Mráz a slnečná aktivita: vesmírne nití zemskeho počasia

Úvod: hľadanie vzťahu v klimatickom chaosi

Otázka o vplyve slnečnej aktivity na počasie, konkrétne na ťažkosť mrazov, je jedným z najzaujímavejších a diskusných v súčasnej klimatológii a heliofyzike. Na každodennom úrovni sa často slyší tvrdenia o vzťahu medzi "slnkovými búromi" a anómálnymi ochladnutiami. Avšak vedecká obrazina je oveľa komplikovanejšia: priamý a jednoznačný vplyv slnečných erupcií alebo počtu Wolfa na teplotu nasledovného dňa je mýtus. Hovorí sa o slabých, ale štatisticky významných korelacích v dlhodobých cykloch a cez složité šachty atmosférických procesov. Hľadanie týchto vzťahov je detektívna hra s množstvom mediacov: magnetosféra, stratosféra, oceánske prúdy.

Slnečná aktivita: hlavné indikátory

Klúčovými indikátormi aktivity Slnka sú:

Počet Wolfa (W) — index, ktorý zohľadňuje počet slnečných spečiek a ich skupín. Odráža 11-ročný cyklus slnečnej aktivity.

Slnkový vítr — prúd nabojených častíc (predovšetkým protonov a elektronov), jeho rýchlosť a hustota sa menia.

Ultrafialové (UV) a rentgenové žiarenie — výrazne narastá počas erupcií.

Galaktické kosmické žiarenie (GKŽ) — vysokoenergetické častice z vonkajších Slnčnej sústavy. Ich prúd je antikorelát s slnečnou aktivitou: v rokoch maximu Slnka jeho magnetické pole a slnečný vítr lepšie ekranujú Zem od GKŽ.

Hypotetické mechanizmy vplyvu na počasie a klimat

Priamy ohrev atmosféry od erupcií (energia je zanedbateľná v porovnaní s celkovým prúdom slnečného žiarenia) nie je. Vedeckí pracovníci zvažujú niekoľko medzipriamých kanálov:

Vplyv cez zmenu celkového ultrafialového (UV) prúdu: V období vysokej slnečnej aktivity môže UV žiarenie vzrastať o 6-8%. To viede k dodatočnemu ohrevu a zmeně cirкуляcie v stratosfére (vrstva na výške 10-50 km). Stratosférické vetry, na druhú stranu, môžu "projekovať" dolu, ovplyvňujúc troposférické vlny (napr. arktické oscilácie – AO) a rozloženie atmosférického tlaku. Presun AO do záporného stavu podporuje východ chladného arktického vzduchu do stredných šírok, čo môže viesť k ťažným mrazom v Európe, Severnej Amerike a Ázii.

Hypotéza o vzťahu cez galaktické kosmické žiarenie (GKŽ) a oblačnosť (Teória Svendsmarka): To je najspornejšia, ale aktívne štúdovaná mechanizmus. Dánsky vedec Henrich Svendsmark predpokladal, že GKŽ, dosahujúc dolné vrstvy atmosféry, môžu byť centrami kondenzácie, podporujúc vznik nízkej oblačnosti. Viac GKŽ (v minim Slnka) -> viac nízkej oblačnosti -> väčšie albedo (odraz slnečného svetla) -> ochladnutie na povrchu. Avšak v vedeckej spoločenosti nie je dosiahoňaný konsenzus ohľadom významnosti tohto efektu pre klimat, a mnohé štúdie nie sú schopné nájsť presvedčivé dôkazy silnej štieň.

Vplyv na intenzitu planétarných vĺn a blokujúce anticyklóny: Niektoré práce (napr. ruského heliофyzika J.I. Vitinskeho) ukazujú na štatistickú štieň medzi slnečnými cykly a zosilnením meridiánových procesov v atmosfére. To môže viesť k tvorbe udržiavajúcich sa blokujúcich anticyklónov v zime, ktoré "zamknú" chladný vzduch nad kontinentmi, vyvolávajúc dlhotrvajúce mrazy (napr. anómálne chladná zima 1978-79 v Severnej Amerike).

Čo hovorí štatistika a paleoklimatológia?

Analýza inštrumentálnych dát za posledných 100-150 rokov neodhalila jednoduchú a silnú koreláciu. Zimy v rokoch slnečných maximov a minimov môžu byť ako anómálne teplé, tak aj chladné.

Kozmé dôkazy: Existujú štúdie, ktoré ukazujú, že v minimach slnečnej aktivity (napr. v období hlubokého minimu Daltona na začiatku 19. storočia, ktorý sa zhoduje s "malým ľadovcom") sa neznížuje pravdepodobnosť extrémnych zimných ochladení v Eurázií. Avšak to je len malé zvýšenie pravdepodobnosti, a nie záruka.

