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1992年,在美国加利福尼亚州圣地亚哥的狗海滩上,正在进行的日环食美化了天空 资料来源:N J Gargasz / Alamy Stock Photo
全球气温
2017年8月18日16:31

解说员:为什么太阳不是最近气候变化的原因

齐克Hausfather

齐克Hausfather

08.18.17
齐克Hausfather

齐克Hausfather

18.08.2017 | 4:31pm
全球气温 解说员:为什么太阳不是最近气候变化的原因

随着日全食席卷北美,每个人都突然注意到了太阳。对于人为造成的气候变化,最常见的怀疑论之一是,太阳活动的变化,而不仅仅是二氧化碳的变化,发挥了最大的作用。

乍一看,这似乎很有道理:太阳是一个巨大的核聚变反应堆,比地球大一百万倍,几乎所有到达地球的能量都来自太阳。在过去的几十年里,科学家们已经了解到,太阳活动随时间变化很大。必威体育在线注册事实上,到达地球的阳光分布的变化在每日和每年的时间尺度上明显地改变了温度。

然而,自1970年以来,全球气温上升了近0.7摄氏度,而到达地球的太阳能总量实际上却下降了。必威体育在线注册类似地,上层大气变冷,下层大气变暖,这明显是温室气体而不是太阳造成的。

这一证据表明,我们可以排除太阳对近期变暖的主要影响。

向相反的方向移动

自20世纪70年代末以来,卫星一直在直接监测到达地球的太阳能量。必威体育在线注册在此之前,研究人员仔细记录了“太阳黑子”的数量。“太阳黑子”是太阳表面的黑斑,与太阳辐射强度密切相关。

结合古老的太阳黑子测量数据和现代卫星观测数据,科学家们对过去400年来太阳的输出量——即太阳总辐照度(TSI)——进行了估计。根据一些重建数据,关于过去太阳能输出改变了多少,仍存在一些争论更多的变化其他人

下图显示了来自海军研究实验室太阳总辐照度-2 (NRLTSI2)的太阳TSI重建图。模型(红线)这是过去150年来太阳输出变化最大的火山之一表面温度记录由英国气象局哈德利中心和东英吉利大学气候研究单位联合制作(黑线)。

HadCRUT4的年度全球平均地表温度(黑色表示摄氏度),以及NRLTSI2TSI数据,单位是瓦特每平方米。Lowess-smoothed曲线用虚线表示。图表由碳简报使用必威手机官网Highcharts

图中显示的温度和TSI值不打算直接进行比较。Gavin Schmidt博士美国国家航空航天局戈达德太空研究所的主任,告诉碳简报,TSI每平方米大约7瓦的变化才会导致1摄氏度的变暖,这意味着1880必威手机官网年到1980年间观测到的太阳活动的增加只会导致0.1摄氏度的变暖。

还有一些间接的影响也需要考虑进来。太阳紫外线输出的增加会增加臭氧的形成,而臭氧本身是一种温室气体。这最多可能使太阳能对全球变暖的贡献增加一倍,使其达到0.2摄氏度。

施密特说,这表明在上个世纪左右,太阳能对全球气温的影响很小:

“就像其他驱动变化的因素(如森林砍伐、空气污染和温室气体)一样,我们可以计算出从地表到中层(高层大气)整个气候系统的这些时间变化的指纹。”然而,当我们将其与我们长期观察到的情况相比较时,太阳的贡献很小——在过去50年里接近于零,自19世纪后期以来可能高达10%。”

太阳活动略有减少

同样值得注意的是,几乎所有由太阳输出波动引起的轻微变暖都发生在1970年之前。

施密特说,近几十年来,当全球气温急剧上升时,TSI却一直保持平稳,甚至略有下降:

“自1975年以来最暖的时期与太阳活动的轻微减少相吻合。”

