<<
>>

ВЛИЯНИЕ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИНА ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И УРОВЕНЬ ОЗЕР

  Впервые проблема влияния Солнца на биосферу и земные процессы нашла отражение в работах А. Л. Чижевского (1973), интерес к которым в век космонавтики привел к грандиозным исследованиям космического пространства, ближнего и дальнего Космоса, солнечно-земных связей. Под солнечно-земными связями понимают всю совокупность прямых и опосредованных воздействий со стороны Солнца на процессы в околоземном космическом пространстве (ОКП) и на Земле. Интуитивное понимание опосредованного влияния солнечной активности на водные ресурсы привело многих исследователей к идее использовать данные по характеристикам солнечной активности для составления прогнозов стока рек и уровня озер.

Одной из первых попыток установления связи между циклическими колебаниями солнечной активности и стоком рек Средней Азии была работа М. С. Жукова, выполненная в 1929 г. Известна также работа В. Ю. Визе по установлению корреляционной связи уровня оз. Виктории с солнечной активностью, опубликованная еще в 1925 г.

А. В. Шнитников (1949), изучая влияние многолетних вариаций солнечной активности на процессы в гидросфере Земли, отмечал ее связь с циклическими колебаниями уровня озер и увлажненности территории Евразии.

Т. Н.Кочукова (1955), высказала мнение, что невзирая на невысокие значения коэффициентов корреляции между солнечной активностью и колебаниями стока, колебания годового стока рек в течение длительного времени связаны с солнечной деятельностью через зависящие от нее синоптико-климатические процессы.

Б. А. Апполов и К. И. Алексеева (1959) установили несколько количественных соотношений между солнечной активностью температурой воздуха, солнечной активностью и стоком Волги, атмосферным давлением и уровнем Каспийского моря.

М. А. Афанасьев (1967) составил неверный прогноз 20, 21 и 22-го циклов солнечной активности, которые, как он считал, ожидались очень низкими. Фактически эти циклы были высокими. Однако, по неверным предикторам, он составил прогноз уровня Каспийского моря, который оправдался. В данном случае хороший

прогноз ни что иное, как случайное совпадение, и естественно, методикой такого прогноза пользоваться нельзя.

Е. Г. Архипова с соавторами (1972) дала прогноз уровня Каспия до 2000 г. по спрогнозированным значениям чисел Вольфа. По прогнозу от 60-80-х годов и до 2000 г., уровень должен занимать высотные отметки: -25.6 ...-26.9 м абс. БС. Фактический уровень 2000 г. - 27 м абс., т.е. ниже на 1.4 м. П. Коноваленко с соавторами (1968) оценивает тесноту связи колебаний стока с солнечной активностью, используя показатель когерентности. Результаты расчетов последнего для солнечной активности и колебаний стока ряда рек Средней Азии, выполненные после предварительной фильтрации стоковых рядов, убедительно подтверждают солнечную обусловленность 10-11-летних колебаний речного стока.

В.              Ф. Логинов (1973), анализируя характер солнечно-атмосферных связей, отметил неустойчивость этих связей независимо от того, с какими характеристиками сопоставлялась солнечная активность (температура воздуха, давление воздуха, сток рек, уровень озер, тип атмосферной циркуляции и т.п.).

При использовании данных о солнечной активности нередко применяется метод наложенных эпох. В работе Е. А. Леонова (1992) дана методика погодичного прогноза стока рек с заблаговременностью от года до 6 лет, основанная на учете фаз солнечной активности в 11-летнем солнечном цикле методом наложенных эпох.

Средняя ошибка за весь интервал прогноза для 40 рек составляет ±6%.

В 2004 г. вышла работа Н. Н. Соловьевой, посвященная исследованию зависимости колебания уровня Каспийского моря от солнечной активности. В отличие от всех ранее имевших место разработок связей по этому вопросу, в данной работе использован принцип сходства в развитии вековых тенденций чисел Вольфа и уровня Каспийского моря, а также стока Волги. Такое сходство наблюдается при сравнении интегральных кривых стока Волги и приращений уровня Каспийского моря с участками интегральной кривой чисел Вольфа за предшествующие каждому процессу 50-60-летний периоды. По значениям чисел Вольфа за 1828-1945 гг. спрогнозирован сток р. Волги-Волгоград за 1879-1992 гг., т.е. со сдвигом в 52 года. Обеспеченность поверочных прогнозов равная 92%, при том что природная обеспеченность составляет 65 %. Каких-либо физических объяснений по величине сдвига между сравниваемыми характеристиками (стоком и солнечной активностью, уровнем и солнечной активностью) автор работы не дает.

Необходимо отметить, что вопрос о физических основах воздействия солнечной активности на сток рек практически во всех работах, рассмотренных выше, не поднимался и не рассматривался. В основе прогнозирования стока рек, уровня озер на перспективу от года и до нескольких десятилетий лежат эмпирические положения и правила.

Отсутствие специальных исследований гелиогеофизических основ прогнозирования гидроклиматических характеристик служило основой для критики и сомнений в его возможности. Противники гелиогеофизического подхода к долгосрочному прогнозированию водных ресурсов чаще всего выдвигают тезис о слабой физической обоснованности данного методического подхода и невозможности верификации прогнозов.

В целях устранения отмеченного пробела ниже подробно рассматриваются основные аспекты солнечно-земных связей с позиций современных астрогелиогео- физических исследований и достижений, достигнутых в современных работах по физике Солнца, физики Космоса, начиная с краткого пояснения о солнечной активности и солнечных пятнах.

Солнечные пятна - наиболее известные явления. Впервые в телескоп их наблюдал Г. Галилей в 1610 г. С этого времени регистрация пятен то проводилась, то прекращалась, то возобновлялась. В конце XIX столетия два наблюдателя - Г. Шперер в Германии и Е. Маундер в Англии - указали на тот факт, что в течение 70-летнего периода, вплоть до 1716 г., пятен на солнечном диске, по-видимому, было очень мало. Уже в наше время Д. Эдди, заново проанализировав все данные, пришел к выводу, что действительно в этот период был спад солнечной активности, названный Маундеровским минимумом.

К 1843 г. после 20-летних наблюдений любитель астрономии Г. Швабе из Германии собрал достаточно много данных, чтобы показать, что число пятен на диске Солнца циклически меняется, достигая минимума примерно через каждые 11 лет.

Р.              Вольф из Цюриха собрал все, какие только мог, данные о пятнах, систематизировал их, организовал регулярные наблюдения и предложил оценивать степень активности Солнца специальным индексом, определяющим меру его «запятненно- сти» и учитывающим как число пятен, наблюдавшихся в данный день, так и число групп солнечных пятен на диске Солнца. Этот индекс относительного числа пятен, впоследствии названный «числом Вольфа», начинает свой ряд с 1749 г. Кривая среднегодовых чисел Вольфа (рис. 2.1) отчетливо показывает циклические изменения числа солнечных пятен с периодом около 11 лет.

Внизу рисунка показана периодограмма, полученная (Kniveton, 2001) при анализе чисел Вольфа с 1750 до 2005 г. методом наложенных эпох для последовательности периодов от одного до 100 лет.

Для многих исследователей еще в 70-х годах XX столетия стало ясно, что погода и климат на Земле контролируются именно поведением магнитного и электрического полей, которыми Земля связана с внешней средой, - Солнцем, Юпитером, другими планетами и межпланетным пространством. Начавшаяся в середине XIX в. переполюсовка магнитного поля Земли происходит одновременно с перестройкой геофизических полей. Этот процесс неизбежно сопровождался и будет сопровождаться крупными климатическими преобразованиями. Скорость перемещения в 1999 г. Северного магнитного полюса превысила 20 км в год (при фоновом движении 3—4 см в год). Выявлено, что Северный и Южный полюса движутся со все большим ускорением. За 10 лет движения (с 1980 по 1990 г.) они сместились уже на 150 км. Иными словами, на основе последних данных наземных и космических регистраций климатологи, геофизики, космофизики и метеорологи утверждают, что идет скоростное изменение климата Земли (Дергачев, 2005; Пудовкин, 1996).

Представление о солнечно-земных связях складывались постепенно. В конце XIX в. Биркелан (Норвегия) высказал предположение, что Солнце, кроме волнового излучения, испускает и частицы. В 1915 г. А. Л. Чижевский обратил внимание на связь цикличности солнечной активности с некоторыми биологическими и


Рис.2.1. Изменение солнечной активности на протяжении 305 лет («а) и периодограмма, полученная

при анализе чисел Вольфа (W) с 1750 по 2005 г. (Kniveton, Todd, 2001) (б), для периодов от одного

до 100 лет.

Около пиков - совпадающие с ними периоды и номера планет: 5 - Юпитер, б - Сатурн, 7 - Уран, 8 - Нептун .

Рис.2.2. Схематическое изображение эффектов, наблюдаемых на Земле после мощной вспышки.

1 - видимое излучение вспышки; 2 - радиоизлучение высокой частоты; 3 - радиоизлучение низкой частоты; 4 - солнечные космические лучи, 5 - вариации галактических космических лучей (эффект Форбуша); б - поглощение космических радиошумов в полярных областях Земли; 7 - вариации геомагнитного поля (магнитная буря).

По вертикальной оси - условная амплитуда эффектов, по горизонтальной - время (в ч) после начала солнечной вспышки.

Эффект Форбуша - уменьшение интенсивности галактических космических лучей в течение нескольких суток после магнит-

ной бури на Земле. Объясняется вытеснением низкоэнергетических астиц космических лучей из околосолнечного пространст-

ва потоком частиц, порожденных вспышкой на Солнце и вызвавших магнитную бурю. Открыт американским физиком

С.Форбушем (Forbush, 1937 г.).

геофизическими процессами на Земле. Синхронность многих гелио- и геофизических явлений (а также форма кометных хвостов) наводила на мысль, что в межпланетном пространстве имеется агент, передающий солнечные возмущения Земле. Таким агентом оказался солнечный ветер, существование которого экспериментально было доказано в начале 1960-х годов путем прямого измерения с помощью АМС. Высшее проявление солнечной активности - солнечная вспышка (рис. 2.2). Последствия вспышки начинают сказываться в околоземном пространстве почти одновременно с событиями на Солнце (время распространения электромагнитных волн от Солнца до Земли чуть больше 8 мин).

Обычно мощная вспышка сопровождается испусканием большого количества ускоренных частиц - солнечных космических лучей (СКЛ). Самые энергичные из них (с энергией Екgt; 108 -109 эВ) начинают приходить к Земле спустя 10 мин и более после максимума вспышки в линии На. Имеются данные, что СКЛ способствует опустошению озонового слоя Земли. Вспышка генерирует мощную ударную волну и выбрасывает в межпланетное пространство облако плазмы. Двигаясь со скоростью 100 км/с, ударная волна и облако плазмы за 1.5-2 сут достигают Земли и вызывают магнитную бурю.

Имеются статистические данные о том, что через 2-4 сут после магнитной бури происходит заметная перестройка барического поля тропосферы. Это приводит к увеличению нестабильности атмосферы, нарушению циркуляции воздуха (развитие циклонов и других явлений). Большую роль в геомагнитных возмущениях играет межпланетное магнитное поле (ММП), особенно его южный компонент, перпендикулярный плоскости эклиптики. Со сменой знака радиального компонента ММП связаны асимметрии потоков СКЛ, вторгающихся в полярные области, изменения направления конвекции магнитосферной плазмы и ряд других явлений.

Широтный интервал величиной в 7 град, к северу и югу от гелиоэкватора Солнца является областью гелиопроекции Земли на Солнце. Поскольку Земля - маленькая мишень, то большая часть солнечных выбросов при вспышках не попадает на земную магнитосферу. В 2003 г. при мощной вспышке плазменные выбросы только краем коснулись Земли, что спасло ее от серьезных последствий. Учет проекции вспышек обязателен при оценках их влияния на Землю, как и мощность самих вспышек. Поток радиоизлучения изменяется весьма существенно, а в потоках ультрафиолета, мягкого и жесткого рентгена Солнце является сильно переменной звездой!

Солнечно-земные связи (рис. 2.3) проявляются двояко, в зависимости от плавного или скачкообразного перераспределения энергии солнечных возмущений внутри магнитосферы. В первом случае солнечно-земные связи проявляются в форме ритмических колебаний геофизических параметров (11-летних, 27-дневных и др.). Скачкообразные изменения связывают с так называемым триггерным механизмом, который применим к процессам или системам, находящимся в неустойчивом состоянии, близком к критическому.

В этом случае небольшое изменение параметров (давление, сила тока, концентрация частиц и т.п.) приводит к качественному изменению хода данного явления или вызывает новое. Для примера можно указать на образование внетропического циклона при геомагнитных возмущениях. Энергия геомагнитного возмущения преобразуется в энергию ИК-излучения. Последнее создает небольшой дополнительный разогрев тропосферы, в результате которого и развивается ее вертикальная неустойчивость. При этом энергия развитой неустойчивости может на два порядка превышать энергию первоначального возмущения.

Состав, величины и изменчивость солнечной энергии, поступающей от Солнца к Земле, полученные по современным инструментальным измерениям, представлены в табл. 2.1.

Значение астрономической солнечной постоянной, измеренной учеными США в период 1978-1983 гг. и позже, изменяется от 1364 до 1375 W/м2. Это свидетельствует о том, что «солнечная постоянная» не постоянна, а меняется в солнечном цикле в зависимости от количества солнечных пятен (см. рис. 2.3).

Если изменение астрономической солнечной постоянной в наши дни не превышает несколько десятых процента, то изменение метеорологической солнечной постоянной, т.е. солнечного излучения, измеренного на верхней границе тропосферы, больше на порядок (Физика космоса, 1986).

В настоящее время предложен ряд возможных механизмов воздействия гелио- геофизических факторов на нижнюю атмосферу: основанный на представлении об изменении солнечной постоянной и инфракрасного излучения, которое увеличивается во время геомагнитных бурь; связанный с воздействием солнечной активности на параметры атмосферного электричества; озонный; конденсационный; гидродинамическое взаимодействие верхних и нижних слоев атмосферы.

Перечисленные выше механизмы присутствуют в энергетической связи системы Солнце-Космос-Земля. Их обсуждение представлено в работах (Бушуев, Копылов, 2005; Дмитриев и др., 1990; Кондратьев и др., 2001, Леонов, 2006) и др. Однако, несмотря на большое количество работ по проблеме солнечно-земных связей, и в первую очередь установленного в последние годы факта наличия отклика климатических показателей на вариации солнечной активности, пока нет единства взглядов на эту проблему. В обзоре (Аваншин, Данилов, 2000) рассмотрены две основные трудности при обосновании влияния солнечной активности на динамику тропосферы.

Первая трудность состоит в том, что вариация солнечной постоянной в солнечном цикле весьма незначительна и составляет около 0.15 %. В таком случае неясно, каким образом столь малые изменения солнечной активности приводят к существенным метеорологическим процессам.

Вторая трудность рассматриваемой проблемы связана с тем, что даже небольшая доля общего потока солнечной энергии, приходящей к Земле, не доходит ни до поверхности Земли, ни до тропосферы, поглощаясь в основном выше стратосферы, - в мезосфере и нижней термосфере. Это в равной мере справедливо и для волновой (ультрафиолет, рентген), и для корпускулярной (электроны радиационных

поясов, солнечные протоны) радиации Солнца. Следовательно, если влияние солнечной активности на погоду и климат существует, то должен быть какой-то механизм передачи воздействия коротковолнового и корпускулярного излучения на мезосферу и термосферу вниз в тропосферу. Очевидных механизмов такой передачи пока не представлено.

Как отмечают С.И.Авеншин и А. Д. Данилов (2000), поиски корреляции метеорологических параметров с солнечной активностью в работах группы К. Лабицке (Labizke, 1987) показали, что отклик атмосферных параметров на изменение солнечной активности становится хорошо выраженным, если рассматриваются отдельно годы различных фаз квази-двухлетних вариаций (КДВ). Таким образом, К. Лабицке показал, что связь параметров тропосферы (температуры и давления) с солнечной активностью существует, но она весьма изменчива как во времени, так и в пространстве.

При разделении всех лет наблюдений корреляция между метеопараметрами и солнечными индексами отсутствовала. При сепарации же всех данных по фазам квази-двухлетних вариаций (КДВ) получалась значимая корреляция для обоих массивов. Этот эффект хорошо виден на рис. 2.4, поскольку речь идет о прямой связи солнечной активности с климатом в данных пунктах, так как для анализа брались среднемесячные величины приземного давления и температуры, и именно для них были найдены значимые корреляции с прямой R = 0.74 и обратной R = -0.67 связью.

Добавим, что приведенные высокие коэффициенты корреляции между индексом солнечной активности и приземной температурой воздуха не являются наибольшими. Г. А. Жеребцовым и др. (2001) была получена для условий Забайкалья такая связь с коэффициентом корреляции 0.97. Отметим, что в работе Ю. Л. Матвеева и Л. Т. Матвеева (2006) при анализе факторов, влияющих на формирование и изменение климата Земли, обнаружено, что связь между температурой воздуха и содержанием С02 не значима, а коэффициент корреляции между ними равен 0.1.

Ниже будет показаны воздействие солнечной активности (солнечные вспышки) на импульсное межгодовые колебания осадков и годового стока рек, уровня озер, а также монотонное изменение стока в течение десятилетий в связи многолетним изменением активности Солнца (см. рис. 2.12).

Разумеется, ни о каком импульсном воздействии С02 на межгодовые колебания осадков, температуры воздуха, стока рек, уровня озер и речи быть не может, как и о циклических воздействиях, поскольку концентрация С02 растет медленно и практически по прямолинейному слабоискривленному тренду, без каких-либо продолжительных циклов и всплесков (рис. 2.5). Объяснить межгодовые, циклические колебания стока рек, уровня озер в рамках гипотезы глобального потепления за счет монотонного роста С02 («парниковый эффект») невозможно.

Каких-либо колебаний с периодом в И, 22, 80-90 лет в многолетнем ходе С02 на рис. 2.5, естественно, нет. В рамках гипотезы «парникового» эффекта нельзя также физически объяснить понижение температуры воздуха в 1960-1975 гг. при устойчивом росте концентрации С02. Это понижение температуры объясняется в рамках гипотезы солнечно-земных связей.


Рис. 2.4. Изменение со временем индекса F( 10,7) (/).

а - приземное давление при восточной фазе КДВ на станциях Альбукерк (2) и Эль-Пасо (5); б - температуры приземного воздуха

при западной фазе КДВ на станциях Чарлетаун (4), мыс Гаттераса (5) и Нешвиль (б).

На рис. 2.4 (Labizke, 1987) совершенно четко видны многолетние колебания солнечной активности и соответствующие им колебания температуры приземного воздуха и давления с периодом около 11 лет. Из табл. 2.2 также ясно видно, что при мощных вспышках на Солнце на следующий год резко возрастали осадки, сток рек и уровни озер.

Малый ледниковый период (МЛП) в Российской Арктике пришелся на 1860- 1930 гг., начало - на 1480 г. «Время начала и окончания МЛП заметно отличается в различных районах. Кроме того, во время МЛП выделяется фаза потепления продолжительностью от 20 до 100 лет. Более длинные колонки донных отложений свидетельствуют о том, что и раньше периоды потепления чередовались с периодами похолодания. В последние 140-70 лет, по данным всех изученных колонок озерных отложений в Российской Арктике, происходит потепление. В силу его проявления до наступления техногенной эры, а также наличия циклических похолоданий и потеплений последнего тысячелетия можно сделать вывод о том, что это последнее потепление носит естественный характер, и в ближайшем будущем

Годы

Рис. 2.5. Многолетние колебания концентрации С02и колебания приземной температуры воздуха на

станции Мауна-Лоа с 1950 по 1994 г.

I - кривая изменения потребления ископаемого топлива и производства цемента в пересчете на углерод. 2 - кривая стабилизации и снижения эмиссии СО? в течение 1980-1987 гг. (пунктирная линия) никак не повлияло на процесс увеличения содержания этого

газа в воздухе (зубчатая линия).

оно снова сменится похолоданием». Данная работа объективно подтверждает наличие цикличности в период изменения климата, уровня озер и осадконакопления.

Установлено, что, так как прямое энергетическое воздействие коротковолновой солнечной радиации на тропосферу невозможно, поиски указанных механизмов идут либо в области динамических процессов (различные внутренние волны), либо в области магнитных бурь и космических лучей, которые зависят от солнечной активности и в то же время в состоянии воздействовать на глобальную электрическую цепь и нижнюю атмосферу (Жеребуов и др., 2001).

Именно по этим причинам довольно давно при обсуждении солнечнопогодных связей стали говорить о триггерном механизме. Наиболее перспективными направлениями поиска триггерных механизмов на сегодня представляются три: динамический, электрический и оптический. Парниковая гипотеза, лежащая в основе современных глобальных климатических моделей, не доказана (С. П. Перов, К. В. Показеев, 2006; Ю. В. Казанцев, 2001; А. А. Пабат, 2006 и др.).

Широкое использование моделей ОЦА, а их сейчас около 30, а также физико- математическое прогнозирование глобальных процессов реально не могут привести к успеху, и «поэтому необходимо искать новые подходы к анализу таких сложных систем, какой является наша Земля» (Perov et al, 2001). Важно также выяснить механизмы, управляющие климатическими изменениями, и учесть внешние факторы, например солнечную активность и, возможно, резонансные явления в атмосфере, обусловленные этой активностью.

ТАБЛИЦА 2.2

Средние годовые расходы воды (в м3/с) в годы экстремальных солнечных вспышек 1859, 1956,1969,1989, 2003 (перед чертой) и на следующий год (после черты)

Река-пункт

Европа

1859/1860

AG

1956/1957

Д Q

1969/1970

Д Q

1989/1990

Д Q

Неман-Смалининкай

447/499

1.1

515/775*

1.5

356/561

1.6

Оз.Селигер

40/47

1.2

Влтава-Прага

110/154

1.5

153/155

1.0

Даллейвен-Фагоби

271/600

2.2

255/385

1.5

253/270

1.1

Дунай-Оршова

5020/6400

1.3

5910/5110

-1.2

5690/7810

1.4

Рейн-Кельн

1769/2641

1.5

2224/1941

-1.1

2164/2996

1.4

Лаба-Декин

260/345

1.3

330/407

1.2

259/373

1.5

Луара-Монтжан

550/580

1.1

935/1010

1.1

Shannon-Killaloe

161/184

1.1

142/187

1.3

Kemi-Taivalkoski

436/642

1.5

458/462

1.0

Россия

1956/1957

Д Q

1969/1970

Д Q

1989/1990

де

2003/2004

Д Q

Оз. Селигер

81/105

1.3

31/51

1.6

100/122

1.2

93/133

1.4

Волга-Волгоград

6220/8560

1.4

7010/8660

1.2

7000/10700

1.5

7990/8340

1.0

Кама-Камская ГЭС

1430/1860

1.3

1850/1700

-1

/>1510/2180

1.4

1750/1570

1.1

Ока-Муром

806/836

1.4

703/1260

1.8

708/891

1.2

1020/1120

1.1

Белая-Уфа

701/928

1.3

828/848

1.0

805/1170

1.5

704/834

1.2

Сев. Д вина-У сть-Пинега

2970/4020

1.4

3130/3170

1.0

3240/3980

1.2

3460/3550

1.0

Нарва-Васькнарва

397/449

1.1

244/212

-1.2

416/520

1.2

316/472

1.5

Нева-устье

2580/2770

1.1

2430/2310

1.1

2350/2670

1.1

444/539

1.2

Неман- Смалининкай

515/775*

1.5

356/561

1.6

552/590

1.1

786/895

1.1

Днепр-Смоленск

108/111

1.0

79/111

1.4

109/126

1.2

767/812

1.0

Дон-Казанская

283/354

1.2

244/449

1.8

767/812

1.1

352/346

1.0

Урал-Кушум

214/781

3.6

202/655

3.2

246/532

2.2

316/339

1.1

Тура-Тюмень

174/256

1.5

213/347

1.6

125/321

2.6

Иртыш-Т обольск

2050/2590

1.3

2380/2980

1.3

1470/2210

1.5

Тобол-Курган

27.4/107

3.9

22.9/136

5.9

16.9/48.1

2.8

Обь-Салехард

11800/13400

1.1

13400/14300

1.1

9850/12600

1.3

11400/12000

1.0

Лена-Кюсюр

15600/16000

1.3

14900/16000

1.1

15800/15300

1.0

15300/17700

1.2

Енисей-Игарка

15900/16000

1.0

16600/17200

1.0

18900/20000

1.1

18800/20100

1.1

Амур-Хабаровск

12600/11100

1.1

8070/7670

1.0

7390/8720

1.2

7170/7290

1.0

Оленек-Сухана

296/667

2.2

575/824

1.4

804/820

1.0

Яна-Верхоянск

132/133

1.0

140/213

1.5

173/150

1.2

/>

Река-пункт

1859/1860

дб

1956/1957

де

1969/1970

Д Q

1989/1990

Д Q

Колыма-Среднекан

997/555

1.8

691/727

1.1

627/878

1.4

660/1090

1.6

Камчатка-Долиновка

263/315

1.2

222/330

1.5

239/296

1.2

261/301

1.2

Су су-Юж. Сахалинск

8.08/9.36

1.2

8.56/12.0

1.4

7.31/-

1.0

3.17/3.49

1.1

Т ерек-Котляревская

114/99

1.2

108/145

1.3

159/177

1.1

118/179

1.5

Сулак-Миатлы

167/210

1.3

156/221

1.4

149/206

1.4

Кубань-Армавир

/135

98.6/171

1.7

Приток оз. Песьво

116/152

1.3

115/178

1.5

91.8/141

1.5

США. Канада

Св. Лаврентия

7190/6621

-1.1

7443/7000

-1.1

Св. Мария

1990/1740

-1.1

2792/2140

-1.3

Колумбия-Дедалесс

6776/5392

-1.3

5700/4650

-1.2

Миссисипи-Клинтон

974/974

-1.0

1560/1130

-1.4

Виннипег

909/738

-1.2

1550/1410

-1.1

Южная Америка

Парана-Корриентас

17700/20600

1.2

12500/14400

1.2

Чикама-Солинар

32.7/34.5

1.1

11.9/15.8

1.3

Jca-Huamani

4.6Z7.6

1.6

4.0/8.6

2.2

Сан-Франциско-Jnazeiro

2323/4080

1.8

2284/2806

1.2

Примечание. A Q = Q,+\/Qi - коэффициент приращения; знак (-) перед A Q означает снижение стока после прохождения солнечной вспышки.

Было предложено несколько моделей электромагнитного взаимодействия солнечной активности с атмосферой и в целом с планетой Земля (Похмельных, 2003; Schuurmans, Oort, 1969).

Г. А. Жеребцов с соавторами (2005) предложили электрооптический механизм влияния солнечной активности на климатические характеристики и циркуляцию атмосферы через атмосферное электричество. Сущность механизма состоит в том, что усиление гелиогеофизической активности (потоки солнечных космических лучей, возмущения солнечного ветра и межпланетного поля, геомагнитные бури и суббури) приводит к увеличению разности электрического потенциала ионосфера-Земля.

Увеличение разности потенциала сопровождается возрастанием вертикального электрического поля, которое приводит к перераспределению по высоте в тропосфере заряженных ядер конденсации (подъем отрицательно заряженных аэрозолей на большую высоту). При этом в областях, где ранее концентрация этих ядер была низкой, а содержание водяного пара достаточно высоким, конденсируется водяной пар и образуется облачность. Формирование облачности сопровождается выделением скрытой теплоты и изменением радиационного баланса.

Считается, что наибольшее влияние на радиационный баланс и термобарическое поле тропосферы этот механизм оказывает в высокоширотных областях, когда отсутствует приходящий радиационный поток от Солнца (высокоширотные области в зимний период).

Основополагающим в модели является представление о влиянии солнечной активности на климатическую систему посредством управления потоком энергии, уходящей от Земли в Космос. В данном случае величина энергии, необходимая для регулирования этого потока, может быть достаточно малой и не имеет принципиального значения.

Во время солнечных вспышек - прихода больших потоков солнечных космических лучей (СКЛ), согласно данным измерений в полярных областях, ток ионосфе- ра-Земля возрастает примерно в 2 раза. Установлено (Van Loon, Labizke, 1998), что после солнечных вспышек наблюдаются изменения давления и температуры над океанами и в прибрежных районах, в области широт 40-60°, что хорошо видно на рис. 2.4, а. Изменения атмосферного давления у поверхности Земли после вторжения СКЛ в отдельных областях Северного и Южного полушарий показаны на рис. 2.4,6. Это говорит о том, что в обширных высокоширотных зонах давление изменяется синхронно - свидетельство об атмосферных процессах, контролируемых гелиогеофизическими факторами, а не синоптическими явлениями.

Как известно, при изменении высотного профиля температуры воздуха изменяется общая циркуляция атмосферы (рис. 2.6). Авторы рассматриваемой электрооп- тической модели воздействия солнечной активности на климатические характеристики предложили рациональную схему механизма этого воздействия, дали оценку вклада солнечной активности в изменение теплосодержания земной климатической системы. Установлено три причины, приводящие к существенным изменениям электрического поля в атмосфере полярных широт Земли во время гелиогеофи- зических возмущений (рис. 2.7): СКЛ; частицы, высыпающиеся из радиационных поясов; возмущения магнитосферной конвекции.

Авторы (Жеребцов и др., 2005) считают, что аномалии в прошлом тысячелетии, а также значительная часть глобального потепления в XX в. объясняются в рамках рассматриваемого электрооптического механизма влиянием солнечной активности на климат и атмосферное электричество.

В Иркутске в 2004 г. О. А. Трошичев в своем докладе «Солнечная активность и глобальные изменения погоды и климата: факты и гипотезы» на Международной конференции «Солнечно-земная физика» рассмотрел основные каналы воздействия солнечной активности на погоду и климат. На основании обобщения большого материала наблюдений в Антарктике и литературных источников он сделал следующие выводы. Выводы о галактических космических лучах как основном факторе, контролирующем планетарную облачность, при более тщательном анализе экспериментальных данных не подтверждаются и, следовательно, подлежат сомнению.

Рис. 2.6 . Схема электрооптического механизма влияния солнечной активности на климатические характеристики и циркуляцию атмосферы.

Интенсивные всплески солнечных протонов оказывают мощное воздействие на фотохимические процессы в высокоширотных регионах и соответственно на атмосферные процессы в полярных областях Земли. Вариации УФ излучения Солнца, по-видимому, определяют условия возникновения возмущающих ветров в верхнем слое экваториальной стратосферы и таким образом контролируют начало и длительность квазидвухлетней цикличности атмосферных процессов. Отмечено также влияние вариаций УФ-излучения на динамику озоновых депрессий. Возмущенный солнечный ветер через драматические потепления на ледниковом куполе Антарктики воздействует на всю систему ветров над Южной полярной областью, что, в свою очередь, может влиять на динамику Южной осцилляции (ENSO).


Дни

Рис. 2.7. Изменение высотного распределения температуры после солнечной вспышки (я), изменение

атмосферного давления у поверхности Земли после вторжения СКЛ в отдельных областях Северного

(Г) и Южного (2') полушарий, полученные методом наложенных эпох (б).

1 - средние разности между температурами на изобарических поверхностях до и после солнечной вспышки над Северной Атлан-

тикой, 2 - стандартная ошибка среднего; Г - северное полушарие, 2' - Южное полушарие; 0 - день, соответствующий моменту

прихода СКЛ. D - давление в Северном полушарии.

Таким образом, солнечная активность может оказывать существенное влияние на изменчивость земных климатических систем.

Электромагнитные взаимодействия дальнего и ближнего Космоса (космические магнитные поля, лучи и другие образования) с Солнцем и Солнечной системой порождают последовательную сложную цепь космогелиогеофизических процессов. В свою очередь, потоки энергии от Солнца воздействуют прямым и опосредованным образом на атмосферу, океан, недра и биосферу Земли. Таким образом, тесно связанные между собой геофизические процессы в системе Космос-Солнце- Солнечная система-Земля приобретают первостепенное значение в деле изучения и прогноза атмосферы и водных ресурсов суши.

Согласно исследованиям (Веретенко, Пудовкин, 1994) в зонах «хорошей» погоды, начатым в XIX в., показано, что у земной поверхности существует стационарное электрическое поле с напряженностью Е, в среднем равной около 130В/м. Земля при этом имеет отрицательный заряд, равный около 3 105 к, а атмосфера в целом заряжена положительно. Однако при осадках, особенно грозах, метелях, пылевых бурях и т.п., напряженность поля может резко менять направление и величину, достигая иногда 1000 В/м. Наибольшие значения Е имеет в средних широтах, а к полюсам и экватору убывает. В зонах «хорошей» погоды Е с высотой в целом уменьшается, например над океанами. Вблизи земной поверхности, в так называемом слое перемешивания толщиной 300-3000 м, где скапливаются аэрозоли, Е может с высотой возрастать. Выше слоя перемешивания она убывает с высотой по экспоненциальному закону и на высоте 10 км не превышает нескольких вольт на метр. Это убывание связано с тем, что в атмосфере содержатся положительные объемные заряды, плотность которых также быстро убывает с высотой. Разность потенциалов между Землей и ионосферой составляет 200-250 кВ. Напряженность электрического поля Е меняется во времени. Наряду с локальными суточными и годовыми вариациями отмечаются синхронные для всех пунктов суточные и годовые вариации - «унитарные». Последние связаны с изменением электрического заряда Земли в целом, локальные - с изменениями величины и распределения по высоте объемных электрических зарядов в атмосфере в данном районе.

Две современные основные теории атмосферного электричества были созданы английским ученым Ч. Вильсоном и советским ученым Я. И. Френкелем. Согласно теории Вильсона, Земля и ионосфера играют роль обкладок конденсатора, заряжаемого грозовыми облаками. Возникающая между обкладками разность потенциалов приводит к появлению электрического поля атмосферы. По теории Френкеля, электрическое поле объясняется всецело электрическими явлениями, происходящими в тропосфере, - поляризацией облаков и их взаимодействием с Землей, а ионосфера не играет существенной роли в протекании атмосферных электрических процессов.

Л. А. Похмельных (2003) предложил модель атмосферного электричества, построенную на представлении о неполной прозрачности материи для электростатического поля. Схема взаимодействия электромагнитных сил с причинно-следственными связями между космической средой, Солнцем, Землей представлена на рис. 2.8.

Из модели следует, что в Космосе существуют волны плотности заряда и (или) массы, в которых Земля и Солнце перезаряжаются объемно. Поле Е атмосферы

Рис. 2.8. Схема взаимодействия электромагнитных сил с причинно-следственными связями между космической средой, Солнцем и Землей [29].

отражает текущую разность потенциалов между Землей и Космосом. Заряд Земли создает геомагнитное поле. Отрицательная зарядка грозовых облаков происходит при конвекции отрицательно заряженного воздуха. Через ток Земля-Космос и процесс гидратации ионов происходит циклическое воздействие космических волн на термический баланс атмосферы и климат.

При этом атмосферное электричество выступает как часть электрической системы взаимодействия космическая среда-Земля-Солнце. Механизм электрического взаимодействия Солнца с космической средой аналогичен земному. Существование у Солнца крупномасштабного магнитного квазидиполя, которое меняет свою полярность примерно каждые 11 лет, должно рассматриваться как свидетельство перезарядки Солнца зарядами противоположного знака в 22-летнем цикле. Перезарядка возможна при условии существования в космосе волн параметра qs/ ps с периодом в 22 года. При волновом изменении этого параметра между космической средой и Солнцем меняется разность потенциалов, при этом ускоряются ионы и возникает радиальный электрический ток перезарядки солнечных недр. В недрах Земли р, = 5.5 103 кг/м3 - 8 см, в нижней атмосфере при космической среде ps = КГ21 кг/м3 - 1023 м.

На основании модели Л. А. Похмельных разработана технология коррекции погоды методом ионизации атмосферы (ЭЛАТ). В засушливых штатах Мексики с небольшими затратами энергии экспериментально подтверждено увеличение атмосферных осадков вблизи высоковольтных ЛЭП. Опыты с увеличением атмосферных осадков при использовании модели дали статистически значимые положительные результаты.

Согласуются с общими выводами рассмотренных выше моделей и результаты частных исследований, выполненных ранее. Очень сильное влияние солнечной активности на процессы в южной зимней полярной стратосфере над Антарктидой было экспериментально зарегистрировано О. А. Трошичевым (2004) по наблюдениям на станции Восток (78° ю.ш., 107° з.д.), расположенной на высоте 3.5 км над уровнем моря. В период 1981-1991 гг. для 47 зимних дней с форбуш-понижениями приземная температура повышалась на 10°, а атмосферное давление на высоте 10 км понижалось в среднем на 5 мбар (2.5%) в те же самые дни. В средних широтах влияние космофизических факторов на осадки, облачность, температуру ранее рассмотрено в работах А. А. Дмитриева с соавторами (1990), С. В. Веретенко, М. И. Пудовкина (1994) и других авторов.

Влияние галактических космических лучей (ГКЛ) на осадки (положительная корреляция) в масштабах Южного полушария обнаружено в 2001 г. М. И. Пудовкин (1996) и В. А. Дергачев (2005) также считают воздействие ГКЛ на атмосферу и климат одним из каналов воздействия. Вместе с тем, многие авторы считают, что за последние 50-120 лет глобальная облачность увеличилась безотносительно к вариациям потока ГКЛ.

С.              П. Перов, К. В. Показиев (2006) на обширнейшем материале, с учетом новейших ракетно-космических наблюдений и современных методов анализа, подробно рассмотрели физические основы глобальных изменений окружающей среды с учетом механизмов воздействия солнечной активности на атмосферу (озоновый, конденсационный), при том что озоновый механизм превалирует над конденсационным. Максимальный эффект озонового механизма наблюдается в стратопаузе, чуть меньше - в средней и верхней стратосфере, а также в мезосфере. При этом возможны когерентные явления, связанные с возникновением волн в тропосфере за счет конденсационного механизма, образования облачных «волн» и генерации на высоте 35-40 км озоновых, а следовательно и температурных волн (озон - главный нагреватель стратосферы за счет сильного поглощения УФ-радиации Солнца), поскольку эффект альбедо облаков оказывает максимальное фотохимическое влияние на слой 35-40 км. В этом случае могут возникать стоячие волны за счет интерференции.

Тропическая атмосфера - важная часть тропической озоносферы - рассматривается как солнечно-резонансная колебательная система (в работе Перов, Показеев, 2006). В подтверждение такой модели авторы (Перов, Показеев, 2006) ссылаются на известное положение теории гравитационных резонансов в Солнечной системе А. М. Молчанова: любая нелинейная система в результате самоорганизации должна выходить на режим синхронизации колебаний. Тропическую и внетропическую (а они взаимодействуют) атмосферу они рассматривают как систему трехмерных в пространстве многомодовых «лазеров». Теория последних хорошо разработана в физике, и эта аналогия с атмосферой послужила толчком к формулировке важной гипотезы. Суть ее состоит в том, что обобщающий принцип резонансного усиления для большинства известных нелинейных динамических систем формулируется как принцип RASER, или RASOR (Resonance Amplification Stimulated by External (Outside) Radiation). Возбуждение резонансов происходит за счет резонансного усиления воздействия внешней «радиации» (электромагнитной, как в лазере), корпускулярной и гравитационной - в самой динамической системе); для системы «Земля-Луна» (каждая из них - система осцилляторов!) это прежде всего внешнее гравитационное воздействие системы осцилляторов Солнца и планет, главная роль в которых принадлежит Юпитеру и Сатурну: гравитационное «запускает» электромагнитные и корпускулярные механизмы воздействия на систему «Земля-Луна», и мы «видим» влияние «солнечной активности» на атмосферу, биосферу и т.д.

Климатический RASER для трех резонансных периодов за последние 500 тыс. лет не дает сбоев, даже если внутри каждого из них наблюдается сильное возмущение. По данным авторов (Перов, Показеев, 2006), 11.5 тыс. лет назад наблюдалось необычайно сильное и быстрое (20-30 лет) потепление планеты (около 7°С). Возвращение через 1000 лет к исходному (ледниковому) уровню непосредственно (около 500 лет) перед началом «резонансного» потепления - период голоцена, длящийся до нашего времени. Если такая жесткость резонансов справедлива и для более коротких периодов, например 50-100 лет, то похолодание начнется, несмотря на антропогенный рост С02 в ближайшие годы. Этот вывод, полученный с использованием резонансной модели атмосферы о похолодании климата в первой четверти XXI в., согласуется с выводами других авторов, полученных на основании иных подходов и моделей (Коваленко и др., 1968; Соловьева, 2004).

В настоящее время в области солнечно-земной физики проводят исследования многие отечественные и зарубежные институты: Институт солнечно-земной физики СО РАН (ИСЗФ), Физико-технический институт им. Иоффе РАН, Институт космических исследований (ИКИ), ИПГ, ИЗМИР АН, ААНИИ и мн. др. Их достижения в области космической погоды, влияния Солнца на земной климат и другие вопросы солнечно-земных связей широко известны и эффективно используются в научных, прикладных и производственных целях.

В гидрологии суши современные достижения из области физики солнечноземных связей не используются, хотя их применение сулит определенный прорыв в теории и практике сверхдолгосрочных гидрологических прогнозов, о чем будет сказано ниже.

При рассмотрении проблемы влияния Солнца на климат, нижнюю атмосферу и соответственно на материковые водные ресурсы планеты Земля, гидрологический режим регионов и отдельных речных водосборов важно коротко рассмотреть физические характеристики Солнца и его воздействие на геофизические процессы, происходящие на Земле.

Солнце, в недрах которого царит температура порядка 13 000000°С, а на поверхности - около 6000°С, каждую секунду излучает 3.8-1026 Дж энергии. На Землю попадает лишь одна двухмиллиардная доля энергии Солнца. Оно посылает на Землю два типа излучения: электромагнитные волны длиной от миллионных долей миллиметра до десятков километров и потоки заряженных частиц - корпускул, движущихся со скоростью около 1000 км/с и достигающих Землю через одни-двое суток. Часть космического излучения приходит из-за пределов Солнечной системы.

Солнечный ветер - это не что иное, как расширяющаяся корона Солнца. Частицы, бывшие когда-то самим Солнцем, улетают от него со скоростью порядка 300 км/с, закручиваясь в гигантскую спираль. «Каркас» этой спирали держится на линиях магнитного поля Солнца, и частицы не могут от него оторваться. Линии магнитного поля «вморожены» в плазму и по свойствам похожи на резинку с прикрепленными на ней бусинками-плазмой: потянешь за резинку - потянутся бусинки, дернешь за бусинку - потянется резинка. Все возмущения солнечной поверхности передаются в плазму солнечного ветра и уносятся в космическое пространство.

При вспышках на Солнце резко увеличивается интенсивность коротковолновой части электромагнитного излучения; к Земле летят космические лучи и высокоскоростной поток частиц плазмы, впереди которого бежит ударная волна. Электромагнитное излучение распространяется со скоростью света и добегает до орбиты Земли за 8 мин. Через несколько часов доходят космические лучи, и только через двое суток Земля встречается с возмущенным солнечным ветром — высокоскоростным потоком (до 600 км/с), рожденным солнечной вспышкой.

Таким образом, существует два канала передачи энергии от Солнца к Земле: электромагнитное и корпускулярное излучение. Основная доля энергии Солнца - около 1.37 кВт на 1 м2 поверхности поступает по электромагнитному каналу. Этот поток энергии лежит в основном в видимом и инфракрасном диапазоне длин волн. Его величину принято называть «солнечной постоянной».

По результатам исследований (Абдусаматов, 2005; Авдюшин, Данилов, 2000 и др), колебания этой величины находятся в пределах долей процента. Излучение в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах длин волн сильно колеблется при различных процессах на Солнце. Однако доля его в общем потоке лучистой энергии крайне мала даже при солнечных вспышках.

Второй канал - корпускулярное излучение - состоит из солнечного ветра и космических лучей. В последнее время космические лучи принято называть энергетическими частицами, они представляют собой заряженные частицы - электроны, протоны и другие ионы, разогнанные до огромных скоростей. В отличие от космических лучей, частицы солнечного ветра - плазма солнечной атмосферы, которая ведет себя, как идеальная проводящая жидкость; при этом электроны и ионы взаимодействуют друг с другом посредством электрических и магнитных полей.

Энергия от Солнца Земле, согласно Дмитреву (1990), Пудовкину (1996), Knive- ton, Todd (2001) и др., передается от потока солнечного ветра в магнитосферу Земли, образующегося в результате обтекания этим ветром земного магнитного диполя. На границе магнитосферы давление плазмы и магнитного поля солнечного ветра уравновешивается давлением плазмы и магнитного поля Земли. Энергия от солнечного ветра поступает в магнитосферу лишь в случае, когда межпланетное магнитное поле имеет заметную компоненту, параллельную земному магнитному диполю, т.е. отрицательную (южную компоненту Bz).

Поток солнечного ветра, взаимодействующего с магнитосферой Земли, формирует работу околопланетного магнитогазодинамического генератора (Френкель, 1949; Копылов; 1999; Пабатт, 2006 и др.). Этот генератор порождает мощные электрические токи во всех токопроводящих сферах вокруг Земли и внутри нее.

Было бы некорректно при рассмотрении влияния солнечной активности на земные процессы не обратить внимания на систему электромагнитного взаимодействия внутри Солнечной системы (Солнце-Земля-Планеты солнечной системы- ближний Космос) и взаимодействие Солнечной системы и Солнца с дальним Космосом. Хотя эти вопросы рассматриваются в гл. 3, здесь отметим, что изолированное исследование влияния солнечной активности на земные процессы, в частности на водные ресурсы, не может полностью объяснить многие вопросы динамики глобального климата, колебаний стока рек, уровня озер. Без учета этого взаимодействия трудно или даже невозможно выполнять сверхдолгосрочное прогнозирование водного режима рек, озер и водоемов.

Электромагнитное влияние Юпитера и Сатурна на климатические характеристики Земли вытекает из электромагнитной модели И. П. Копылова (1999), согласно которой «в системе координат, связанной с магнитным полем Солнца, Солнечную систему можно рассматривать как синхронную машину (Юпитер), у которой демпферная обмотка вращается с асинхронной скоростью на отдельном роторе (Сатурн), а сетью (источником) бесконечной мощности является Солнце».

В Солнечной системе Юпитер и Сатурн не имеют видимой механической связи, но они жестко объединены в единую электромеханическую систему магнитным полем Солнца. С учетом электромагнитного влияния Юпитера и Сатурна на Землю становится понятным эмпирически установленные нами факты влияния конфигурации Юпитера и Сатурна на колебания водности рек (Леонов, 2006).

М. И. Сазонов (1977), анализируя возможное объяснение длительных периодов засушливости, отметил известный из литературы факт - изменение знака солнечно-земных связей при изменении масштабов осреднения данных: от одного до нескольких лет снижение солнечной запятненности может рассматриваться как указание на большую вероятность засухи; от одного до нескольких солнечных циклов, наоборот - снижение уровня солнечной активности указывает на меньшую вероятность засух. Юпитер и Сатурн, обладающие мощными магнитными полями, воздействуют на строение внешней короны Солнца, причем это воздействие не постоянно. Изменения во внешней короне Солнца могут быть перенесены к Земле лишь заряженными частицами высокой энергии.

По современным представлениям, в направлении на апекс солнечный ветер распространяется на расстояние, равное всего лишь 6 а.е., т.е. не достигает орбиты Сатурна. В направлении антиапекса солнечный ветер, или, что то же самое, корона Солнца, вытягивается на 10-20 а.е., т.е. уходит далеко за орбиту Сатурна. Если в этот период имели место какие-то вариации в уровне космических лучей, то это означает, что переход Сатурна из галактического космоса в область, занятую солнечным ветром, приводит к определенным эффектам в космических лучах и, следовательно, можно ожидать определенные вариации с периодом 29-30 лет в ходе земных процессов. Период обращения Сатурна вокруг Солнца равен 29.46 года; при этом примерно 15 лет планета будет находиться в асимметричной короне Солнца, изменяя ее структуру в антиапексе. Последующие 15 лет корона Солнца будет иметь другую структуру, поскольку Сатурн будет находиться вне ее.

Если вхождение Сатурна в солнечную корону способствует повышению проходимости межпланетных космических полей галактическими протонами высоких энергий, то можно допустить, что всякое такое вхождение в прошлом способствовало созданию ситуаций, напоминающих глубокие минимумы солнечной активности, которым соответствуют благоприятные условия для формирования засух. Наличие внешних электромагнитных ситуаций, меняющихся каждые 15 лет, ощущаются на периодических колебаниях водности рек с тем же периодом.

Приведенный пример влияния Сатурна на вариации внешнего электромагнитного поля в зависимости от конфигурации планет служит наглядным примером для понимания сложных электромагнитных взаимодействий в Солнечной системе. В реальной действительности воздействие Сатурна и Юпитера, двух самых больших планет Солнечной системы, преобладает над воздействием всех остальных планет. Более подробно о влиянии планет Солнечной системы на осадки, сток рек и уровни озер будет сказано в гл. 3.

Здесь же отмечено только то обстоятельство, что рассмотрение изолированного влияния солнечной активности на климат и водные ресурсы не соответствует полной картине глобально-космических электромагнитных взаимодействий в системе Космос-Солнце-Земля, а следовательно, и возможности точного долгосрочного прогнозирования колебаний водных ресурсов Земли.

Теоретические разработки И. П. Копылова (1999), В.Д.Дудышева (1984) и Л. А. Похмельных (2003) в области электромагнитного взаимодействия в системе Космос-Солнце-Земля весьма полезны в том отношении, что, не отвергая законов небесной механики, позволили объединить законы механики и электродинамики в единое целое и дали ясное представление о механизмах влияния Солнца и планет Солнечной системы на энергетические, геофизические, электрические процессы Земли.

Если раньше влияние планет на земные процессы относили к области астрологии, то теперь их с полной уверенностью относят к проблемам астрофизики, гелиогеофизики (Жеребцов, Коваленко, 2001) и другим наукам. Л. А. Акимов, И. Л. Белкина (2006), обсуждая электромагнитный механизм взаимодействия внутренних планет с активной областью на Солнце, показали, что максимальное число солнечных вспышек наблюдается вблизи дней прохождения Меркурием афелия и при переходе Венеры из Южного полушария Солнца в Северное.