Veľký minimum Maundera (1645-1715): Obdobie neobvykle nízkej slnečnej aktivity (skoro úplné absence spečiek) sa zhoduje s najchladnejšou fazou malého ľadovca v Európe. To je najdôkaznejší historický argument v prospech dlhodobného klimatického vplyvu. Avšak moderné odhady ukazujú, že priamy pokles slnečnej radiácie bol malý (približne 0.1%), a pravdepodobne hráli rolu aj iné faktory (vulkanická aktivita, vnútorná zmienivosť klimatu).

Prečo nie je možné predpovedať mráz podľa slnečnej erupcie?

Inerencia klimatickej sústavy: Hlavným "dirižantom" sezónného počasia v stredných šírkach je tepelná inerencia oceánov a stav snehovo-ľadového pokryvu. Ich vplyv je silnejší než slabé signály od Slnka.

Šum atmosférickej cirкуляcie: Atmosféra je chaotická sústava, v ktorej je efekt "mačkacieho motýla" ohromný. Vyčlenenie slabého signálu slnečného vplyvu na pozadí silných vnútorných kolíbaní (El Niño, Severoatlantické kolobehanie) je veľmi ťažké.

Časový oneskorený a nelokálny: Iba ak existuje vzťah, prejavuje sa neokamene, ale s oneskoreniami od týždňov do mesiacov a nie lokálne, ale v zmenách globálnych vzorov cirкуляcie.

interesting facts and examples

Rekordné mrazy pri vysokej aktivite: Jeden z najsilnejších zimných mrazov v Východnej Európe v 20. storočí sa stal v januári 1940 (pod Moskvou nižšie ako -40°C), keď Slnko bolo na vzostupe k maximu 17. cyklu. To je jasný príklad absentujúcej priamej vzťahu.

"Effekt hrbta" nad Ruskom: Ruskí vedci (G.V. Kuznetsov a iní) poznamenali, že v minimoch slnečnej aktivity v zime častejšie sa tvorí udržiavajúci sa anticyklón nad Sibírou, čo môže veľmi prispievať k viac chladnejšiemu a menej snežnému počasí v stredných regiónoch Ruska, ale k viac teplejšiemu - v Európe.

Experiment CLOUD v CERN: Medzinárodná skupina fyzikov v Veľkom hadronovom kolajdri vykonáva experimenty na modelovanie vplyvu kosmických žiarení na tvorbu aerosolov v atmosfére. Predbežné údaje potvrdzujú, že GKŽ môžu zosilňovať tvorbu častíc, ale ich prispôsobenie v celkovom počte oblačných jadier kondenzácie, podľa posledných odhadov, neprehŕňa 10-20%.

Slnečné cykly a riečne prúdy: Viac jasná spojenie je sledovateľné nie s teplotou, ale s hydrologickým cyklom. Existujú štatisticky významné korelácie medzi 22-ročným cyklom Hayla (zdvojený 11-ročný) a úrovňou ošívania/odtoku veľkých riek (Volga, Nil), čo môže priamym spôsobom ovplyvňovať klimat regiónu.

Závěr

Vplyv slnečnej aktivity na ťažkosť mrazov nie je jednoduchý termostat, ktorý sa môže zapnúť alebo vypnúť. Je to slabý modulátor složitej klimatickej sústavy, jeho vplyv môže sa prejavovať iba ako malé posun pravdepodobnosti tých alebo iných scénárov atmosférickej cirкуляcie v dlhodobných cykloch.

Priamy príkaz Slnka: "Zajtra bude -30°C" je nemožný. Avšak v dlhodobnej perspektíve (desaťročia, storočia) hluboké a dlhotrvajúce minimum slnečnej aktivity, pravdepodobne podporujú zosilnenie meridiánových procesov a zvýšenie rizika ťažkých zimných útokov arktického vzduchu v určitých regiónoch, ale iba v kombinácii s inými faktormi. Pokusy použiť slnečné údaje na krátkodobný predpoveď počasia sú bezperspektívne. Hlavnými spôsobovačmi zimy ostávajú stavy Arktidy, oceánske kolobehania a náhodné, ale silné vnútorné fluktuácie atmosféry. Takže spojenie "mraz - slnečná aktivita" existuje, ale je tak tenké a medzipriamé, že jeho stopy treba hľadať v složitých štatistických modeloch a paleoklimatických archívoch, a nie v kalendári slnečných erupcií.
© elibrary.cz

Permanent link to this publication: