом, при увеличении esinП уменьшаются разности между суммами тепла, получаемыми в летнее и зимнее калорические полугодия, а при увеличение угла e, наоборот, эти разности увеличиваются.

М. Миланкович первым понял, что изменениями этих параметров можно объяснить формирование ледниковых периодов:

более холодные лета и теплые зимы способствуют росту ледников и за тысячелетия могут привести к ледниковой эпохе.

Он вводит, вместе с понятием калорического периода, понятие эквивалентной широты j1(t) – широты, на которой в настоящее время за летнее калорическое полугодие получается столько же солнечного тепла, сколько в прошлом получалось на широте 65о северного полушария. Далее, М. Миланкович рассчитывает аномалии сумм солнечного тепла DQs за летнее калорическое полугодие, как суммы соответствующих аномалий величин e и This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.6.95.

Расчеты колебаний эквивалентной широты j1(t) для 65о с.ш.

были выполнены Миланковичем на основании данных возмущения движений Земли, рассчитанных В. Мишкевичем [10].

Рост эквивалентной широты соответствовал похолоданию, убывание – потеплению. Во второй половине XX века аналогичные, но более скрупулезные расчеты аномалий параметров земной орбиты и эквивалентных широт были выполнены советскими астрономами в цикле работ [62-64]. Эти расчеты, выполненные на период 30 млн. лет в прошлое и на 1 млн. лет в будущее время, приведены на рис. 2.9 (на рисунке «данные в прошлое» показаны только для 1 млн. лет назад).



Pages:   || 2 | 3 |


Похожие работы:

«1 УДК 37.013.42(075.8) ББК 60.56 С41 Федеральная целевая программа книгоиздания России Рецензенты: кафедра педагогики РГПУ им. А.И.Герцена; Институт общего образования Минобразования России; Академия повышения квалификации и переподготовки работников образования; доктор философских наук, зав. кафедрой философии РАН, вице-президент Российской экологической академии профессор Э. В. Гирусов Ситаров В. А., Пустовойтов В. В. С 41 Социальная экология: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб....»

«ISSN 2222-2480 2012/2 (8) УДК 001''15/16''(091) Нугаев Р. М. Содержание Теоретическая культурология Социокультурные основания европейской науки Нового времени Румянцев О. К. Быть или понимать: универсальность нетрадиционной культуры (Часть 2) Аннотация. Утверждается, что причины и ход коперниканской революции, приведшей к становлению европейской науки Нового времени, моНугаев Р.М. гут быть объяснены только на основе анализа взаимовлияния так Социокультурные основания европейской науки Нового...»

«Министерство образования и наук и Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский государственный университет им. А. М. Горького Физический факультет Кафедра астрономии и геодезии Спектральные исследования области звёздообразования S 235 A-B в оптическом диапазоне Магистерская диссертация студента группы Ф-6МАГ Боли Пол Эндрю (Boley Paul Andrew) К защите допущен Научный руководитель А. М....»

«РУССКОЕ ФИЗИЧЕСКОЕ ОБЩЕСТВО РОССИЙСКАЯ АСТРОНОМИЯ (часть вторая) АНДРЕЙ АЛИЕВ Учение Махатм “Существует семь объективных и семь субъективных сфер – миры причин и следствий”. Субъективные сферы по нисходящей: сферы 1 - вселенные; сферы 2 - без названия; сферы 3 -без названия; сферы 4 – галактики; сферы 5 - созвездия; сферы 6 – сферы звёзд; сферы 7 – сферы планет. МОСКВА ОБЩЕСТВЕННАЯ ПОЛЬЗА 2011 Российская Астрономия часть вторая Звёзды не обращаются вокруг центра Галактики, звёзды обращаются...»

«Роберт Темпл Мистерия Сириуса The Sirius Mystery Серия: Тайны древних цивилизаций Издательство: Эксмо, 2005 г. Твердый переплет, 528 стр. ISBN 5-699-10060-1 Тираж: 6000 экз. Формат: 60x90/16 Возможность палеоконтакта — древнего посещения Земли инопланетянами — была и остается темой десятков, если не сотен книг. Но монография Роберта Темпла Мистерия Сириуса выделяется на их фоне как самое глубокое исследование из всех, проведенных до настоящего времени. Темпл отталкивается от наиболее...»

«ВСЕРОССИЙСКАЯ ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ ПО АСТРОНОМИИ: СОДЕРЖАНИЕ ОЛИМПИАДЫ И ПОДГОТОВКА КОНКУРСАНТОВ Автор-составитель: Угольников Олег Станиславович – научный сотрудник Института космических исследований РАН, кандидат физико-математических наук, заместитель председателя Методической комиссии по астрономии Всероссийской олимпиады школьников. Москва, 2006 г. 1 ВВЕДЕНИЕ Астрономические олимпиады в СССР и России имеют богатую историю. Первая из ныне существующих астрономических олимпиад – Московская –...»

«11стор11л / географ11л / этнограф11л 1 / 1 вик Олег Е 1 _ |д а Древнего мира Издательство Ломоносовъ М осква • 2012 УДК 392 ББК 63.3(0) mi Иллюстрации И.Тибиловой © О. Ивик, 2012 ISBN 978-5-91678-131-1 © ООО Издательство Ломоносовъ, 2012 Предисловие исать про еду — занятие не­ П легкое, потому что авторов одолевает множество соблаз­ нов, и мысли от компьютера постоянно склоняются в сто­ рону кухни и холодильника. Но ры этой книги (под псевдонимом Олег Ивик пишут Ольга Колобова и Валерий Иванов)...»

«Теон Смирнский ИЗЛОЖЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ ПРЕДМЕТОВ, ПОЛЕЗНЫХ ПРИ ЧТЕНИИ ПЛАТОНА ОТ ПЕРЕВОДЧИКА Какую математику изучали в античных школах? Говоря об античной математике, мы в первую очередь вспоминаем о её наивысших достижениях, связанных с именами ЕВКЛИДА, АРХИМЕДА и АПОЛЛОНИЯ. Заданному в Древней Греции образцу построения математической книги — аксиомы, определения, формулировки и доказательства теорем — в какой-то мере следуют и наши школьные учебники геометрии, так что стиль классической...»

«АКАДЕМИЯ НАУК СССР ГЛАВНАЯ АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ ИНСТИТУТ И СТОРИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ И ТЕХНИКИ Л ЕН И Н ГРА Д С К И Й ОТДЕЛ НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИСТОРИИ АНТИЧНОЙ НАУКИ Сборник научных работ Ленинград, 1989 Некоторые проблемы истории античной науки. Л., 1989. Ответственные редакторы: д. и. н. А. И. Зайцев, к. т. н. Б. И. Козлов. Редактор-составитель: к. и. н. Л. Я. Жмудь. Сборник содержит работы по основным направлениям развития научной мысли в античную эпоху, проблемам взаимосвязи науки с...»

«ЯНВАРЬ 3 – 145 лет со дня рождения Николая Федоровича Чернявского (1868-1938), украинского поэта, прозаика 4 – 370 лет со дня рождения Исаака Ньютона (1643 - 1727), великого английского физика, астронома, математика 8 – 75 лет со дня рождения Василия Семеновича Стуса (1938 - 1985), украинского поэта, переводчика 6 – 115 лет со дня рождения Владимира Николаевича Сосюры (1898 -1965), украинского поэта 10 – 130 лет со дня рождения Алексея Николаевича Толстого (1883 - 1945), русского прозаика 12 –...»

«Казанский (Приволжский) федеральный университет Научная библиотека им. Н.И. Лобачевского Новые поступления книг в фонд НБ с 12 февраля по 12 марта 2014 года Казань 2014 1 Записи сделаны в формате RUSMARC с использованием АБИС Руслан. Материал расположен в систематическом порядке по отраслям знания, внутри разделов – в алфавите авторов и заглавий. С обложкой, аннотацией и содержанием издания можно ознакомиться в электронном каталоге 2 Содержание История. Исторические науки. Демография....»

«Михаил Васильевич ЛОМОНОСОВ 1711—1765 Биография великого русского ученого и замечательного поэта М. В. Ломоносова достаточно хорошо известна. Поэтому напомним только основные даты его жизни и деятельности. Ломоносов родился 8 ноября 1711 года в деревне Куростров близ Холмогор в семье зажиточного крестьянина Василия Дорофеевича Ломоносова. Мать Михайлы Ломоносова — Елена Ивановна (дочь дьякона) — умерла, когда мальчику было 8—9 лет. Первыми книгами Ломоносова, по которым он учился грамоте, были...»

