科学网—【科学时报】专家探讨欧洲暴雪成因
时间:2017-12-07

  科学网 - 【科学时报】专家探讨欧洲暴风雪的成因

  最近,2010年AGU秋季会议在旧金山举行,成为地球物理领域最大的会议,吸引了来自世界各地的16,000多位科学家。

  会议结束后,由于暴雪,一些英国科学家被困在伦敦的希思罗机场。由于北欧地区暴风雪天气寒冷,交通严重受阻。几个机场取消了数百个航班。航空业的沮丧,民众的怨声载道,浮在雪面上的一切都没有地方聚焦。

  当科学家们谈论地理空间物理学领域的当前问题时,随之而来的暴风雪正在欧洲肆虐。飘飘飘雪的雪花带到了欧洲,而不是更多的欢乐,但担心。

  英国雷丁大学日本空间地球物理学家Mike Lockwood领导的团队研究最近发现,低太阳活动时期与高层大气冲击的变化密切相关,使得北欧的冬季异常寒冷。

  根据自然,该研究的论文发表在环境研究快报。本文分析了英格兰中部近350年的温度记录,并与太阳黑子的天文观测结果进行了比较。 Mike Lockwood的研究小组发现,考虑到全球气候变化,欧洲的冬季气温比太阳活动低年的平均水平低0.5°C。

  在2010年美国秋季地球物理年会上,北京大学地球与空间科学学院教授宗长刚教授和长江学者担任磁层空间环境响应小组委员会主席,太阳风瞬变。在接受“科学时报”记者Mike Lockwood小组的专访时,他评论说:“这项研究非常先进,太空界在这一点上更加令人信服,特别是在欧洲航天界。

  宗秋刚认为,航天界普遍认为,太阳活动对温度变化确实有影响,但我不清楚它是如何受到影响的。 Mike Lockwood找到了两者之间的联系,但究竟是如何接触,目前的科学界还没有一个准确的答案。

  太阳活动太少会使冬季气温下降

  据17世纪下半叶的历史记载,欧洲的冬季气温与太阳活动可能有联系。在大约50年的时间里,欧洲经历了几个寒冷的冬季,此时太阳黑子数量减少(尽管仍然保持着11年的太阳黑子的高低周期),太阳活动降到了100年以来的最低值。正是凭借这一灵感,Mike Lockwood和他的同事们开始研究太阳活动与冬季气温之间是否存在很强的相关性。

  Mike Lockwood团队使用英格兰中部的温度记录数据。它提供了英格兰中部几个监测站每月的温度数据,可追溯到1659年,这是世界上记录时间最长的仪器。然而,整个北半球的温度数据始于1850年,为了将分析范围扩大到1659年,他们使用了许多替代方法,如树轮生长,石笋中的同位素浓度,沉积物厚度,湖泊记录的高度和等等。与此同时,迈克·洛克伍德(Mike Lockwood)的研究小组排除了过去一个世纪以来人们广泛接受的二氧化碳排放量的增加,造成了北半球变暖的可能性。

  尽管当时全球气温是第五高,但2009年的冬季是350年来的第18低。迈克·洛克伍德在接受“自然”采访时说。

  为了确定同一时期的太阳活动规律,Mike Lockwood的小组计算了太阳风携带的磁通量的总变化,根据Mike Lockwood的说法,这个变化可以通过计算地球的磁场,结果可以追溯到1868年。与此同时,他们使用一个模型,将太阳的磁通水平与太阳黑子的数量联系起来,将数据扩展到1659年,而太阳黑子观测范围从1600年起。

  太阳黑子数据之所以没有直接使用,是因为它在几年之间变化不大,不能提供有意义的长期趋势。迈克·洛克伍德说。

  通过比较英国温度和太阳活动的变化,研究人员发现了一个强烈的相关性:在低太阳活动期间,冬季平均温度平均为0.5摄氏度。

  进一步的数据分析使得团队得出结论,这种相关性的统计概率大于95%。迈克·洛克伍德说。

  为了回答为什么只选择英国数据作为样本,Mike Lockwood表示,英国的气温是整个欧洲气温的代表,而选择英国作为样本是科学的。

  欧洲正受到急流的冲击

  事实上,太阳活动的变化是什么原因改变了冬季的温度,为什么这个效应只限于欧洲,而不是在地球上作用,科学界还没有得出确切的结论。

  作为回应,迈克·洛克伍德(Mike Lockwood)认为,被称为喷流的空气流实际上是从西向东穿越大西洋的。急流可以把自己牢牢锁住,并被海洋阻挡,阻止海风迎来欧洲的暖风,从而使冷空气取代其位置。正如最近的其他研究所指出的那样,太阳磁场活动的变化会改变作用在平流层温度和风向图上的太阳紫外线辐射量,从而影响对流层大气层。

