天气室科研人员提出一种太阳风能流调制热带气旋活动的新机制

  工业革命以来,地球气候正经历非常剧烈的全球性变化。全球气候变化的影响因子越来越受到科学团体、普通民众、以及政策决策者的重视。目前的主流观点认为:人为因素是导致了近百年的气候变化的“罪魁祸首”。比如说:IPCC估算人为因素产生的辐射强迫为1.6 W/m2,是自然因素的10倍多。然而,自然因素的影响果真不大么?对此,学术界的质疑也从未间断。大量的研究证实太阳活动能显著影响地球上的天气和气候,其时间尺度可以是几个小时、几天、几十年、一个世纪,乃至更长。

  太阳辐射是地球系统的主要能量来源,通常包括两种主要的类型:太阳光子和太阳风。一般来说,太阳风能流比太阳光子辐射低4-5个量级,因此绝大多数的研究都将关注点放在了太阳光子辐射上。实际上,太阳光子辐射在一个太阳活动周内的变化幅度仅为0.1%,而太阳风能流的变化幅度则大得多,甚至超过100%。这样,二者的绝对变化在一定程度上是可比的。

  热带气旋是发生在热带、亚热带地区海面上的气旋性环流,是地球物理环境中最具破坏性的天气系统之一。强烈的热带气旋,不但形成狂风、巨浪,而且往往伴随发生暴雨、风暴潮,造成严重的灾害。与此同时,热带气旋亦是维持全球热量和动量平衡分布的一个重要机制,因而受到大气和海洋学家们的高度重视。

  空间天气室王赤研究员的团队与南京信息工程大学王会军院士的团队以热带气旋活动为切入点,开展深入的学科交叉研究,着重考察太阳风能流与全球变化的影响。他们详细分析了1963-2012年期间的6238个全球热带气旋活动,发现:1)与近百年全球温度的持续升高显著不同的是,全球热带气旋活动的年度累积总能量在1994年之前持续升高,随后又开始下降;2)与传统的气候学考察因子,如太阳黑子数、太阳总辐照、太阳10.7cm辐射、热带海平面温度以及南方涛动指数等相比,太阳风能流与全球热带气旋活动的相关性最好;3)剧烈地磁活动期间的热带气旋强度更大。为解释这一系列观测现象,他们首次提出了一种太阳风能流调制热带气旋活动的可能机制,并在关键机制链上都找到一些观测证据。

  该项研究为理解全球气候变化的自然驱动提供了一个新的线索。未来更为精确的气候学以及气候物理模式研究中应该考虑太阳风能流的贡献。该项工作发表在《大气和日地物理学报》(《Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics》)上。

  此外,该联合团队还发现太阳风能流对厄尔尼诺与南方涛动(ENSO)年代际的影响,该工作也发表在《Atmospheric and Oceanic Science Letters》上。

  文章列表及连接:

  1. Li H., Wang C., He S. P., Wang H. J., Tu C., Xu J. Y., Li F., Guo X. C. (2018). Plausible modulation of solar wind energy flux input on global tropical cyclone activity. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2018.01. 018.

  2. He S.-P., Wang H.-J., Gao Y.-Q., Li F., Li H., Wang C. (2018). Influence of solar wind energy flux on the interannual variability of ENSO in the subsequent year. Atmospheric and Oceanic Science Letters, 1–8. https://doi.org/10.1080/ 16742834.2018.1436367

  图1:太阳黑子、太阳总辐射、太阳F10.7辐射、热带海温、南方涛动指数以及太阳风能流与热带气旋活动的关系

  图2:太阳风能流调制热带气旋活动的可能机制

  

  

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