«UNESCO Организация Объединенных Наций по вопросам образования, наук и и культуры Загадки ночного неба, с. 2 Мир Ежеквартальный информационный бюллетень по естественным наукам Издание 5, № 1 Январь–март 2007 г. РЕДАКЦИОННАЯ СТАТЬЯ СОДЕРЖАНИЕ К телескопам! ТЕМА НОМЕРА 2 Загадки ночного неба П равительства ряда стран считают, что Международных лет слишком много. НОВОСТИ В наступившем веке уже были Международные года, посвященные горам, питьевой воде, физике и опустыниванию. В настоящее время...»

«Г.С. Хромов АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ОБЩЕСТВА В РОССИИ И СССР Сто пятьдесят лет назад знаменитый русский хирург Н.И. Пирогов, бывший еще и крупным организатором науки своего времени, заметил, что. все переходы, повороты и катастрофы общества всегда отражаются на науке. История добровольных научных обществ и объединений отечественных астрономов, которую мы собираемся кратко изложить, может служить одной из многочисленных иллюстраций справедливости этих провидческих слов. К середине 19-го столетия во...»

«#20 Февраль – Март 2014 Редакция: Калытюк Игорь и Чвартковский Андрей Интервью Интервью с Жаком Валле Жак. Ф. Валле родился во Франции. Защитил степень бакалавра области математики в университете Сорбонне, а также степень магистра в области астрофизики в университете Лилль. Будучи уже как астроном переехал в США в Техасский Университет, где был одним из разработчиков компьютерной карты планеты Марс по заказу NASA. Защитил докторскую диссертацию в области компьютерных наук в СевероЗападном...»

«Философия супа тема номера: Суп — явление неторопливой жизни, поэтому его нужно есть не спеша, за красиво накрытым столом. Блюда, которые Все продумано: Первое впечатление — превращают трапезу в на- cтильные девайсы для самое верное, или почетная стоящий церемониал приготовления супов миссия закуски стр.14 стр. 26 стр. 36 02(114) 16 '10 (81) + февраль может больше Мне нравится Табрис на Уже более Ceть супермаркетов Табрис открыла свою собственную страницу на Facebook. Теперь мы можем общаться с...»

«PC: Для полноэкранного просмотра нажмите Ctrl + L Mac: Режим слайд шоу ISSUE 01 www.sangria.com.ua Клуб по интересам Вино для Снегурочек 22 2 основные вводные 15 Новогодний стол Италия это любовь 4 24 рецепты Шеф Поваров продукты Общее Рецептурная Книга Наши интересы добавьте свои Формат Pdf Гастрономия мы очень ценим: THE BLOOD OF ART Рецепты Дизайн Деревья Реальная Реальность Деньги Снек культура Время Коммуникация Ваше внимание Новые продукты Лаборатории образцов Тренды Свобода Upgrade...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина Радиоастрономический институт НАН Украины Ю. Г. Шкуратов ХОЖДЕНИЕ В НАУКУ Харьков – 2013 2 УДК 52(47+57)(093.3) ББК 22.6г(2)ю14 Ш67 В. С. Бакиров – доктор соц. наук, профессор, ректор Харьковского Рецензент: национального университета имени В. Н. Каразина, академик НАН Украины Утверждено к печати решением Ученого совета Харьковского национального университета имени В. Н....»

«УДК 133.52 ББК86.42 С14 Галина Волжина При рода Черной Луны в свете современной оккультной астрологии М: САНТОС, 2008, 272 с. ISBN 978-5-9900678-3-7 Книга известного российского астролога Галины Николаевны Волжиной При­ рода Черной Луны в свете современной оккультной астрологии написана на базе более чем двенадцатилетнего исследования. Данная работа справедливо может претендовать на звание наиболее полной и разносторонней. Автор попытался не только найти, но и обосновать ответы на самые спорные...»

«1822 плану – соединения веры с ведением. Язык французский в литературе, во всех науках естественных и математических сделался до того классическим, что профессору химии, медицины, физики, математики и астрономии невозможно не читать специальных сочинений на французском языке, тем более что французы весьма редко пишут на латинском языке. У нас французский язык стал общеупотребительным, и странно было бы не знать его, а во многих родах службы это знание необходимо (Сухомлинов. Исследования и...»






 
© 2014 www.kniga.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Книги, пособия, учебники, издания, публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.