О корреляционных связях между глобальными метеорологическими полями и солнечной активностью

Данная работа посвящена исследованию взаимосвязи солнечной активности и галактических космических лучей (ГКЛ) с облачностью, которая в значительной степени влияет на поток солнечной радиации, достигающей земной поверхности и, следовательно, на климат Земли в целом.
В докладе представлены данные обработки и анализа спутниковых данных о глобальном поле облачности, температуры и влажности воздуха, полученных в ходе проекта по спутниковой климатологии облаков (ISCCP). В исследовании использовались среднегодовые значения за период с 1983 по 2005 год для следующих метеорологических величин: общее количество облаков, количество облаков нижнего яруса, количество облаков среднего яруса, количество облаков верхнего яруса, температура поверхности и влагозапас атмосферы. В качестве параметра, характеризующего солнечную активность, использовались значения потока радиоизлучения Солнца на длине волны 10.7 см. Поток галактических космических лучей (ГКЛ) оценивался по данным наземных нейтронных мониторов на станциях Оулу (Финляндия) и Москва (Россия).
Результаты анализа показывают, что наблюдается отрицательная корреляция между солнечной активностью и средним по земному шару количеством облаков нижнего яруса (коэффициент корреляции равен -0.53). В тоже время, для облаков среднего и верхнего яруса отмечается менее отчетливая положительная корреляция с солнечной активностью (0.31, 0.40, соответственно).
Корреляция между потоком нейтронов на станции Оулу и количеством облаков нижнего, среднего и верхнего ярусов составляет 0.66, -0.49 и -0.54, соответственно. При определении корреляции по данным нейтронного монитора в Москве получаются аналогичные значения: 0.71, -0.47 и -0.49, соответственно.
На основе анализа представленных значений коэффициента корреляции можно сделать предположение, что в цепочке физических механизмов, оказывающих влияние на поле облачности, значительную роль играют ГКЛ. Анализ полученных данных показывает, что изменению потока космических лучей в течение 11-летнего цикла солнечной активности на 10% от среднего значения, соответствует изменение количества облаков более чем на 1% (процент облачности). Сравнение с полученными ранее данными показывает, что увеличение длины ряда данных примерно в два раза позволило обнаружить наличие статистически значимой отрицательной корреляции между потоком ГКЛ и количеством облаков среднего и верхнего ярусов, а также подтвердить наличие положительной корреляции между потоком ГКЛ и облаками нижнего яруса.
Следует также отметить высокие значения корреляции значений влагозапаса атмосферы с солнечной активностью (-0.48) и потоком ГКЛ: 0.70 (Оулу) и 0.68 (Москва). Эта зависимость аналогична зависимости для количества облаков нижнего яруса. Это объясняется тем, что основная часть водяного пара в атмосфере располагается в нижней части тропосферы и определяет благоприятные условия образования облаков нижнего яруса (коэффициенты корреляции влагозапаса атмосферы с количеством облаков нижнего, среднего и верхнего ярусов корреляции соответственно равны: 0.64, -0.64, -0.76). Из этих данных можно сделать предположение, что ГКЛ оказывают влияние именно на содержание водяного пара в атмосфере, посредством которого в конечном счете изменяется количество облаков.
Таким образом, циклические 11-летние изменения глобального количества облаков вызывают модуляцию потока солнечного излучения, поступающего к поверхности Земли, с амплитудой около 10 Вт/м2, что на порядок больше 11-летней вариации солнечной постоянной (около 0.5 Вт/м2). Как показывают данные проведенного анализа, коэффициент корреляции температуры подстилающей поверхности с солнечной активностью составляет -0.43, а с потоком ГКЛ только 0.08 (Оулу) и 0.18 (Москва). Низкая корреляция температуры поверхности с потоком ГКЛ свидетельствует о том, что облачность не является единственным фактором, определяющим температуру земной поверхности (коэффициенты корреляции температуры поверхности с количеством облаков нижнего, среднего и верхнего ярусов составляют -0.23, 0.45, 0.27, соответственно).