Наталия Килифарска Геофизичен Институт, БАН

1. Механизми на въздействие на слънцето върху системата стратосфера-тропосфера Наталия Килифарска Геофизичен Институт, БАН

2. План на изложението • Коментар на посланията от предишните два доклада: • Глобалното затопляне е резултат от несъвършенството на съвременните климатични модели; • Основния двигател на наблюдаваните изменения в климата са вариациите в слънчевата активност; • Механизми на влияние на Слънцето върху озоновия слой • Стратосферно-тропосферни връзки и влиянието им върху климатичните условия на Земята

3. Съществува ли Глобалното затопляне? А.) повишение на глобалната Т на Земята Глобална приземна Температура CRUTEM3 –Clim. Research Unit &Hadley Cent. gridded surface T NCDC – Glob. Histor. Climat. Network (National Climatic Data Center) GISS – Goddard Inst. Space Stud. (NASA) Глобална Т на океанската повърхност HADSST2 – a new uninterpolated Hadley center SSR data set COBE-SST - Centennial in-situ Observation-Based Estimates of SST (Japan Met. Agency)

4. Съществува ли Глобалното затопляне?(2) Б.) увеличаване честотата на интензивните валежи В.) тенденция към намаляване на количеството на валежите + райони с повишена честота на интензивните и много интензивни валежи - райони с намалена честота на интензивните валежи Palmer Drought Severity Index –индекс на засушаване

5. Глобалната температура на Земята се е повишила за последните 30 години с ~0.5-0.7 [К]Основен въпрос: Кои са причините за съвременното глобално затопляне? Хипотези: • Човешката дейност – емисиите на парникови газове, в частност СО2 • Вулканична и тектонична активности • Вариациите в слънчевата активност

6. Съвременното затопляне – изключение или периодичност?

7. Корелация между СО2 и приземната температура по данни от ст. Vostok, Antarctica Petit. J. R. etal. Climate and atmospheric history of the past 420.000 years from the Vostok ire core, Antarctica. Nature 399,429—436 (1999).

8. Хипотези: • Вулканична активност – 4 начина за въздействие върху климата Peter Ward, Thin Solid Films, 2009

9. “By 1962, man burning fossil fuels was adding SO to the atmosphere at a rate equivalent to one “large” volcanic eruption each 1.7 years.” PL Ward, Thin Sol. Films, 2009 Хипотези: • Вулканична активност Figure legend: Red bars show sulfate in each layer of ice in Greenland; the blue line shows average global temperature; the black line shows sulfur emitted by burning fossil fuels. Names of volcanoes are shown with associated sulfate anomalies. All layers since 1925 contain residual sulfate that increases yearly in proportion to the increase in anthropogenic sulfur emissions.

10. Хипотези: Вариациите в слънчевата активност (1) Camp&Tung, GRL, 2007 White et al., JGR, 1997 (GISST- Glob. Ice &sea surf. T) Lean et al., GRL, 1995

11. Хипотези: • Вариациите в слънчевата активност (3) Концепция за радиационно въздействие върху климата Където λ[K/Wm-2] има смисъл на “чувствителност” на климата към съответното въздействие

12. Хипотези: • Вариациите в слънчевата активност От какво зависи “чувствителността” на климата към промените в слънчевата активност? Scaffeta & West, JGR, 2007.

13. Хипотези: • Вариациите в слънчевата активност “чувствителност” на климата къмвъздействащия фактор Scaffeta & West, JGR, 2007. Много автори напоследък изразяват съмнение относно приложимостта на концепцията за RFв случаите на пространствено нехомогенно разпределение на озона (вертикално и хоризонтално). Stuber et al., GRL, 2001; Clim.Din. 2005показват, че увеличаването на концентрацията на О3 в ниската стратосфера => повишава “чувствителността “ на климата (λ) към промени в интензитета на слънчевата радиация. Stuber et al., GRL, 2001 Lindzen & Choi (GRL, 2009) – анализирайки 11 модела показват: 1.) моделите имат много по-висока “климат. чувствителност” от измерената на ERBE(Earth radiation budget experiment); 2.) вторичните влияния върху климата по данни от ERBE се дължат на SW излъчване на Сл., докато в моделите вторичните влияния се дължат най-вече на LW радиация => преувеличаване на ефекта на GHGs, проблеми с прогноза! Извод: Уточняването на вариациите в концентрацията на озона в ниската стратосфера биха могли да внесат по-голяма яснота в разбирането ни за наблюдаваните изменения в климата.