Система астрологических знаний основывалась на сопоставлении динамики земных процессов и конфигурации планет Солнечной системы; при этом промежуточные звенья (солнечная активность, магнитные поля и другие физические характеристики) из-за незнания выводились за скобки. Это, однако, не мешало таким простым способом в древние века выявлять необходимые корреляции и давать, по словам Б. М. Владимировского и Л. Д. Кисловского, обескураживающе точные прогнозы погоды и климатических изменений древними астрономами.

Электрические токи в недрах Земли и в океанах в настоящее время изучаются с помощью современной аппаратуры, их общее название - теллургические токи.

В результате взаимодействия теллурических токов с земным геомагнитным полем порождаются электромеханические усилия вращения Земли, океанических течений, движение расплавленной магмы и ядра внутри Земли. Теллурические токи являются одной из главных причин сейсмичности и вулканизма. По данным И. П. Копылова (1993), морские течения в океанах и морях также подвержены воздействию теллургических токов.

Электромагнитные взаимодействия дальнего и ближнего Космоса (космические магнитные поля, лучи и другие образования) с Солнцем и Солнечной системой порождают последовательную сложную цепь космогелиогеофизических процессов. В свою очередь потоки энергии от Солнца воздействуют прямым и опосредованным образом на атмосферу, океан, недра и биосферу Земли. Таким образом, тесно связанные между собой геофизические процессы в системе Космос- Солнце-Солнечная система-Земля приобретают первостепенное значение в изучении и прогнозе атмосферы и водных ресурсов суши.

Так как водные ресурсы зависят от изменения климата, то первостепенным при анализе, диагнозе и прогнозе изменения водных ресурсов является вопрос о современном потеплении климата. Традиционно используют три гипотезы изменения климата: естественные причины; под воздействием антропогенных влияний, в частности из-за промышленных выбросов С02; под влиянием естественных и антропогенных факторов.

В первой главе перечислено пять каналов воздействия на климат и водные ресурсы. Одним из таких каналов является солнечно-земной, определяющийся в основном солнечной активностью и электромагнитным взаимодействием Солнца с планетами Солнечной системы. В свою очередь солнечная активность воздействует на климат и водные ресурсы через изменения: галактических космических лучей (ГКЛ); потоков высокоэнергичных солнечных протонов (и электронов); колебаний ультрафиолетового излучения Солнца, солнечного ветра.

Влияние галактических космических лучей (ГКЛ) на осадки (положительная корреляция) в масштабах Южного полушария обнаружено Книветоном и Тоддом в 2001 г. М. И. Пудовкин (1996) и В. А.Дергачев (2005) также считают воздействие ГКЛ на атмосферу и климат одним из каналов воздействия. Вместе с тем, некоторые авторы полагают, что за последние 50-120 лет глобальная облачность увеличилась в течение XX в. безотносительно к вариациям потока ГКЛ.

Две современные основные теории атмосферного электричества были созданы английским ученым Ч. Вильсоном и советским ученым Я. И. Френкелем. Согласно теории Вильсона, Земля и ионосфера играют роль обкладок конденсатора, заряжаемого грозовыми облаками. Возникающая между обкладками разность потенциалов приводит к появлению электрического поля атмосферы. По теории Френкеля, электрическое поле атмосферы объясняется всецело электрическими явлениями, происходящими в тропосфере - поляризацией облаков и их взаимодействием с Землей, а ионосфера не играет существенной роли в протекании атмосферных электрических процессов.

Вопрос о физическом механизме солнечно-земных связей, поднятый в конце XIX в. Г. Вильдом, пока окончательно не решен. Идея о влиянии солнечной активности на состояние нижней атмосферы ранее некоторыми геофизиками отвергалась на том основании, что мощность атмосферных процессов на несколько порядков превышает поток энергии, вносимый в околоземное космическое пространство (магнитосфера Земли) солнечным ветром. В связи с этим представлялось маловероятным, что солнечная активность может сильно воздействовать на состояние нижней атмосферы. Отметим, что эта точка зрения в настоящее время считается неактуальной, так как в целом механизм передачи энергии от Солнца к атмосфере Земли относительно изучен. Кроме того, солнечная энергия составляет более 99 % полного потока энергии, поступающей к Земле.

Доказательства солнечно-земных связей опираются в основном на эмпирические корреляции, которые по своей сути не всегда объясняют ее причинность. Это обстоятельство обычно вызывает сомнения в реальности таких связей. Дискуссионным является вопрос влияния ГКЛ на облачность и осадки; требуют своего разрешения и вопросы прямого воздействия УФ, видимого и инфракрасного излучения на тропосферу и стратосферу, а также другие специфические проблемы физики солнечно-земных связей.

Сотрудники Института солнечно-земной физики СО РАН разработали модель воздействия солнечной активности на климатические характеристики тропосферы Земли (Жеребцов и др., 2005). В основу этой модели положена концепция электро- оптического механизма воздействия солнечной активности на климатические характеристики тропосферы и циркуляцию атмосферы через атмосферное электричество.

Теоретические разработки И. П. Копылова (1999), В.Д. Дудышева (1984), Л. А. Похмельных (2003), не отвергая законов небесной механики, позволили объединить законы механики и электродинамики в единое целое и дали ясное представление о механизмах влияния Солнца и планет Солнечной системы на энергетические, геофизические, электрические процессы на Земле.

Чтобы при сверхдолгосрочных прогнозах водных ресурсов определиться с возможностью их изменения под влиянием роста СОг, рассмотрим этот вопрос с позиций различных специалистов. С. П. Перов, К.В.Показеев (2006), Ю. В. Казанцев (2001), А. А. Пабат (2006) и другие авторы показали, что парниковая гипотеза, лежащая в основе современных глобальных климатических моделей, не доказана. Широкое использование моделей ОЦА, а их сейчас около 30, а также физико- математическое прогнозирование глобальных процессов реально не могут привести к успеху, и «поэтому необходимо искать новые подходы к анализу таких сложных систем, какой является наша Земля». Важно также выяснить механизмы, управляющие климатическими изменениями, и учесть внешние факторы, например солнечную активность и, возможно, резонансные явления в атмосфере, обусловленные ею.

А. А. Пабат, рассматривая дискуссионную проблему глобального потепления, выделил три версии:

первая - глобальное потепление вызвано хозяйственной деятельностью, т.е. «парниковым эффектом» за счет выбросов СО2 при сжигании топлива;

вторая - глобальное потепление не связано с последствиями хозяйственной деятельности, а обусловлено причинами космогенного характера;

третья - при глобальном потеплении имеет место наложение техногенных и космогенных причин. Сторонники третьей версии считают, что потепление носит кратковременный характер и впереди ожидается похолодание.

Тщательно просчитав тепловой и радиационный баланс Земли, А.А. Пабат пришел к следующему выводу: «Усиление парникового эффекта вследствие антропогенного увеличения концентрации углекислого газа не подтверждается теоретическим радиационным и тепловым балансом Земли. Более того, этот эффект не подтверждается экспериментальными исследованиями, что позволяет ставить вопрос о несостоятельности антропогенной концепции глобальных климатических изменений.

По антропогенным выбросам СО2 в атмосферу нельзя прямо, без всяких коррекций, рассчитывать рост его концентрации в воздухе, поскольку он хорошо растворяется в воде. В морях и океанах его содержится в 50-60 раз больше, чем в атмосфере. Любое увеличение содержания С02 в воздухе будет, естественно, вызывать сток этого газа в гидросферу - океан поглощает СО2 в холодных широтах и освобождает на экваторе, поэтому парциальное давление углекислого газа в атмосфере на экваторе несколько выше. Гидросфера является мощным аккумулятором, существенно сдерживающим рост концентрации углекислого газа в воздухе.

Согласно новейшим исследованиям, наиболее достоверным в районе Гавайских островов, где нет промышленных центров, за последние более чем 100 лет содержание углекислого газа в атмосфере, по разным оценкам, увеличилось с 320-325 до 342-344 ppm (миллионных долей), т.е. на 5.8 %. За это же время средняя температура планеты увеличилась с 14 до 14.8°С, т.е. на 5.7%, вследствие чего интегральная эмиссия углекислого газа поверхностью океанов, прежде всего в экваториальных областях, также возросла в весьма коррелируемых масштабах (Гавайские острова расположены на самой теплой параллели - тропическом экваторе со среднегодовой температурой +27°С, что может быть вероятной версией увеличения концентрации углекислого газа)».

Теория «парникового эффекта» физически некорректна (Казанцев, 2001). Она основана на целом ряде допущений, которые неприемлемы для атмосферы Земли: поток излучения постоянен по спектру; параметры излучающей среды стационарны; коэффициент поглощения среды не зависит от длины волны; отсутствует конвекция.

В условиях «плотных» атмосфер, как на Земле, должна применяться адиабатическая теория парникового эффекта (Perovetab, 2001). В этом случае даже при двукратном увеличении углекислого газа в атмосфере и росте давления на 0.15гПа прирост среднегодовой температуры составит 0.01°С. Однако если учесть, что большая часть поступающего в атмосферу СОг растворяется в океане, то вместе с углеродом в карбонаты может переходить часть атмосферного кислорода. Но тогда, как пишут авторы, вместо слабого повышения атмосферного давления следует ожидать некоторого его уменьшения и, следовательно, слабое похолодание климата, а не потепление, как это следует из слабо обоснованных представлений о «парниковом эффекте».

Подробный критический анализ «парникового эффекта» приведен в работах Ю. В. Казанцева (2001), К. Я. Кондратьева с соавторами (2001). При использовании более совершенной методики при расчете средней приземной температуры воздуха оказалось, что температура выросла всего на 0.24°С за столетие.

И. Г1. Копылов (1999) выдвинул и обосновал концепцию прогнозирования климата на ближайшие 50 лет на базе электромеханической модели планеты. Суть концепции основывается на двух главных факторах: выделении тепла за счет торможения планеты и увеличения солнечной активности, а также смещения на запад поперечного теллурического тока, разделяющего теплые и холодные зоны планеты. Следует сказать, что теоретические выкладки И. П. Копылова о выделении тепла при торможении планеты, смещении на запад поперечного тока экспериментально подтверждены натурными наблюдениями. Кроме того, в отдельных районах планеты оба фактора действуют согласно и приводят к заметному потеплению. В части районов за счет торможения происходит потепление, а за счет наступления холодной зоны - похолодание.

На пятнистое распределение температурных полей по планете и разнонаправленных трендов в многолетнем ходе температуры указывал К. Я. Кондратьев, который писал, что представление о повсеместном глобальном повышении температуры за счет «парникового эффекта» не соответствует реальной действительности.

В связи с приведенными выше мнениями авторов (Пудовкин, 1996; Трошичев, 2004; Дмитриев и др., 1990) и их физическими моделями, позволяющими описать пространственно-временную динамику неравномерности распределения глобальной температуры на земном шаре, можно с уверенностью сказать, что модель «парникового эффекта» не только не может адекватно описать похолодания 1946-1975 гг., но объяснить и описать пространственно-временную структуру температурного поля земли. Надежность расчетов средней глобальной температуры по модели «парникового эффекта» также вызывает сомнения.

Большинство выводов о глобальном потеплении получены на основе модельных расчетов. Сейчас имеется около 30 различных моделей общей циркуляции атмосферы, которые используются для прогнозов климата. Известный специалист в области прогнозов ураганов В. Грей отметил, что «глобальные модели не способны ни прогнозировать, ни даже воспроизводить годовой ход температуры ввиду большой сложности климатических систем».

С.              П. Перов, К. В. Показеев (2006) отмечают, что «тропическая зона является значительно более энергонасыщенной, чем внетропические зоны. Циркуляция тропической зоны, охватывающая почти половину земного шара, является большой термодинамической машиной, превращающей тепло океана (в том числе скрытое тепло водяного пара) в кинетическую энергию атмосферы и определяющую в значительной степени термодинамику умеренных и полярных широт. Математическое описание этой машины отсутствует, что и приводит к несовершенству всех климатических и прогностических моделей общей циркуляции атмосферы, поскольку динамика приэкваториального пояса, где необходим учет фазовых переходов и где не применима теорема о сохранении потенциального вихря и квазигеострафический подход, также не поддается адекватному описанию».

На Третьем итоговом докладе МГЭИК сказано, что «прогнозы, рассчитанные на основе сценариев выбросов, ... в соответствии с целым рядом моделей изменения климата свидетельствуют о повышении температуры поверхности Земли в глобальном масштабе в пределах от 1.4 до 5.8 °С в период с 1990 по 2100 г.». Разброс оценок очень велик, чтобы можно было адекватно использовать какую-либо из них для практических целей.

Так обстоит дело с теоретической частью «глобального потепления». Но это еще не все.