  这种模式与地球平流层(距离地表20〜50公里)的紫外线有关。来自太阳的紫外线被平流层中的臭氧吸收,在加热平流层的同时保护地球表面。迈克·洛克伍德(Mike Lockwood)说,这个效应在最亮的热带地区最为明显,其温度梯度创造了一个全球上层大气,其中包括北半球和南半球的急流。

  相对简单的模型表明,赤道平流层加热可以轻微推动急流。同样,迈克·洛克伍德解释说,同样,平流层的冷却也可以像在太阳低年时那样漂移到赤道。

  这种影响似乎导致了北方的急流阻挡了从大西洋到欧洲的海洋暖空气,从而对欧洲的气候造成了复杂的影响。相应地,它开辟了从俄罗斯到北极的偏北风向。迈克·洛克伍德说。

  然而,迈克·洛克伍德警告说,低水平的太阳活动不一定会使冬季寒冷。他指出,英国最低温度纪录是1684年,但是第二年是第三年,尽管年内太阳活动仍然很低。

  尽管1947年是一个寒冷的冬季,太阳活动相当强劲,但是结果表明,太阳低的时候有更多的冬天,太阳的时候冬天更暖和。迈克·洛克伍德说。

  根据Mike Lockwood的说法,欧洲的冬季将比未来几年的近几十年更冷。

  我们计算了过去树轮的太阳活动强度和冰芯中的宇宙射线同位素,结果发现,在未来的50年中,我们有8%的人可能会经历另一个低太阳活动时期,而中部的温度英格兰降低了半摄氏度。迈克·洛克伍德强调。

  事实上,宗秋刚告诉记者,类似的研究越来越受到中国科学家的关注,但科学仪器和数据的积累还有一个很大的瓶颈。

  目前,我们的理论分析水平处于世界前列。但是仪器的生产和系统集成还比较落后,这在一定程度上阻碍了相关研究的发展。案例秋天刚刚说。

  这项研究只涉及欧洲现象

  尽管世界正在变暖,但欧洲很可能在未来的许多年中经历寒冷的冬季。

  美国华盛顿美国海军研究实验室的空间地质学家朱迪斯·莱恩(Judith Lean)在接受洛克伍德采访时对自然界说,这部分浮标可能是由于本文没有考虑到的一些因素造成的。例如,她指出,这篇文章没有考虑到火山爆发的影响,尽管它们可能会影响欧洲的天气。

  尽管如此,Judith Lean直言,Mike Lockwood小组的研究仍然是一个很好的研究,指出全球气候的复杂动态如何被太阳活动逆转。

  即使最近太阳黑子延长到另一个蒙特时期,其影响仍然是区域性的,并不能抵消全球变暖的影响。迈克·洛克伍德强调,这是一个只为欧洲的现象。

  不过,迈克·洛克伍德坚信,欧洲仍然可能遇到更寒冷的冬天。太阳活动在过去几十年中变得非常活跃,现在正在减弱到更低的活动水平。

  但迈克·洛克伍德认为,确定长期变化的最好方法不是简单地计算太阳黑子的数量。相反,他认为这是研究驱动耀斑和太阳黑子并增加紫外线强度的太阳磁场的更好方法。

  在每个太阳黑子年轻的时候,太阳表面几乎没有太阳黑子,给人的印象是太阳每11年反复回到同样低的活动。迈克·洛克伍德说:“太阳的磁场表明,它实际上并不是太阳在不同年份发射的明显变化。

  然而Judith Lean不同意:我不认为现在太阳辐射低于以前的太阳黑子。太阳已经开始了一个新的活动周期。但是,所有正在进行的研究是有帮助

  迈克·洛克伍德反复强调了这项研究的各种观点,即这项研究不能告诉我们任何关于全球气温变化的结果。

  过去,研究有一个倾向,就是将地方效应看成是否与全球变暖一致。迈克·洛克伍德指出,我们的工作表明,当地和季节变化显示太阳的影响,而不是全球平均的趋势。

  对此,宗秋刚认为,英国科学家之所以能够走到这样一个前沿的结论是,他们有350多年的持续有效的观察,有足够的数据。然而,要把这个研究带到世界上需要来自世界各地的数据支持,但显然从非洲获得数据是非常困难的。

  科学时报(2010-12-31 A1亮点)