14. Хипотези: • Вариациите в слънчевата активност Пространствено разпределение на ефекта от въздействието на 2 глобални фактора – 1.) вариациите в слънчевата активност; 2.) вулканизма Регионални различия във въздействието на слънчевата активност върху приземната Т Ефекта от вулканизма (усреднен за продължит. период от време) е хомогенно и относително слабо понижение на приземната Т Shindell & Smith , J. Climate, 2003.

15. Механизми на влияние на слънчевата радиация върху климата (1) • Интегралното електромагнитно излъчване на Слънцето, т.нар. “слънчева константа”; • Излъчването в UVдиапазона(стратосферен озон – индиректно влияние върху климата; • върху динам. на с-мата страто-тропосфера; • честотата на поява на стратосф. Затопляния; Lean & Rind, J. Climate, 1998

16. Механизми на влияние на слънчевата радиация върху климата (2) P. Laut, J. Sol-Terr Phys., (2003) Sol Activ. & Terr Clim: some purported correlations; - CRs; - Low clouds • Слънчевия вятър –въздействие върху високата атмосфера; • Модулация на галактичните космични лъчи (протони, електрони и хелиеви ядра); • Слънчеви протони и релативистични електрони - SPE; M. Kulmala et al., Atmos. Chem. Phys. Disc., 2009

17. Сравнение на вариациите в приземната Т (за периода 1960-2006) с екстремния слънчев UV и космичните лъчи Корелация между глобалната тропосферна T (данни oт радио-сондажи – Hadley Centre of Climate Predictions) с F10.7и космичните лъчи (Climax) Final report of ISAC (Influence of Solar Activity. Cycles on Earth’s climate) Danish National Space Centre

18. Изследване на причините за дълго периодичните изменения в озоновия слой Kilifarska N. (2009) Do we understand the Decadal variability of the Ozone layer?, Climate Dynamics, submitted

19. Десетгодишни вариации в аномалиите на озона и температурата по данни от ЕRА 40 и ЕRА Interim (1960-2009) Total O3 trend, 60S-60N, WMO 2007

20. Принос на различните фактори в средната 10 годишна изменчивост на Озона [%]

21. Разлики между 10 годишните средни на Т и Озона

22. Регресионни коефициенти на O3 – минимум на CRs

23. Регресионни коефициенти на O3 – максимум на CRs Многофакторния анализ показва наличие на 22 годишна модулация на стратосферния озон Причини?

24. Зависимост на концентрацията на O3 от оптичната му дебелина Jackman & McPeters, JGR, 1985 => self-healing effect Jackman et al., JGR, 2000 Моделиране на аномалиите в концентрацията на O3 на ширина 75N за периода 1972-1975 where:

25. Изчисляване ефекта от само-възстановяване на O3смесена атмосфера (HOxи NOx)

26. Ефекта се усилва с увеличаването на зенитния ъгъл на Слънцето

27. На какво се дължи 22 годишната модулация на озона? Garcia-Munoz et al., The dependence of Solar modulation on th sign on the CR particles charge, JGR, 1986 Garcia-Munoz et al., The dependence of Solar modulation on th sign on the CR particles charge, JGR, 1986

28. Понижението на O3във високата стратосфера вероятно е свързано с засилената протонна активност на Слънцето, а възстановяването му – с потока релативистични протони

29. ЗАКЛЮЧЕНИЕ: • Отрицателния тренд не е единственото изменение в озоновия слой наблюдавано през последните 50 години; • Наблюдава се 22 годишна вариация, която е свързана с с модулацията на галактичните космични лъчи от хелиосферата. Тази модулация зависи от знака на заряда носен от частиците (α частици и електрони) и създава условия за разрушаването или образуването на озон, в зависимост от направлението на слънчевото магнитно поле; • Периодите на силен озонов дефицит в края на 80-те и 90-те години на 20 век по-вероятно са резултат от съвместното действие на: • двете вулканични изригвания – Еl Chichon и Pinatubo • интензивни Слънчеви ерупции на “твърди” (високо енергийни) протони. а не на ограничените емисии на хлорни съединения;

30. ЗАКЛЮЧЕНИЕ (2) • От друга страна, тенденцията към възстановяване на озоновия слой в последното десетилетие по всяка вероятност се дължи на съвместното действие на два фактора: • отрицателната полярност на хелиомагнитното поле и електроните като доминираща компонента на галактичните космични лъчи; • интензивните потоци от релативистки електрони (по данни от спътниците GOES 7 и 10) и ниско-енергетични протони с енергии около 1 МeV; Тези два фактора способстват за унищожаването на озона във височина, но същевременно и неговото образуване в средната и ниска стратосфера.