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气候系统对太阳活动非线性响应引起的年际和年代际变化

翁衡毅  
【摘要】:太阳在不停地活动,其主要的活动周期之一约为11年。地球气候也有多尺度的准周期变化,它的年际和年代际变化对人们的生活和经济影响很大。虽然影响气候变化的因子很多,但因进入地球大气的太阳辐射是驱动地球气候的原动力,太阳的11年准周期活动很可能是引起年际和年代际气候变化的终极原因。然而,由于11年太阳活动引起的太阳辐射变化很小,更重要的是,由于常用的线性分析方法未能检测出气候系统对这样一个小的准周期强迫的非线性响应所造成的气候变化信号,11年太阳活动对气候变化的影响也因此而被大大低估甚至被忽略不计。本研究工作用一个简单的非线性强迫系统来说明由于气候系统的非线性内在因素,它对太阳活动的谐振和次谐响应而引起的年际和年代际气候变化是不该被忽视的。在太阳"无活动"的假定下,地球绕太阳公转产生气候年变化的同时,也因次谐响应而产生年际和年代际气候变化。但由于实际上存在着11年周期的太阳活动,这些年际和年代际气候信号就可能被这11年周期的外强迫调制而发生变化:有些信号被加强,有些信号被减弱,有些信号的尺度和位相被改变。例如,年变化的"两年"和"三年"次谐周期可能被11年太阳活动调制成"准两年振荡"的时间尺度;其他年变化的次谐也可能被调制而影响厄尔尼诺事件发生的频率和强度。气候系统除了对11年周期强迫的主频响应可能产生平均周期约为11年的准周期年代际气候变化外,它对11年周期强迫的谐振响应也可引起厄尔尼诺时间尺度的年际气候变化,和对11年周期强迫的次谐响应产生多年代际气候变化。因此非线性气候系统对11年太阳活动的响应,不仅仅表现在对11年周期的主频响应,而且还体现在调制年变化及其次谐信号,以及产生11年强迫周期的谐振和次谐信号,使得在太阳"无活动"假定下的"气候信号"的尺度和位相有所改变。这种由气候系统对太阳活动的非线性响应而"选择"出来的气候变化信号会因环境参数的不同而不同。由此推论,地球上不同地区的气候对同一太阳活动的响应可能是不同的。由于被太阳活动调制的气候信号的多尺度性和位相不定常性,11年太阳活动与气候信号之间的线性相关往往因不能通过"统计检验"而被否定。但是,这种线性相关分析的结果,并不能用来说明气候对11年太阳活动非线性响应所产生和调制的年际和年代际变化也可被忽略不计。

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