Сравнение натурных данных наблюдений современных колебаний температуры атмосферы с ранее предсказанными изменениями термического режима на Земле убеждают в полной несостоятельности теории «парникового эффекта». Согласно (Peros et al., 2001), анализ трендов динамики температуры воздуха за вторую половину XX в. на 16 станциях, расположенных севернее Полярного круга, показал, что на 10 станциях тренд отсутствует, на 4, расположенных на побережье Чукотского моря и моря Бофорта, он положительный (в среднем 08 °С за 50 лет при 5ср = 1 °С) и на двух станциях (побережье моря Баффина) тренд отрицательный (в среднем 1.6 °С за 50 лет при 5Ср= 1.2 °С).

Таким образом, утверждение о глобальном потеплении климата Земли, по данным наблюдений за температурой воздуха в Арктике, не подтверждается. Не наблюдается и необходимого следствия глобального потепления - усиления глобального влагооборота, значимых трендов в общем стоке рек. Нет изменений в эффективных осадках на поверхность Северного Ледовитого океана.

Анализ изменений ледовитости арктических морей за вторую половину XX столетия также не позволяет говорить о сколько-нибудь заметном ее общем уменьшении, особенно, если учесть, что по мнению сторонников глобального потепления льды Арктики должны исчезнуть к середине XXI в.

Не было и ощутимых изменений температуры воздуха, которые по прогнозам идеи глобального потепления должны происходить очень интенсивно, в первую очередь в Арктике. Однако небывало аномальные положительные температуры декабря 2006 и января 2007 гг. заставляют задуматься о будущем климате XXI в. Пока климатологи не могут дать однозначного прогноза на предстоящие 30-50 лет.

Поскольку существуют гравитационное и электромагнитное взаимодействия между Космосом, Солнцем и геосферами Земли, то естественно необходимо уяснить их влияние на водные ресурсы суши, по возможности отдельно. И это несмотря на то, что все системы Земли связаны между собой и изменение водных ресурсов происходит под кооперативным влиянием всех ведущих факторов.

Возвращаясь к процессам на Солнце, следует отметить, что иногда в солнечном ветре возникают крупномасштабные возмущения - межпланетные ударные волны, магнитные облака, области сжатия на границе разноскоростных течений. Это может привести к накачке магнитосферы энергией и возбуждению магнитосферных возмущений, т.е. возникают магнитные бури. Отмечается, что в среднем за 25 лет (1976-2000 гг.) наблюдалось 25 бурь в год, причем в годы солнечного минимума магнитные бури могли отсутствовать по нескольку месяцев, а в годы вблизи максимума наблюдались практически каждую неделю. Экстремальные условия на Солнце и в межпланетной среде отмечались в августе 1972 г., а также в октябре- ноябре 2003 и декабре 2006 г.

Любопытно, что вспышки наблюдались и при минимуме солнечной активности. Отметим, что указанные выше экстремальные условия на Солнце имели гидрологический отклик в виде низкого годового стока рек в 1972 г. в связи с жарким засушливым летом, а в 2003 г. - резкого подъема уровня озер Ладожского, Онежского и других в ноябре-декабре.

В итоге зимние уровни превышали уровни паводочного весеннего периода.

Вспышка 4 ноября 2003 г. была самая мощная за всю историю наблюдений за Солнцем. Мощность ее была такова, что рентгеновские детекторы зашкалили. Вспышке присвоен класс Х28, хотя по косвенным данным ее класс мог бы быть оценен в Х40.

Последние годы отмечены беспрецедентным всплеском солнечной активности, не имеющим аналогов в истории наблюдений за светилом, несмотря на то, что, согласно современным представлениям, Солнце находится сейчас не в максимуме 11-летнего цикла активности. Механизм воздействия солнечных вспышек и на здоровье людей, и на климат Земли, и на процессы в техногенной сфере пока что малопонятен. Тем не менее связь между экстремальными процессами на Солнце и катаклизмами на Земле отмечена давно.

После экстремальных условий 2003 г. в 2004-2005 гг. наблюдались всплески высокой активности. Август был отмечен очередным беспрецедентным ростом активности Солнца. Магнитные бури продолжились. Так, по данным ИЗМИР АН, бушевавшая в ноябре 2004 г. геомагнитная буря была самой мощной за всю историю наблюдений. Она привела, в частности, к значительному (на 7 км) снижению орбиты международной космической станции. Мощная вспышка прошла 5 декабря 2006 г. Ее особенность состоит в том, что она проходила в период минимума солнечной активности. Последствия этой вспышки имели отклик в 2007 г. в виде аномально теплого января.

Не имеющий ни аналогов, ни вразумительного объяснения рост активности светила в последние годы как будто подтверждает, что существующие модели Солнца и процессов на нем еще весьма далеки от достоверности. При этом, по мнению разных авторов, будущее солнечной активности оценивается диаметрально противоположно.

Так, голландский астрофизик доктор лауреат Нобелевской премии Пирс Ван дер Меер (Piers Van der Меег), эксперт Европейского космического агентства (ESA), полагает, что некоторые признаки свидетельствуют о том, что Солнце в ближайшие годы вот-вот взорвется, сообщает служба новостей Yahoo. По словам доктора Ван дер Меера, температура ядра Солнца, составляющая обычно 27 млн градусов по Фаренгейту, за несколько последних лет поднялась до опасных 49 млн градусов. По его мнению, процесс разогрева нашего светила на протяжении последних 11 лет очень похож на изменения, происходящие в звездах перед взрывом Сверхновых, например, в знаменитой Сверхновой 1604 г.

О Солнце как о взрывающейся звезде подтверждаются расчеты А. Е. Ходькова и М. Г. Виноградовой (2004). Энергия вспышки составляет примерно п-1045 эрг при длительности около 10 мин. Термоударная взрывная волна несет от Солнца к Земле интенсивный корпускулярный поток на поверхность планеты 8Т09Дж/см2, что примерно в 108раз больше, чем энергия солнечного излучения на Землю (солнечная постоянная). Последний взрыв на Солнце произошел 0.22 млрд лет назад и привел к образованию впадины Тихого океана.

По мнению Ван дер Меера, процесс глобального потепления, который мы наблюдаем в настоящее время, связан не с действием «парникового эффекта», а как раз с разогревом Солнца. О необычных процессах, происходящих на Солнце, свидетельствуют и снимки гигантских протуберанцев, полученных солнечной и гелиосферной обсерваторией НАСА SOHO, ведущей непрерывные наблюдения за светилом из космоса.

По мнению S.Duhau (2003) и X. И. Абдусаматова (2005), наоборот, ближайшие годы ожидается наступление следующего очередного, достаточно глубокого минимума активности, потока радиации и радиуса Солнца, почти на уровне маунде- ровского. Ориентировочно это произойдет в начале 27-го цикла вблизи 2040±10г. С наступлением нового маундеровского периода ожидается похолодание климата. По данным X. И. Абдусаматова, для отрезков времени порядка века и более также установлено наличие достоверной корреляции между четко установленными периодами значительных вариаций уровня солнечной активности и изменением климата.

При этом отмечается, что поток радиации Солнца как по фазе, так и по амплитуде согласуется на протяжении прошлого тысячелетия (Дмитриев и др., 1990). Более того, в каждом из 18 глубоких минимумов солнечной активности типа маундеровского квази-200-летнего периода, установленных в течение последних 7500 лет, наблюдались похолодания климата, а в период высоких максимумов - потепление.

По данным В.А. Дергачева с соавторами (2005), для систем в тепловом равновесии и отсутствии любых обратных связей увеличение солнечного излучения на 1% обеспечивает повышение поверхностной температуры Земли примерно на 05°С. Любопытно, что температура Мирового океана четко реагирует на изменение солнечной постоянной. На рис. 2.9 представлен хронологический ход аномалий солнечной радиации и аномалий поверхностной температуры Мирового океана. Как видно из рис. 2.9, наблюдается соответствие во временном ходе аномалий температуры Мирового океана и аномалий солнечной радиации, что подтверждает мысль о влиянии неравномерной солнечной постоянной на термический режим Земли. Океан занимает 71 % поверхности Земли.

Радиозондовые измерения температуры воздуха и функции высоты в тропосфере по станциям погоды во всем мире, от полюса до полюса, за период с 1958 до 1999 г. показали наличие ясного И-летнего сигнала в усредненных температурных данных в фазе с солнечным циклом активности. При этом более высокая температура была обнаружена, как и ожидалось, в годы ее максимума.

Особое место в проблеме солнечно-земных связей занимает возникновение солнечных вспышек. Предсказание вспышечной активности Солнца на ближайшие годы и десятилетия - крайне актуальное и сложное дело. Вероятность ошибки этих прогнозов весьма велика.

В работе (Дергачев, Распопов, Юнгер) авторы, исследовавшие статистические взаимосвязи солнечных, межпланетных и геомагнитосферных возмущений, отмечали: «Таким образом, складывается парадоксальная ситуация, при которой современная наука в ретроспективном плане может успешно объяснить происхождение почти всех сильных геомагнитных возмущений, но не может с достаточной степенью достоверности предсказать их возникновение на основе наблюдений Солнца. Для того чтобы повысить надежность прогноза, требуются дальнейший анализ солнечных данных и выявление характеристик, которые позволили бы определять явления среди СМЕ и (или) вспышек с более высокой геоэффективностью».

Нам представляется, что ничего парадоксального в этой ситуации нет, так как для того чтобы составить надежный прогноз сильных геомагнитных возмущений и тем более на отдаленную перспективу, по-видимому, недостаточно опираться только на наблюдения за процессами на самом Солнце. По законам логики прогнозирования необходимо определить факторы более высокого порядка, возможно управляющие процессом и на Солнце, и находящиеся за пределами рассматриваемого объекта (системы). Еще в 1907 г. М. А. Боголепов высказал мысль, что энергетика Земли и Солнечной системы зависит от энергетики электромагнитной Вселенной.

Эта мысль четко сформулирована в работе А. Н. Пискарева (2002). Суть предложения ее автора состоит в том, что «Земля рассматривается не как примитивный диполь по существующей теории излучения, а как результат упругого взаимодействия.

В этом случае получается, что магнитное поле Земли не есть постоянная величина, а есть пульсирующее колебание с частотой 23.35 Гц. Далее, поле Солнца пропорционально диаметру пульсирует с периодом 4.64 с. Поле системы Солнце-Земля, представляя расстояние от Солнца до Земли, пульсирует с периодом около 16.627 мин. Последние данные подтверждаются астрофизиками. На этом основании можно предположить, что 11-летний цикл солнечной активности определяется расстоянием в 5.5 световых лет от некоего, возможно частного, фазового центра нашей Галактики». В работе Л. А. Похмельных (2003) также четко показана взаимосвязь солнечной активности с космической средой.

По данным В. А. Дергачева с соавторами, малый ледниковый период приходился на время, когда интенсивность космических лучей (КЛ) была высокой, а солнечная активность (СА) экстремально низкой.

Необходимость учета характеристик дальнего Космоса при прогнозе солнечноземных связей очевидна. Она диктуется явлениями взаимодействия солнечной системы с субстанцией открытого космического пространства. Прохождение солнечной системой различных областей дальнего Космоса связано с пересечением различных электро-магнитных структур, что оказывает свое влияние на быстродействие солнечно-земных связей. На это еще в 1958 г. обращал внимание академик В. А. Амбарцумян в докладе на первом заседании президиума СО АН, на котором он сообщил, что, по данным радиотелескопов, Солнечная система с середины 1950-х годов начала пересекать магнитополосную галактическую струю, в которой сосредоточены скопления вещества (ионы водорода, гелия, гидроксилов и др.). Это порождает новые явления в Солнечной системе.

В 1999 г. НАСА сообщила, что Солнечная система и Земля в настоящее время погрузилась в «водородное облако» и что в связи с дополнительным притоком массы и энергии будут происходить энерго-информационные преобразования. А. Н. Дмитриев (2002), рассматривая грядущую глубокую ускоренную перестройку Солнечной системы и земного климата, отмечал необходимость изучения влияние дальнего Космоса на земные процессы.

Правда, имеются и более оптимистичные высказывания о возможности прогноза долгопериодных вариаций космических лучей и солнечной активности только с использованием наблюдений за Солнцем. В работе X. И. Абдусаматова (2005) выдвинута гипотеза о том, что наблюдаемые долговременные идентичные вариации активности, радиуса и потока радиации являются следствием одних и тех же процессов, происходящих в глубоких недрах, и скоординированы глобальной вариацией всего Солнца, обусловленной циклическими изменениями температуры в его ядре (рис. 2.10).

Космические измерения потока радиации подтверждают гипотезу X. И. Абдусаматова и показывают, что кривые 11-летних вариаций уровня солнечной активности и величины «солнечной постоянной» взаимокоррелированы и квазипарал- лельны как по фазе, так и по амплитуде. На отрезках времени порядка века и более установлена корреляция между вариацией солнечной активности и климатом.

