Объяснитель: почему солнце не несет ответственности за недавнее изменение климата

Полное солнечное затмение охватило Северную Америку, и все вдруг обратили внимание на солнце. Один из наиболее распространенных скептических аргументов против изменения климата, вызванного деятельностью человека, заключается в том, что наибольшую роль играют изменения солнечной активности, а не только CO2.

На первый взгляд кажется, что это интуитивно понятно: Солнце представляет собой массивный термоядерный реактор, в миллион раз больше Земли, оно отвечает за почти всю энергию, достигающую нашей планеты, и в последние несколько десятилетий ученые узнали, что солнечная активность значительно варьируется во времени. Действительно, изменения в распределении солнечного света, достигающего Земли, явно резко изменяют температуру в дневном и годовом масштабе времени.

Однако с 1970 года глобальные температуры подскочили почти на 0,7°С, а количество солнечной энергии, достигающей Земли, фактически сократилось. Точно так же верхние слои атмосферы охлаждаются, а нижние слои атмосферы нагреваются, что является явным признаком потепления от парниковых газов, а не от солнца.

Эти данные свидетельствуют о том, что мы можем исключить серьезное влияние Солнца на недавнее потепление.

Движение в противоположных направлениях

Спутники непосредственно отслеживают количество солнечной энергии, достигающей Земли с конца 1970-х годов. До этого исследователи вели тщательный учет количества «солнечных пятен», темных пятен на поверхности Солнца, которые тесно связаны с выходом солнечной энергии.

Сочетая более ранние измерения солнечных пятен с современными спутниковыми наблюдениями, ученые составили оценки солнечного излучения за последние 400 лет, называемого полным солнечным излучением, или TSI. До сих пор ведутся споры о том, насколько сильно изменилась мощность солнечной энергии в прошлом, причем некоторые реконструкции предполагают больше вариаций, чем другие.

На приведенном ниже графике показана реконструкция солнечной TSI из модели Total Solar Irradiance-2 (NRLTSI2) Военно-морской исследовательской лаборатории (NRLTSI2) (красная линия) — одной из моделей с более значительными изменениями солнечного излучения за последние 150 лет — наряду с записью температуры поверхности, совместно созданной Центр Хэдли Метеорологического бюро Великобритании и Группа климатических исследований Университета Восточной Англии (черная линия).

Годовая глобальная средняя температура поверхности от HadCRUT4, выделенная черным цветом, в градусах Цельсия, а также данные TSI NRLTSI2 в ваттах на квадратный метр. Сглаженные Лоуссом кривые показаны штриховыми линиями. Диаграмма Carbon Brief с использованием Highcharts.

Значения температуры и TSI, показанные на этом графике, не предназначены для прямого сравнения.Доктор Гэвин Шмидт, директор Института космических исследований имени Годдарда НАСА, сообщает Carbon Brief, что для потепления на 1°C потребуется изменение TSI примерно на семь ватт на квадратный метр, а это означает, что наблюдаемый рост солнечной активности между 1880 и 1980 годами приведет к при потеплении всего на 0,1С.

Также необходимо учитывать косвенные эффекты. Увеличение выхода солнечного УФ-излучения увеличивает образование озона, который сам по себе является парниковым газом. Это может максимум удвоить вклад солнечной энергии в потепление, доведя его до 0,2°C.

Это показывает, что солнечная энергия лишь незначительно влияла на глобальные температуры за последнее столетие или около того, говорит Шмидт:

«Так же, как и для других движущих сил изменений (таких как вырубка лесов, загрязнение воздуха и парниковые газы), мы можем рассчитать отпечатки пальцев для этих изменений во времени во всей климатической системе от поверхности до мезосферы [в верхних слоях атмосферы]. Однако, если сопоставить это с тем, что мы наблюдали с течением времени, вклад солнечной энергии невелик — близок к нулю за последние 50 лет и, возможно, достигает 10% с конца 19 века».

Небольшое снижение солнечной активности

Также стоит отметить, что почти весь незначительный вклад в потепление от колебаний солнечной активности произошел до 1970 года.

По словам Шмидта, в последние десятилетия, когда глобальные температуры росли наиболее резко, TSI оставался неизменным или даже немного снижался:

«Период наибольшего потепления — примерно с 1975 года — совпал с небольшим снижением солнечной активности».

Выход солнечной энергии в эпоху спутников, когда мы гораздо более уверены в записях, показан на рисунке ниже. Каждая черная точка представляет собой дневную общую солнечную радиацию, а красная линия — долгосрочное среднее значение.

Спутниковое ежедневное общее солнечное излучение (TSI) в ваттах на квадратный метр с 1976 по 2016 год через PMOD. Красная линия представляет собой сглаженную по минимуму аппроксимацию. Диаграмма Carbon Brief с использованием Highcharts.

