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氣候變化的天文因素
（2005年02月16日 22:36:01）
來源︰《天文愛好者》
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全球氣候變化是科學研究的一個重要課題。影響氣候變化的因素很復雜，涉及到太陽輻射與太陽活動、地球的宇宙環境、大氣環流、海洋環流與海、氣耦合的變化以及地球自身的各種運動如火山爆發，自轉變化等。
天氣與氣候
天氣是指一天或幾天短時期內某地或全球大氣和地表（包括陸地和海洋）附近的溫度、氣壓和濕度等狀態。氣候是指天氣在一個較長時期的平均的天氣變化情況。一個地方的氣候指當地一年四季天氣的平均狀況，比如大家熟知北方氣候寒冷，南方溫暖，南北回歸線之間的地區一年四季都很炎熱。
天氣變化有時很快，剛剛還是風和日麗，轉眼問雷雨交加；昨天氣候溫暖宜人，今日卻見冰雪樹掛。天氣變化如同氣象舞台上演的“活報劇”，大氣環流與海洋環流是主角，通過海、氣耦合演出這一場場的精彩“氣象活報劇”，而幕後的導演就是太陽。
我們知道每年四季的氣溫、雨量、季風、台風都有所不同，這是指年度的氣候變化。長時間尺度如幾萬年，幾百萬年至幾千萬年的氣候變化叫大氣候變化。
全球氣候變暖問題
大量氣象資料表明，20世紀以來全球氣候變暖，全球大氣和地表的溫度平均上升了約0.506℃。據專家預測，到2100年全球氣溫還將增加1至3.5℃。氣溫升高會引發一系列的問題，比如極地以及各地區冰川融化，海平面上升將吞噬部分陸地與島嶼；部分物種滅絕；旱澇變化劇烈，很多地區沙漠化加劇；大量的熱帶雨林和原始森林被毀，森林火災頻繁發生等。
影響氣候變化的原因可分為人為因素和自然因素。人為因素包括工業化的發展，二氧化碳和硫化物的排放量增加，大量的汽車和建築物形成的城市熱島效應等。自然因素主要是天文因素比如太陽輻射變化與太陽活動影響；行星攝動引起地球軌道運動和自轉變化以及地球宇宙環境的變化。
地球的字宙環境對氣候的影響
地球是太陽系的一顆行星，太陽帶領太陽系的成員居住在距離銀河系中心約8.5kpc，銀道面以北8pc處的位置，以大約250km／s的速度繞銀河系中心運動，2.3億年繞行一周；同時地球跟隨太陽還在銀道面上、下士80pc範圍內往返運動，約6700萬年一個循環，從已發現的冰川活動的證據來看，距今6億年以來，地球的氣候曾發生過4次大冰川活動期，在大冰川時期，天氣非常寒冷，部分物種滅絕，極地冰層增加，海水冷卻收縮，導致全球海平面下降。這四次大冰期正是太陽帶領地球及其他太陽系成員穿越銀道面的期間。
我國是文明古國，有史記載的氣候變化也是最長的，河南安陽的殷墟考古發掘出來數萬片甲骨，其上記載著“今夕其雨獲象”，即狩獵時下雨，捕獲到了大象。考古還發現有如今滅絕了的哺乳動物貘和象及水牛等的化石，說明2500多年前，河南的氣候比現在溫暖濕潤，我國科學家竺可偵從考古資料和歷史記載中，系統地論證了中國5000年來氣候變遷。他考察了歷史時期異常嚴冬的分布規律︰公元1111年，史書記載太湖全部冰封，冰上可以通車；太湖附近山上種植的柑橘全部凍死；當時杭州降雪頻繁，直到暮春仍然不止。1153∼1155年，甦州一段運河常結冰。看來12世紀初南宋時代的北京的氣溫比現在冷。為什麼地球穿越銀道面會出現大冰期呢？目前尚無圓滿解釋，一般認為，銀道面是恆星、星際物質，塵埃星雲的密集區，太陽系穿越銀道面時太陽輻射被吸收的厲害，導致接收到的太陽輻射減少，引起地球上氣候的大冰期。
地球軌道及自轉變化對氣候的影響
地球繞太陽公轉運動中會受到其他大行星（主要是木星）的引力干擾使軌道參量變化，影響到氣候，前南斯拉夫天文學家米蘭可維奇論證了2萬年的小冰期與地球公轉軌道參量︰偏心率、黃赤交角和近日點的關系。（1）地球軌道偏心率變化︰地球軌道運動是橢圓的，在行星攝動下，軌道偏心率在0.0005~0.0607之間變化，周期約為9.5j萬年。地球軌道偏心率變化，使地球接收太陽輻射的日照量變化，最大是士l％左右。當地球軌道偏心率大時，一年中在近日點附近接收的輻射量增加，北方的冬季變暖。在第四紀以後，冰期都是出現在地球軌道偏心率最小的時期；間冰期出現在偏心率最大的時期。（2）黃赤交角變化︰地球自轉軸的傾角變化引起的黃赤交角在22度∼20度30’變化，變化的周期約為4.1萬年。