Согласно X. И. Абдусаматову (2005), долговременная циклическая вариация «солнечной постоянной» S0 выражается формулой


где А - астрономическая единица, обусловленная соответствующими изменениями радиуса солнца /?о и эффективной температуры Т фотосферы:


При ДГэф = 0 вариация радиуса Солнца составляет, а при постоянном радиусе ARq = 0 вариация температуры .ч.(или менее

0.001°/сут), поскольку

На основе сопоставления рядов визуальных измерений радиуса и вариации уровня активности за последние 300 лет установлено, что больший радиус связан с высоким уровнем активности, а меньший - с низким уровнем активности.

Солнце по существу является переменной звездой, пульсирующей, по крайней мере, с тремя квазипериодическими (11, 80 и 200 лет) скоординированными вариациями активности, радиуса и потока радиации. Долговременные геофизические эффекты и климатические изменения определяются совокупным влиянием 11, 80 и 200-летних циклов. Это влияние и наблюдаемое в течение почти трех десятилетий падение вековой составляющей уровня активности (рис. 2.11), вероятно приведет к

Рис. 2.10. Вариации «солнечной постоянной» с 1978 г., взятые из (Абдусаматов, 2005) (а), и изменения среднемесячных значений чисел Вольфа W (б).

Рис. 2.11. Наблюденные уровни 11 -летних квазипериодических колебаний чисел Вольфа W за последние 300 лет (/), циклические вариации вековой составляющей (2) и прогноз до 2040 г. (Абдусаматов,

2005).

снижению уровня 11-летней активности, по крайней мере в трех последующих солнечных циклах после 2000 г.

Согласно исследованиям Х.И. Абдусаматова, в периоды максимального всплеска уровня активности поток интегральной радиации Солнца (ПИРС) всегда был существенно повышенным. Наличие 80-летних колебаний радиуса и ПИРС подтверждается непосредственными наблюдениями, а также вековыми вариациями климата. При этом долговременные глобальные вариации всего Солнца могут служить катализатором генерации циклов активности. На этой основе прогнозируется наступление следующего, достаточно глубокого минимума активности, потока радиации и радиуса квази-200-летнего цикла Солнца. На рис. 2.11 представлены наблюденные уровни 11-летних квазипериодических колебаний чисел Вольфа (W) за последние 300 лет (кривая 1) и циклические вариации вековой составляющей (кривая 2).

Доминирующим фактором климатических изменений - долговременных геофизических эффектов - является совокупное влияние 11, 80 и 200-летних циклов в солнечных вариациях, определяемое соответствующими квазипериодическими скоординированными изменениями как активности, так и размера (а следовательно, и «солнечной постоянной» ASo/Sq ~ 2 ARn/Ro). При этом, хотя амплитуда вариации «солнечной постоянной» не велика, но при длительном сохранении этой величины суммарное воздействие становится достаточно ощутимым.

На рис. 2.12 представлены многолетние колебания кинематического момента Солнца (Р), солнечной активности (IV), уравнения трендов среднегодовой температуры воздуха (0° С) и годового стока р. Венерн-Венерсборг (Q), границы 15-летних периодов: повышенной водности (+) и пониженной (-). Как видно из рис. 2.12, ход солнечной активности на протяжении трех отрезков времени (1700-1780, 1800-1875 и 1900-1990 гг.) характеризовался монотонным возрастанием. В это же время тренд годового стока был отрицательным, а температуры - положительным. Отмеченное свойство в ходе солнечной активности и водности рек является хорошим прогностическим показателем для оценки будущей тенденции в ходе стока.

Рис. 2.12. Многолетние колебания кинематического момента Солнца (Р), солнечной активности (W).

Приведены уравнения трендов среднегодовой температуры воздуха (0° С) и годового стока р. Венерн-Венерсборг (Q). Границы 15-летних периодов: повышенной водности (+) и пониженной (-).

В краткосрочной перспективе не менее интересен отклик годового стока на экстремальные солнечные вспышки. Наиболее известны вспышки 1859, 1989 и 2003 гг. 4 ноября 2003 г. около 19:30 UTC на Солнце произошла самая мощная вспышка за всю историю космической эры. Источником вспышки было пятно № 486, располагавшееся в этот день на краю видимого диска Солнца. Мощность ее была такова, что рентгеновские детекторы КА GOES зашкалили. Вспышке был присвоен класс Х28, хотя некоторые исследователи считают, что класс был еще более высокий. До сих пор рекордсменом была вспышка класса Х20. Коро- нальный выброс ушел от Солнца со скоростью 2300 км/с и задел Землю лишь краешком. Для сравнения: «нормальная» скорость частиц при солнечном выбросе составляет 400 км/с.

Известно, что с появлением вспышек на Солнце связаны многие явления в атмосфере и магнитосфере Земли: полярные сияния, магнитные бури, прекращение радиосвязи на коротких волнах, нарушение работы радионавигационных устройств и пр.

Впервые солнечное экстремальное событие на Солнце как вспышку в «белом свете» наблюдал Р. Кэррингтон 01.09.1859 г. (1860). Энергия наиболее сильных вспышек достигает (1—3)-1032 эрг, это примерно в 100 раз превышает тепловую энергию, которую можно было бы получить при сжигании всех разведанных запасов нефти и угля на Земле. Эта гигантская энергия выделяется на Солнце за несколько минут и соответствует средней (за время вспышки) мощности 1029эрг/с.

За 30-летний период регулярных рентгеновских наблюдений мощных вспышек насчитывается всего 25.

А. А. Дмитриев и Д. В. Говоров (1972) показали, что с ростом солнечной активности увеличивается поверхностная плотность притока коротковолнового изучения к верхней границе атмосферы. Это приводит к возрастанию облачности на всем земном шаре. Взаимно-корреляционная функция между плотной облачностью северного и южного полушарий имеет максимум коэффициента корреляции (г=0.76) при нулевом сдвиге во времени, когда динамическое воздействие полушарий не могло осуществиться. Это подтверждает наличие глобального фактора - воздействия коротковолнового излучения Солнца сразу на оба полушария. Любопытно, что после взрыва водородной бомбы в СССР в 1961 г. реакция стока рек на следующий год была похожа на реакцию после мощной солнечной вспышки - сток возрос.

Как показал анализ табл. 2.2, на следующий год после этих вспышек наблюдалось резкое повышение стока в Европе, России и Южной Америке. При этом в отдельные годы на некоторых реках сток после вспышки уменьшается, что обусловлено местными условиями, неточностью учета стока и другими причинами. Таких случаев около 5-8 %. Для Северо-Американского континента (США, Канада) более выраженным изменением в годовом стоке является его понижение после прохождения солнечных вспышек.

Наличие систематического повышения годового стока на следующий год после мощных солнечных вспышек и относительно устойчивые значения коэффициентов AQ позволяют достаточно просто прогнозировать величину годового стока на следующий год по формуле


где Qnp - прогнозный годовой сток; Q - годовой сток предшествующего года; AQcp - среднее приращение стока, полученное по данным предшествующих лет.

Любопытно, что на реках с засушливым климатом реакция на вспышки выражена более резко. Так, на р. Урал-Кушум AQcp = 2.5, на р. Тобол-Курган AQcp=4.2. Для рек гумидной зоны среднее приращение составляет около 1.1.

Для рек Австралии отмечается очень резкое снижение годового стока после прохождения мощных солнечных вспышек. Так, для р. Муррей-Мива среднегодовой сток в 1956 г. был равен 134 м3/с, а в 1957г. - 3.65 м3/с, т.е. уменьшился в 36.7 раза. Характерно, что для рек США и Канады коэффициенты приращения AQ имеют также отрицательные значения (табл. 2.2), т.е. сток после вспышек на следующий год уменьшается. Снижался и уровень оз. Гурон: в 1859 г. Он составлял 328 см, а на следующий год после вспышки - 286 см, т.е. упал на 42 см. Этот эффект связан либо с быстрым реагированием водосборных бассейнов на увеличение стока в год прохождения вспышки, либо с неодинаковой реакцией атмосферы в Западном полушарии и в Австралии на прохождение мощных солнечных вспышек. Отсутствие у нас стоковых данных по США, Канаде и Австралии за годы мощных вспышек в 1989 и 2003 гг. не позволило проследить этот эффект.

Не следует, однако, забывать о классе вспышек и их прохождении относительно Земли. Дело в том, что потоки плазмы при вспышках на Солнце иногда проходят

мимо Земли или касаются ее только частично. Следует добавить, что при выборе значений AQcp необходимо проявлять осторожность, так как пока нет четкого понимания относительно характера изменчивости ЛQ. Здесь еще предстоит большая работа. Однако это не мешает давать ориентировочные прогнозы стока с годовой заблаговременностью и сравнивать их с результатами прогнозов по другим методикам.

Есть основание предполагать, что энергетическое воздействие вспышек на атмосферу и гидросферу, естественно, затрагивает колебания уровня озер и процессы таяния ледников. Реакция уровня озер по Европе при вспышке 1859 г. четко прослеживается. Так, на Женевском озере в 1859 г. уровень был 2331 см, а на следующий год - 2382 см, т.е. повысился на 51 см. Уровень оз. Венерн в 1859 г. был 327, а на следующий 1860 г. составил 446 см, т.е. повысился на 119 см. Для оз. Селигер характерно повышение уровня за все годы вспышек: 1859-1860 гг. на 7 см, 1956-1957 гг. - на 24, 1969-1970 гг. - на 20,1989-1990 гг. - на 22 см.

Совершенно очевидно, что энергия мощных солнечных вспышек должна воздействовать и на ускоренную абляцию горных ледников. Проследим это воздействие на примере ледников Новой Зеландии (рис. 2.13), по которым имелись балансовые расчеты и наблюдения (Chinn, 1999).

Как видно из рис. 2.13, резко отрицательный баланс массы ледника отмечался в 1970 и 1990 гг., т.е. на следующий год после солнечных вспышек 1969 и 1989 гг. Данный пример еще раз подтверждает тот факт, что реакция гидросферы на мощные

Годы

Рис. 2.13. Индексы баланса массы ледника Тасмана и 47 выбранных ледников, наблюдаемых с 1977 г.

Столбики - годовые значения, кривые кумуляты (нижняя для ледника Тасмана, верхняя по всем 47 ледникам). Индексы баланса косвенно рассчитаны по информации о годовом значении высоты границы питания и выражены по шкале ординат в категориях их гипсометрических отклонений от многолетней средней: вверх - рост баланса массы, вниз - уменьшение.

солнечные вспышки проявляется не только в росте стока равнинных рек и уровня озер, но и в резком таянии ледников. Естественно, что последнее приводит к росту речного стока горных рек, например, Терека, Сунжи, Кубани (табл. 2.2).

Долгое время считалось, что сверхдолгосрочные прогнозы стока можно осуществить самодостаточным образом, привлекая только гидрологические наблюдения за стоком рек, осадками и температурой воздуха. Как показали практика и теория, такие прогнозы в лучшем случае можно осуществить на основе статистических, экстраполяционных методов, точность и заблаговременность которых крайне мала и не удовлетворяет практику народнохозяйственных и водохозяйственных запросов.

Наши работы показали, что для прогноза стока на несколько лет и десятилетий вперед необходимо установить причинно-следственные связи не только с геосферами Земли, но и объектами Солнечной системы, состоянием дальнего и ближнего Космоса (см. гл. 3 и 5). При этом надо принимать во внимание тот факт, что солнечная активность является только одним из «каналов» взаимодействия в гидроклиматической системе Земли. Не менее важное влияние на материковый сток оказывают геологические, океанологические, кометно-метеорные процессы и явления, которые в определенной степени управляются гравитационными силами и солнечной активностью.

Доля вклада того или иного геофизического фактора, в частности солнечной активности, на материковый сток часто не определяется, хотя понятно, что на формирование стока воздействуют одновременно основные факторы всех четырех «каналов» (гравитационно-геологический, атмосферно-океанологический, солнечно-земной и кометно-метеоритный).

Доля солнечной активности в колебаниях характеристик «центров действия» атмосферы Северного полушария (канадский и алеутский минимумы, азорский, сибирский и гавайский максимумы давления), по оценке И. В. Максимова, не превышает 15-20% их общей изменчивости. Из этого факта можно сделать вывод о незначительном влиянии солнечной активности на климат, а следовательно и на сток, в интервале времени от года до двух-трех десятилетий. В. Ф. Логинов (1973) также отмечал, что доля вклада солнечной активности в колебаниях стока рек, уровня озер в среднем равна около 10%.

С учетом обнаруженного факта межгодового колебания стока рек после мощных вспышек на Солнце (табл. 2.2) нам представляется, что доля вклада в этих межгодовых колебаниях стока существенно больше 10-20%. Анализ активности гравитационно-геологического, атмосферно-океанического, кометно-метеоритного каналов в годы вспышек и на следующий год показал, что их деятельность была на уровне фоновых значений либо ниже активного уровня.