Существует четкий цикл солнечной активности около 11 лет.Это имеет некоторое влияние на краткосрочный климат, хотя имеет тенденцию к усреднению за более длительные периоды времени. Например, необычно низкий уровень солнечной активности после 2009 года мог способствовать замедлению нагревания поверхности Земли в период с 1998 по 2013 год.

Атмосферный «отпечаток пальца»

Отсутствие увеличения солнечной активности после 1970 года является одним из основных аргументов против роли Солнца в современном потеплении. Другой — охлаждение в слое верхних слоев атмосферы, известном как стратосфера.

Если бы изменение солнечного излучения приводило к потеплению, вся атмосфера нагревалась бы из-за добавления поступающего солнечного излучения. Напротив, если бы потепление было вызвано парниковыми газами, нижний слой атмосферы — тропосфера — и поверхность нагревались бы, а верхние слои атмосферы охлаждались бы, поскольку парниковые газы улавливали тепло и не позволяли ему выйти из тропосферы.

На рисунке ниже показано, что на самом деле произошло с 1950 года. Верхний график показывает четкую тенденцию к похолоданию в стратосфере, а нижний график показывает потепление тропосферы и поверхности Земли. Это «отпечаток» потепления из-за CO2 и других парниковых газов, хотя недавнее снижение уровня озона в стратосфере также играет большую роль в охлаждении стратосферы.

Глобальные температуры нижней стратосферы (вверху) и тропосферы (внизу) в период с 1958 по 2012 год. Рисунок из Метеорологического бюро Великобритании HadAT. Сигнал охлаждения CO2 более четкий и более отличимый от стратосферного охлаждения, вызванного озоном, на более высоких уровнях стратосферы.

Шмидт описывает это свидетельство как «самое большое несоответствие». Он рассказывает Carbon Brief:

«Если бы потепление на поверхности было связано с солнечным воздействием, верхние слои атмосферы также нагревались бы. Но этого не произошло — он охлаждался, как и предсказывалось по эффектам увеличения CO2».

Цепляясь за космические лучи

При отсутствии заметного увеличения солнечной активности сторонники влияния Солнца на современное потепление обратились к другим возможным объяснениям.В последние годы набирает обороты идея о том, что галактические космические лучи могут играть роль в климате Земли.

Галактические космические лучи (ГКЛ) — это частицы высокой энергии из-за пределов нашей Солнечной системы, которые регулярно бомбардируют Землю. Когда солнечная активность высока, «солнечный ветер» — поток частиц, испускаемых Солнцем, действует на уменьшение количества ГКЛ, попадающих в атмосферу Земли.

Некоторые исследования показали, что GCR в атмосфере могут играть роль в формировании облаков, при этом более высокие уровни GCR потенциально могут привести к большему количеству облаков на малых высотах. Эти облака на небольшой высоте могут влиять на климат Земли, отражая поступающий солнечный свет обратно в космос.

Это заставило некоторых предположить, что изменения солнечной активности могут влиять на климат Земли, изменяя образование облаков.

Однако гипотеза GCR страдает от той же фундаментальной проблемы, что и полная солнечная радиация: она движется в неправильном направлении. С 1960 года количество GCR, достигающих Земли, увеличилось, как показано на рисунке ниже. Если бы GCR оказывали серьезное влияние на климат, это привело бы к похолоданию, а не к потеплению за последние 50 лет.

Ежедневный подсчет галактических космических лучей (GCR) от нейтронного монитора на станции Мак-Мердо в Антарктиде. Желтая линия представляет собой сглаженную по минимуму аппроксимацию. Диаграмма Carbon Brief с использованием Highcharts.

Другие недавние исследования также поставили под сомнение роль GCR как основного фактора климата Земли, предполагая, что их влияние на формирование облаков слишком слабо, чтобы иметь большое значение.

Взятые вместе, эти три линии доказательств показывают, что солнечные вариации не вызывают современные изменения климата, говорит доктор Майк Локвуд, физик-солнечник из Университета Рединга. Как он заключает для Carbon Brief:

«Самое главное, что наблюдаемый профиль высот неверен: увеличение общего солнечного излучения приведет к повышению температуры на всех высотах в атмосфере, а не только на поверхности, тогда как данные показывают, что, хотя нижние слои атмосферы (и поверхность) нагреваются, стратосфера остыла. Единственный механизм, который предсказывает это, — улавливание парниковыми газами теплового инфракрасного излучения с поверхности Земли.

Во-вторых, долгосрочная тенденция солнечной активности с 1985 г. была слабо нисходящей, тогда как приземная температура сильно возрастала. Это также исключает другие предложенные механизмы, такие как сильное образование облаков космическими лучами.

И в-третьих, вы просто не можете поместить наблюдаемые уровни CO2 в атмосферу, не вызывая потепления примерно на наблюдаемую величину».