太阳活动对大气变化的影响

厚厚的大气宛如地球的面纱，成为地球最先沐浴阳光的层次。但是，太阳辐射能与大气的增温一般很少有直接的关系，太阳的能量主要先加热了大地，大地再把温暖输给大气。因为地表低层大气对太阳短波辐射吸收很少，气温主要取决于地面的长波辐射，所以，天气与气候同地表的关系更为密切。然而，随着大气科学研究的深入，人们日益感到大气受太阳直接影响也愈趋明显。无论是大气的短期变化（天气），还是长期变化（气候），都同太阳本身的活动有着近乎直接的关系。

英国的赫歇耳在19世纪初发现太阳活动同地球大气变化之间有着很好的统计关系。近来，一些相关的，大气现象又不断在发现。欧美的几位研究者收集了北半球几十个测站近80年的降水资料，并将它和同时期太阳黑子相对数作相关分析。结果发现，降水量与黑子数都有11年的平均周期，太阳活动激烈时，太阳黑子数相对增多，那么北纬50°-60°和70°-80°的年降水量都较丰富；而北纬60°-70°的情况相反，年降水量明显见少。从全球总降水量看，又同太阳活动的22年平均周期联系明显。另外，地球大气环流类型的波动变化，与太阳活动的80年平均周期也存在较好的统计关系。这样的情况下，人们不禁要问：日、气之间为何如此相关密切？二者之间有何确切的因果关系？如果因为大气能量从根本上说是源于太阳的辐射能，那么大气的变化又是何种太阳辐射所引起的呢？

太阳辐射包括总辐射与某些特殊辐射，如紫外线，X射线等。太阳总辐射一般以“太阳常数”作为衡量的指标。目前，在日地平均距离处，太阳常数约为1.95卡/cm2分。长期观测的结果表明；太阳常数随时间的变化很小，还不到1%。这种变化量还不能引起全球产生1℃的气温变化，对气候的降水要素作用也就很小了。所以，大气变化与太阳常数即太阳总辐射似乎关系不大。

再说太阳的某些特殊辐射以及粒子流，它们在太阳活动11年周期中却变动很大，有的相差几十倍。这些增加的太阳辐射能量，如传输给低层大气，就可能引起大气不同时间尺度的变化。近年研究表明，当上述太阳某些特殊辐射随太阳活动而增强时，冬季北大西洋中纬度锋面气旋活动特别频繁，天气多变；而同时副热带和冰洋边缘气旋明显减少，天气相对平静。上述特殊辐射减弱时，情况又相反。(www.xing528.com)

对于大气变化的快速过程，时间尺度较小，日，气关系似乎更明显有关。如1957年1月21日，太阳出现大耀斑爆发，几分钟后大量紫外线，X射线和带电粒子流开始到达地球，使加拿大及冰岛上空气温突然增高到40℃，同时，美国西北部气压骤释。随后，美国的这个低压东移，3—4天后就出现狂风巨浪，天气突变。

问题似乎清楚了，但矛盾仍然存在：一，太阳短波辐射所具有的能量仅仅是低层大气气旋所具有能量的千分之一；紫外线，X射线变化能影响气旋这个“大气巨人”吗？打个比喻，一台电唱机的发动机能启动一架起重机吗？二，如果能，则紫外线与X射线一起只占太阳总辐射的极小部分，这么小的变化为何对大气产生如此大的作用？三，X射线，紫外线绝大部分是被高层大气所吸收了，那么高层大气又是怎样才“启动”低层大气，使之变化的呢？

这些关键性的矛盾至今没有解决，即使有不少人“肘子息动”过程作了研究，但意见也不统一：一些研究者设想太阳风擅能量经过地球磁层直接传递到地球低层大气，而促使其变化，即“直接耦合机制”说：另一些研究者认为直接能量耦合不足以驱动低层大气运动，而应该存在某种“触发机制”或“放大机制”，使高层大气中较小能量的扰动转为低层大气中较大能量的扰动，即“间接耦合机制”说。然而这个“触发机制”是在什么高度出现的呢？仍未得知。所以，日，气之间复杂的联系仍然令人扑朔迷离。尽管日，气关系的谜尚未彻底揭开，但近年日，气关系的研究领域正在扩大。有些学者着眼于同大气密切相关的生物和太阳活动之间的相关研究，从而创立了“太阳生物学”。看来，日，气关系的科学研究正方兴未艾，揭开谜底的进程可能加快！