7. Солнечная активность и погода

Мы проследили, как основной поток энергии, обусловленный активностью Солнца, преобразуется в верхней атмосфере в инфракрасное излучение и достигает стратосферы и тропосферы. Рассмотрим, основываясь на экспериментальных данных, результаты воздействия этих потоков на параметры тропосферы, определяющие погоду. Здесь следует сразу отметить, что характер солнечно-земных и, в частности, солнечно-тропосферных связей весьма многогранен и влияние солнечной активности на земные процессы (в том числе и на состояние нижней атмосферы) проявляется как на малых временных интервалах (несколько суток), так и при рассмотрении длительных отрезков времени (годы, в том числе 11-летний цикл солнечной активности).

Обратимся вначале к рассмотрению короткопериодических процессов, т. е. к изучению реакции тропосферы на изменение активности Солнца в течение нескольких суток. Анализ этой задачи весьма труден и требует специальных методов. Связано это с тем, что вне зависимости от степени солнечной активности нижняя атмосфера живет своей самостоятельной жизнью, «дышит», изменяется. Поэтому в момент изменения активности Солнца состояние тропосферы может быть различным, а значит, различной может быть и ее реакция на это изменение активности. По этой причине при поверхностном рассмотрении проблемы можно не обнаружить никакого отклика тропосферы на изменение активности Солнца, т. е. прийти к выводу об отсутствии солнечно-тропосферных связей.

Большая заслуга в решении проблемы и доказательстве наличия этих связей принадлежит Э. Р. Мустелю и его сотрудникам. Они использовали статистический подход, применив для анализа, как уже говорилось, метод «наложения эпох», и пришли к выводу, что для успешного выявления отклика тропосферы на изменение солнечной активности необходимо выделить эффект в чистом виде, по возможности не смешивая разные явления, обусловленные различными причинами. В частности, надо использовать привязку к моментам геомагнитных возмущений, а не непосредственные солнечные данные, рассматривать сезоны года по отдельности, проводить анализ для всего земного шара. Для этого в качестве реперного момента t_m выбирался день, когда геомагнитное возмущение становится достаточно интенсивным. Он соответствует моменту достижения максимума индексом А_р (рис. 6). Чтобы не было наложений эффектов, отбирались независимые возмущения на спокойном фоне. И в соответствии с методом «наложения эпох» по результатам их воздействия проводилось усреднение.

Взяв в качестве начальной точки момент t_m, можно проследить, как с течением времени изменяются метеорологические атмосферные параметры в различных районах земного шара и в различное время года. Наиболее легко регистрируемым и одним из самых важных параметров, характеризующих погодные условия, является атмосферное давление на поверхности Земли. Экстремальное значение давления достигается спустя 2÷4 дня после момента t_m. В среднем время отклика тропосферы на геомагнитное возмущение оказалось равным 3 дням. Поэтому в качестве меры отклика тропосферы была использована величина:

Δр = р(t_m  + 3 дня) – р(t_m).

На рис. 7 приведены разграниченные «демаркационными» линиями области различных знаков среднего изменения давления Δр на поверхности Земли в Северном полушарии для 14 моментов t_m, взятых для зимних сезонов 1950—1970 гг. При этом следует отметить, что абсолютное значение Δр_ср в различных точках Земли разное. Области экстремальных Δр_ср расположены в районе Гренландии, Новой Земли, Аляски (Δр_ср>0), а также в районе Исландии и Баренцева моря (Δр_ср <0).

Помимо определения изменений  давления   на   поверхности Земли, было установлено влияние геомагнитного возмущения и на другие важные метеорологические параметры: давление на различных высотах, на зональную и меридиональную циркуляцию атмосферы (т. е. на систему ветров «запад—восток», «север—юг»), на общую кинетическую энергию атмосферы.

При нахождении долгопериодных (порядка несколько лет) солнечно-тропосферных связей наиболее распространенным является метод сопоставления вариаций какого-либо атмосферного параметра с параметром, характеризующим солнечную активность (обычно с числами Вольфа), и определения статистической зависимости (корреляции) между этими параметрами.

Ряд исследователей отмечал, что от фазы солнечной активности 11-летнего цикла зависит общепланетарная атмосферная циркуляция. Это приводит, в частности, к изменению климатических характеристик (температуры воздуха у поверхности Земли, увлажненности того или иного района).