导语:宇宙地球物理因子是什么?在我们所生活的这个宇宙中,无数的物理因子影响着地球的运行和生命的存在,从宏观的宇宙尺度到微观的地球层面,这些因子以各种形式存在,塑造着我们所知的世界,接下来就一起去看看宇宙地球物理因子对气候产生影响吧!
宇宙地球物理因子是什么
宇宙因子指的是月球和太阳的引潮力,地球物理因子指的是地球重力空间变化,地球转动瞬时极的运动和地球自转速度的变化等。这些宇宙-地球物理因子的时间或空间变化,引起地球上变形力的产生,从而导致地球上海洋和大气的变形,并进而影响气候发生变化。近年来这方面的研究工作正在大力开展,在我国已有专著发表。
月球和太阳对地球都具有一定的引潮力,月球的质量虽比太阳小得多,但因离地球近,它的引潮力等于太阳引潮力的2.17倍。月球引潮力是重力的千分之0.56到千分之1.12.其多年变化在海洋中产生多年月球潮汐大尺度的波动,这种波动在极地最显著,可使海平面高度改变40—50mm,因而使海洋环流系统发生变化,进而影响海-气间的热交换,引起气候变化。
地球表面重力的分布是不均匀的。由于重力分布的不均匀引起海平面高度的不均匀,并且使大气发生变形。在40°—70°N地区平均海平面高度距平计算值(△H)与气压平均距平观测值(△P)呈明显的反相关,其相关系数为γP,H=-0.82±0.4.北半球大气的四大活动中心的产生及其宽度、外形和深度,都带有变形的性质。有人认为海平面变形力距平,可以看作大气等压面变形的指数。
天文观测证明,地轴是在不断地移动的,地球自转速度也在变动着,这些都会引起离心力的改变,相应地也会引起海洋和大气的变化,从而导致气候变化。据研究厄尔尼诺事件的发生与地球自转速度变化有密切联系。从地球自转的年际变化来看,1956年以来发生的8次厄尔尼诺事件,均发生在地球自转速度减慢时段,尤其是自转连续减慢两年之时。再从地球自转的月变化来看,1957、1963、1965、1969、1972和1976年6次厄尔尼诺事件,无论是海温开始增暖和最暖的时间,都发生在地球自转开始减慢和最慢之后或处在同时,表明地球自转减慢有可能是形成厄尔尼诺的原因。其物理原因在于,上述6次厄尔尼诺增温都首先开始于赤道太平洋东部的冷水区,海水和大气都是附在地球表面跟随地球自转快速向东旋转,在赤道转速为最大,达每秒465m。
当地球自转突然减慢时,必然出现“刹车效应”,使大气和海水获得一个向东的惯性力,从而使自东向西流动的赤道洋流和赤道信风减弱,导致赤道太平洋东部的冷水上翻减弱而发生海水增暖的厄尔尼诺现象。1982—1983和1986—1987年两次厄尔尼诺事件,海水增暖首先开始于赤道中太平洋,这两次地球自转开始减慢时间虽落后于海温增暖,但对其后的赤道东太平洋冷水区的增温以及厄尔尼诺增温抵达盛期,仍有重要贡献。
宇宙地球物理因子对气候产生影响
随着科学技术的发展,先进的太阳观测理念和新的观测设备不断涌现出来。在更大的空间范围和更宽的频谱上对太阳实施观测,可以获得更加丰富的测量数据,而且数据的分辨率和精度都得到了明显改善,为深入开展太阳活动等天文要素影响气候变化的机制研究提供了新的机遇。近年来,太阳活动等天文要素影响地球气候的途径和驱动机制研究已成为当前国际科学的前沿课题。美国于2003 年将太阳与气候研究列为其六大科学研究计划之一,国际日地物理科学委员会(Scientif ic Committee on Solar-Terrestrial Physics,SCOSTEP) 于2003 ~ 2007 年实施了“日地系统的气候与天气”(Climate and Weather of the Sun-Earth System,CAWSES) 计划, 欧洲核子研究中心(European Organization for Nuclear Research)的粒子物理实验室也于2006 年启动了宇宙户外水滴(Cosmics Leaving Outdoor Droplets,CLOUD)计划,研究宇宙线对地球云层和气候的可能影响。该计划吸引了大气物理学、太阳物理学、宇宙线和粒子物理等交叉学科的学者共同探究日地物理、气溶胶、云和气候变化中的关键问题。
虽然近年的气候研究已发现越来越多的太阳活动和气候相关的证据,但人们目前对太阳活动影响气候变化的认识,仍然存在很大的不确定性和争议,并且还缺乏确凿的定量化结论来描述太阳活动对现代气候变化影响的过程和物理机制。目前,相关研究主要集中在三个方面:
一是利用现代观测资料进一步研究揭示太阳活动等天文要素对气候影响的事实,尤其是分离和提取其多时间尺度特征对气候变化的影响,评估在百年尺度上对现代气候变化的影响;
二是通过物理实验和数值模式模拟等技术手段研究太阳总辐射、紫外辐射和宇宙射线等因子影响气候变化的途径和机制,以期揭示太阳活动等天文要素影响气候的机理;
三是研究气候系统对太阳活动等天文要素的响应过程,是否存在非线性的放大作用,从而使微小的太阳活动要素变化产生显著的气候变化效应。
目前,这三个方面的问题在理论上尚未得到证实,其中一些关键环节还仅仅是科学推断,有待开展更大量深入的分析研究工作。