由于地球上南、北回歸線和南北極圈的位置是由黃赤交角決定的，因而會影響到高緯地區的日照量改變。黃赤交角減小時，中、高緯度地區，尤其是高緯地區接收到輻射量會明顯減少；黃赤交角增加時，緯度越高，接收輻射量增加越多。黃赤交角達到最大值時，在極地全年接收到的太陽輻射量可增加4.02%（3）近日點的進動︰由于行星攝動，地球軌道的近日點有進動，平均周期約為2.17萬年。現在北半球的冬季位于近日點附近，再過12750年，近日點將位于目前的遠日點附近，北半球的冬季將位于遠日點。這會引起南北兩半球在不同季節日照量的變化，影響到全球氣溫的很大變化。目前，地球過近日點的時間是每年的1月3日或4日，過遠日點的時間為每年的7月2日或3日。近日點進動的方向和地球公轉方向一致。
地球自轉受日、月引潮力的影響，會引發海洋潮汐摩擦，產生與地球自轉角速度相反的力偶矩，這導致地球的自轉有長期減慢效應，使日長單位以每百年0.002秒的速度增加。此外，由于海、氣耦合與日、月引潮力的影響，地球自轉除了長期減慢以外，還有年際、半年、季節性與短時標的周期變化，也會影響到全球氣候的變化。
太陽輻射與太陽活動對氣候的影響
太陽輻射是地球上光和熱的主要來源，它的微小變化會給地球帶來嚴重的影響。雖然說太陽的輻射總量是基本上穩定的，但是也有0.1%至0.2%的起伏變化，特別是在紫外和X射線波段有較大幅度的漲落，這會引起地球發生氣候變化。1999年美國科學家雷特分析、研究太空資料，發現在11年太陽活動周內，太陽總輻射的變化量約為總輻射的0.1％左右，當太陽黑子活動處于極大值時，太陽總輻射量也最大。在這輻射變化量中，紫外線波段和較短波長的太陽輻射約佔20%，它們在地球的對流層頂部就被吸收掉，而其余的80％的輻射對氣候變化有重大影響，絕大部分在大氣的對流層下部被吸收，加熱了陸地和海洋，給植物光合作用提供能量，驅動氣候變化。
據大量氣象觀測資料分析，雨量、溫度、湖泊水位及河流洪水流量等都和太陽黑子活動的11年周期及22年磁周期有較顯著的相關性。例如1957∼1958年是太陽活動的峰年期，世界上許多地方氣候異常，出現歷史上罕見的洪水、干旱、酷暑、大雪等。2000~2001年也是太陽活動的峰年，這期間全球性氣候也是反常，旱災、澇災在許多地區頻繁發生。太陽活動的激烈程度影響到太陽輻射的強弱，特別是紫外射線、X射線的強弱，這直接影響到大氣平流層中的臭氧層。臭氧層的作用如同地球的“太空服”吸收和擋住了99%的太陽紫外輻射，保護著地球上人類及其他生物的生命安全。太陽紫外輻射的變化使臭氧層的密度與分布變化，從而使大氣環流發生變化，隨之影響天氣與氣候。依據1997年“氣候研究計劃”衛星（ISCCP）獲取的1983年7月∼1990年12月期間的全球雲量資料，發現全球雲量與太陽活動時發射的宇宙射線（高能粒子流）有關，宇宙射線通量減少時，全球雲量也減小。在11年的太陽活動周期內，雲的覆蓋度約有3％-4%的變化，這相當于0.8~1.7W/M2的輻射變化。這表明，入射地球的宇宙射線與雲量有直接關系，最終影響到氣候變化。
旱澇與太陽活動有關
當一個地區的季雨量或年雨量比平均雨量偏少或偏多達到幾成時，便形成旱或澇現象。對大量的長時間的年雨量與太陽黑子相對數資料分析，說明兩者之間有著復雜的關系，有些地區在太陽黑子多時雨量較多，有些地區則相反，也有些地區則關系不顯著。從全球雨量分布的情況來看，太陽黑子相對數峰值年時，赤道帶的雨量比較多，而這時期中緯度地區雨量偏少。
我國一些科學家研究了長江流域的旱澇災害與太陽黑子活動周期的關系，指出黑子相對數極小年，長江流域出現澇情比較多，在黑子活動峰年時期，長江流域出現旱情比較多。李志安教授等研究了1900年以來，北京市的年雨量變化及氣壓的變化，指出近百年來北京市的平均年雨量為623mm；北京市年雨量變化與氣壓變化都存在著11年和22年的周期性，年雨量變化與太陽黑子相對數存在負相關的關系，即當太陽黑子相對數減少時北京市的年雨量往往比平均年雨量多，太陽黑子的豐年期雨量往往偏少，要注意防旱。這一關系可作為預報北京市年雨量的參考因素，總之，地球的氣候變化，旱澇與太陽活動有著密切的聯系。
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