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我們有觀測證據,太陽活動影響,了兩極的區域氣候變異。氣候模型還表明,這種極地影響與更大的氣候模式(例如,北和南環空模式)相關,並影響了中緯度地區的狀況。這些細節尚未得到很好的理解,但是第一次將太陽粒子對氣候系統的影響,納入氣候模擬中,以用於即將進行的政府間氣候變化專門委員會評估。
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  • 1 # 流芳科學

    當太陽將太陽粒子射入太空時,這對地球和氣候有何影響?雲受到這些粒子的影響嗎?當我們考慮太陽對地球和我們的氣候的影響時,我們傾向於考慮太陽輻射。我們敏銳地意識到紫外線或紫外線輻射對面板的灼傷危險。

    地磁場保護我們免受太陽風的侵襲,將太陽粒子引導到極地地區 (圖片來源:SOHO(ESA&NASA))

    太陽是一顆活躍的恆星。它還不斷釋放所謂的“太陽風”,由帶電粒子組成,主要是質子和電子,以每小時數百公里的速度飛行。其中一些到達地球的粒子被我們的磁場引導進入極地大氣。因此,我們可以看到南半球的南極光,和北半球的北極光。這種肉眼可見的太陽粒子進入地球大氣層的現象不斷提醒我們,太陽比Sunny更重要。但是粒子也有其他的影響。

    太陽粒子與臭氧

    當太陽粒子進入大氣層時,它們的高能電離子佔大氣99%的中性大氣氮和氧分子。這種“高能粒子降水”之所以得名,是因為它就像來自太空的粒子雨,是30公里海拔以上極地大氣電離的主要來源——它引發了一系列反應,產生了促進臭氧破壞的化學物質。1969年首次觀測到太陽粒子對大氣臭氧層的影響。

    在最近從紐西蘭出發的包機飛行中,從空中可以看到南方的燈,其照片比北方的照片少。 (圖片來源:Stephen Voss / YouTube)

    自21世紀初以來,由於各種新的衛星觀測,我們看到越來越多的證據表明,太陽粒子在影響極地臭氧層方面發揮了重要作用。在特別活躍的時期,當太陽向太空釋放大量的粒子時,在50公里以上的高度,高達60%的臭氧會被耗盡。這種影響可能持續數週。在50公里以下的低層大氣中,太陽粒子是造成極地臭氧水平年復一年變化的重要因素,通常透過間接途徑。在這裡,太陽粒子再次造成臭氧層的損失,但最近的一項發現表明,它們也有助於抑制南極臭氧空洞的一些損耗。

    臭氧對氣候的影響

    大氣中的大部分臭氧都存在於20-25公里高空的一層薄薄的臭氧層中——“臭氧層”但是臭氧在大氣中無處不在,從地球表面到100公里以上的高度。它是一種溫室氣體,在加熱和冷卻大氣方面起著關鍵作用,因此對氣候至關重要。眾所周知,在南半球,極地臭氧層的變化會影響區域氣候條件。它在南極洲上空的耗盡產生了冷卻效應,進而拉近了環繞該大陸的西風急流。

    太陽粒子使大氣中的氮和氧分子電離,這會導致其他化學反應,從而破壞臭氧。 (圖片來源:NASA)

    隨著南極洞的恢復,這條風帶會進一步向北彎曲,影響降雨模式、海面溫度和洋流。南部環形模式描述了環繞南極地區的風帶的這種南北運動。臭氧對未來的氣候預測很重要,不僅在薄臭氧層中,而且在整個大氣中。至關重要的是,我們要了解影響臭氧可變性的因素,無論是人造的還是像太陽一樣的天然的。

    太陽的直接影響

    太陽粒子和臭氧之間的聯絡已經相當確定了,但是太陽粒子對氣候的任何直接影響呢?有觀測證據表明,太陽活動影響兩極的區域氣候變化。氣候模型還表明,這種極性效應與更大的氣候模式(如北部和南部環形模式)有關,並影響中緯度地區的條件。具體細節目前還不十分清楚,但太陽粒子對氣候系統的影響將首次納入即將舉行的政府間氣候變化專門委員會(IPCC)評估所用的氣候模擬中。

    透過太陽輻射和粒子,太陽為我們的氣候系統提供了關鍵的能量輸入。雖然這些確實隨太陽11年的磁活動週期而變化,但它們不能解釋最近由於氣候變化導致的全球氣溫快速上升。大氣中溫室氣體水平的上升正在推高地球表面的溫度。人類活動大大增加了大氣中的溫室氣體。這兩個因素共同解釋了觀測到的全球氣溫上升。

    雲呢?

    大氣中的雲層比大多數太陽粒子穿透的地方要低得多。被稱為銀河宇宙射線的粒子(來自我們星系的中心而不是太陽)可能與雲的形成有關。有人認為,宇宙射線可能影響凝聚核的形成,而凝聚核是雲的“種子”。但最近在歐洲核子研究中心(CERN)的研究表明,這種影響是微不足道的。這並不排除宇宙射線影響雲形成的其他機制,但到目前為止,幾乎沒有支援的證據。

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