卫星时代的太阳输出,当我们对记录有更高的信心时,如下图所示。每个黑点代表日太阳总辐照度,而红线是长期平均值。

从1976年到2016年,以卫星为基础的每日太阳总辐照度(TSI),单位是瓦特/平方米PMOD。红线表示低平滑拟合。图表由碳简报使用必威手机官网Highcharts

太阳活动有一个明显的周期,大约为11年。这对短期气候有一定影响,尽管在较长时间内会趋于平均。例如,2009年5月之后异常低的太阳能输出做出了贡献在1998年到2013年间减缓地球表面的变暖。

大气“指纹”

1970年之后,太阳活动没有增加,这是反对太阳在现代变暖中扮演的角色的一个主要论点。另一个原因是高层大气中被称为平流层的一层的冷却。

如果不断变化的太阳输出量导致全球变暖,那么由于太阳辐射的增加,整个大气层都会变暖。相反,如果气候变暖是由温室气体引起的,那么大气的最底层——对流层——和表面会变暖,而上层大气会变冷,因为温室气体将热量捕获并阻止其离开对流层。

下图显示了1950年以来的实际情况。上面的图表显示了平流层明显的冷却趋势,而下面的图表显示了对流层和地球表面的升温。这是二氧化碳和其他温室气体造成的变暖的“指纹”,尽管最近平流层臭氧的减少也在平流层变冷中发挥了重要作用。

1958年至2012年的全球平流层下部(顶部)和对流层下部(底部)温度。数据来自英国气象局HadAT。二氧化碳冷却信号更清晰,与臭氧驱动的平流层更有区别在平流层的高层冷却。

施密特将这一证据描述为“最大的不匹配”。他告诉碳简报:必威手机官网

“如果地表的变暖与太阳强迫有关,上层大气也会变暖。但它并没有变冷——它一直在变冷,正如二氧化碳增加的影响所预测的那样。”

抓住宇宙射线

由于太阳活动没有明显增加,太阳对现代变暖的影响的支持者转向了其他可能的解释。一个进一步证实了银河系宇宙射线可能在地球气候中发挥作用的观点是近年来的热点。

银河宇宙射线(GCRs)是来自太阳系以外的高能粒子,经常轰击地球。必威体育在线注册当太阳活动高度活跃时,“太阳风”——太阳释放出的粒子流——会减少进入地球大气层的gcr的数量。

一些研究发现,大气中的GCRs可能对云的形成起作用,高水平的GCRs可能导致更多的低空云。这些低空云层可以通过将射入的阳光反射回太空来影响地球的气候。

这已经有些人认为太阳活动的变化可能会通过改变云的形成来影响地球的气候。

然而,GCR假说受到了相同的基本问题作为太阳总辐照度:它的移动方向是错误的。自1960年以来,到达地球的gcr数量有所增加,如下图所示。如果gcr对气候有重大影响,那么在过去的50年里,这将导致变冷,而不是变暖。

每日银河宇宙射线(GCR)计数从中子监测器麦克默多站在南极洲。黄线表示低平滑拟合。图表由碳简报使用必威手机官网Highcharts

其他最近的研究也对GCRs作为地球气候的主要因素的作用提出了质疑,认为它们对云层形成的影响太弱,不能产生太大的影响。

综合来看,这三条证据表明太阳的变化并不是现代气候变化的驱动因素,说迈克·洛克伍德博士他是一名太阳物理学家读大学。他在碳简报上总结道:必威手机官网

“最重要的是,观测到的高度轮廓完全错误:太阳总辐照度的增加会导致大气中所有高度的温度升高,而不仅仅是表面,而数据显示,低层大气(和表面)变暖时,平流层变冷。”唯一的预测机制是温室气体捕获地球表面的热红外辐射。

其次,自1985年以来,太阳活动的长期趋势是微弱的下降,而地表温度则是强劲的上升。这也排除了其他被提出的机制,比如宇宙射线产生高云层。

第三,你不能简单地把观察到的二氧化碳含量排放到大气中,而不引起观察到的温度升高。”

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