Таким образом, резко годовой сток повышался в основном в результате воздействия солнечных вспышек на атмосферу и гидросферу Земли. Следует отметить, что на некоторых реках, например, Каме, Нарве, Тихвинке, в отдельные годы после вспышки наблюдалось небольшое снижение стока. Этот эффект, по- видимому, можно объяснить как местными условиями, регулированием стока, так и погрешностями учета стока, так как изменения стока находились в пределах точности учета.

В подавляющем же числе случаев (95%) для рек Европы и России после прохождения мощных солнечных вспышек на следующий год наблюдался рост стока (табл. 2.2), нередко в последующий один-два года он продолжается. Характерно, что относительная величина приращения стока (AQ) существенно больше для рек засушливой и арктической зон (Урал, Тобол, Оленек, Яна, Индигирка и др.), чем для рек гумидной зоны. С физической и климатической точки зрения это вполне понятно, так как в засушливых зонах Казахстана, Восточной Сибири воздействие циклонической деятельности и перенос влаги существенно снижены, а основную роль в изменении погоды и климата играет солнечная активность.

Для рек США, Канады воздействие вспышек на годовой сток чаще всего носит противоположный характер - сток уменьшается (табл. 2.2). Это, по-видимому, связано с особенностью циркуляции атмосферы в данном регионе. Для рек Южной Америки влияние вспышек на годовой сток положительно, т.е. на следующий год после вспышки наблюдается рост стока. Обнаруженное закономерное повышение стока на различных континентах Земли служит хорошим прогностическим правилом.

В декабре 2006 г. была отмечена мощная вспышка на Солнце. Это дает основание ожидать, что в 2007 г. сток рек и уровень озер Европы и России будет выше, чем в 2006 г. Данный качественный прогноз подтверждается и другими независимыми прогнозами, основанными на иной методической базе.

Проблеме влияния солнечной активности на водные ресурсы и уровни озер издавна уделялось значительное внимание. Анализу подвергались, как правило, связи годового стока с числами Вольфа. В работе (Логинов, 1973) автор показал сложность и неустойчивость солнечно-земных связей, в том числе корреляционных связей между стоком рек, уровнем озер и солнечной активностью. Хрестоматийный пример - неустойчивая связь уровня оз. Виктории с солнечной активностью, полученная В. Ю. Визе (1925). Найдена тесная корреляционная связь между уровнем оз. Ван в Восточной Турции и числами Вольфа за 1945-1973 гг. (Кетре, 1997), причем максимальный коэффициент корреляции (г = 0.7) обнаружен при запаздывании изменения уровня озера на один год относительно изменения солнечной активности. Этот годовой сдвиг прослеживается на всех реках, помещенных в табл. 2.2.

Интенсивность космического излучения, достигающего поверхности планеты, зависит как от интенсивности солнечного излучения, так и от напряженности магнитного поля Земли и вследствие этого - от экранирующего влияния ионосферы и слоев заряженных частиц.

Магнитное поле Земли по своей величине очень мало. Оно в сотни раз слабее, чем поле между концами подковы обычного школьного магнита. Однако земное поле занимает огромный объем, простираясь на десятки тысяч километров от поверхности Земли. А так как энергия магнитного поля пропорциональна объему, то влияние земного поля на процессы в окрестностях планеты очень велико. Если бы поле исчезло, Земля лишилась бы защиты от заряженных частиц, испускаемых Солнцем и захватываемых в магнитные ловушки. Земной шар подвергся бы бомбардировке космическими частицами огромной энергии. Нам не удалось бы увидеть незабываемые по красоте полярные сияния, так как они происходили бы на освещенной

Солнцем стороне Земли вместо окутанных полярной ночью областей, куда отклоняются пути частиц под влиянием магнитного поля.

Из многих гелиофизических характеристик Солнца определенный интерес с точки зрения связи с характером колебания стока рек имеет электромагнитная инверсия. В табл. 2.3 представлены годы появления электромагнитных инверсий Солнца по данным работы А. М. Глухова (1995).

Особенностью размещения инверсий в рядах стока является то, что в маловодных 15-летиях инверсии встречаются только два раза, а в многоводных 15-летиях - три (см. табл. 2.4). При этом для маловодных 15-летий годовой сток при второй инверсии больше, чем в первой (табл. 2.5). Такое распределение стока через шесть лет между I и II инверсиями в определенной мере связано с тем, что перед I инверсией (см. столбец 5 в табл. 2.4) углы между Юпитером и Сатурном составляют 0 или 180°; при этом, как правило, наблюдается малое количество осадков.

Эта устойчивость является хорошим прогностическим предиктором при прогнозах стока методом опорных точек. В табл. 2.5 в скобках даны ожидаемые расходы воды в 2008 г. Следует отметить, что эта четкая положительная разница расходов воды в годы I и II инверсий на других реках не всегда составляет 90 и 270°. При таких углах электромагнитное влияние планет на атмосферу Земли наибольшее, и при этом выпадает, как правило, повышенное количество осадков.

ТАБЛИЦА 2.3

Электромагнитные инверсии Солнца и характер водности в годы инверсий

в пределах 15-летия

Дата инверсии

Длительность интервала, сут.

Водность 15- лстия

Дата инверсии

Длительность интервала, сут.

Водность 15- лстия

20.04.1840

2227

Б

12.10.1925

1891

Б

25.07.1846

2294

Б

30.05.1930

2084

Б

05.11.1852

1868

М

12.02.1936

2334

Б

17.12.1857

2468

М

05.07.1942

2362

М

19.09.1864

1348

Б

23.12.1948

1825

М

22.01.1870

2158

Б

22.12.1953

2387

Б

20.12.1875

2430

Б

05.07.1960

2286

Б

17.05.1882

2338

М

08.10.1966

2202

Б

11.09.1888

1882

М

16.07.1972

2008

М

06.11.1893

2409

Б

14.01.1978

2513

М

11.06.1900

2284

Б

02.12.1984

1892

Б

12.09.1906

2023

Б

06.02.1990

2243

Б

28.03.1912

2116

М

30.03.1996

2339

Б

12.01.1918

2830

М

25.08.2002

2336

М

Примечание.М - малая водность, Б - большая водность.

Астрогелиогеофизическая матрица

Период

Порядковый номер года от начального года каждого 15-летнего периода

Средний сток за 15 лет

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

1877-1891

МЭл

min

И

max в

Эл

90°

С

И,min

в

180°Эл

-

1892-1906

М

Итах

270

Эл

ИТ

Omin

в

max

И 90

+

1907-1921

М

180 Эл

Ив

min

270 С

max

И

0

-

1922-1936

min

М

И

90 Эл

max

И

180

в

minT

И270

+

1937-1951

шах

м

ОЭл

И

min

90 С

max

И

180

-

1952-1966

Ив

max

М270

Эл

И

0

в

min

И90Т

+

1967-1981

max

М180

ИЭл

С

270ттЭл

И

max

0

-

1982-1996

в Эл

И

90ттЭл

М

max

И

180 в

л

Итт 270

+

1997-2011

Эл

max

0

ИЭл

М

С

90min

И

max

180

-

Примечание. И - электромагнитная инверсия Солнца, жирным шрифтом отмечены И, приходящиеся на маловодные 15-летия; шах, min - максимум, минимум солнечной активности; 0°, 90, 180, 270° - уголы между Юпитером и Сатурном; Эл - годы прохождения Эль-Ниньо; М - великие противостояния Марса; С - Сатурн в апексе; Т - комета Темпеля-Татла, в - мощные извержения вулканов. Знак «минус» - пониженный сток, знак «плюс» - повышенный. В случае необходимости используются и другие астрогелиогеофизические показатели.

ТАБЛИЦА 2.5

Годовой сток в годы электромагнитных инверсий на Солнце в 15-летних периодах пониженной водности на реках европейской части России

Г од I инверсии

Сток, mVc

Год II инверсии

Сток, mVc

Разница между I и II

Год 1 инверсии

Сток,

mVc

Год II инверсии

Сток,

мч/с

Разница между I и II

Р. Неман-Смалининкай

Р. Нева-Новосаратовская.

1822

573

1828

666

93

1822

1828

1852

561

1857

570

9

1852

1857

1882

452

1888

516

64

1882

2430

1888

2530

100

1912

492

/>1918

526

34

1912

2660

1918

2840

180

1942

424

1948

500

76

1942

1714

1948

1940

170

1972

401

1978

590

189

1972

2020

1978

3160

1140

2002

444

2008

(522)

2002

2070

2008

2470

2032

Ср.

472

561

78

2200

2620

398

Р. Волга-Волгоград

Р. Северная Двина-Усть-Пинега

1882

9160

1888

11200

2040

1882

3770

1888

4550

780

1912

7990

1918

8340

350

1912

3060

1918

3920

860

1942

8500

1948

9030

530

1942

3350

1948

3650

300

1972

6870

1978

8590

1720

1972

2800

1978

3560

760

2002

8370

2008

(9530)

2002

3200

2008

3880

2032

Ср.

8130

9290

1160

3240

3920

680

Р. Зап. Двина-Витебск

Р. Днепр-Смоленск

1882

146

1888

175

29

1882

64

1888

79

5

1912

176

1918

184

8

1912

78

1918

98

21

1942

165

1948

200

35

1942

68*

1948

82

14

1972

154

1978

273

119

1972

64

1978

98

34

2002

181

2008

(229)

2002

/>74

2008

(93)

2032

Ср.

164

208

48

70

89

19

Р. Онега-Надпорожный погост

Р. Нарва-Васькнарва

1912

116

1918

140

24

1912

321

1918

333

12

1942

92

1948

113

21

1942

24

1948

24

0

1972

83

1978

153

70

1972

73

1978

92

219

2002

2008

(135)

2002

355

2008

60)

Ср.

97

135

38

Сред.

268

316

73

Р. Кама-Пермь

Р. Унжа-Макарьев

1882

1870

1888

1840

30

1882

1888

1912

1490

1918

1740

250

1912

151

1918

169

18

1942

1650

1948

1960

10

1942

128

1948

202*

74

1972

1850

1978

2070

220

1972

132

1978

289

157

2002

1750

2008

1900

149

2002

2008

220

2032

2032

Ср.

1720

1900

180

Ср.

137

220

83

Смещение лет II инверсии на один и два года по отношению к годам с углами 90 и 270° между Юпитером и Сатурном, естественно, может повлиять на величины годового стока, но для десяти рек ЕТР разница между годовым стоком в годы I и II инверсий устойчива по знаку (табл. 2.5). Короткие ряды наблюдений предопределяют невысокую точность этих прогнозов, которые можно оценивать как ориентировочные.

При использовании метода опорных точек большое значение имеют прогнозы наименьшего и наибольшего среднегодового расхода воды в каждом 15-летнем периоде. В табл. 2.6 приведены прогнозы наименьшего годового стока в 15-летних периодах, основанные на сопоставлении основных астрогелиогеофизических характеристик с наименьшим годовым стоком.

Как видно из табл. 2.6, годы наступления наименьших значений годового стока приходятся на наименьшие и наибольшие значения X (на гребне и впадине X), годы минимума солнечной активности, годы конфигураций Юпитера и Сатурна при углах 0 и 180°, годы великих противостояний Марса и электромагнитных инверсий Солнца. Все вышеперечисленные космофизические характеристики вычисляются (прогнозируются) с высокой точностью, за исключением годов наступления минимума солнечной активности. Прогнозное значение стока выбирается по годам, имеющим наибольшее число совпадений. Например, для Волги в 2011 г. наблюдалось два совпадения X и Ю-С (0 и 180°). В силу синхронизации астрогелиогеофизических характеристик отмеченные в табл.2.6 годы их прохождения группируются в узком временном интервале, что облегчает прогнозирование даты (года) наступления ожидаемого наименьшего годового стока.

Обращает на себя внимание и четкое чередование годовых наименьших расходов воды в маловодных и многоводных 15-летиях. Значения наименьшего годового стока в многоводные 15-летия выделены жирным шрифтом. Прогнозное значение Qmm на предстоящие маловодные и многоводные 15-летия вычисляются как средние арифметические из предшествующего ряда наблюдений. Точность прогноза gmin оценивается по величине расхода воды от 5-7 до 10-20%, а по дате ±1-3 года. В табл. 2.6 приведены значения Qmm с заблаговременностью в 15 лет с учетом пяти астрогелиогеофизических показателей. Оценка ожидаемого стока с заблаговременностью в 30 лет дана ориентировочно, с учетом циклических колебаний стока. Расчеты пяти основных астрогелиогеофизических показателей не приводятся.

В многолетней перспективе солнечную активность целесообразно анализировать с учетом 200-летнего солнечного цикла, отмеченного в ряде работ С. С. Васильева с соавторами (1999) по данным о вариациях Д14С в кольцах деревьев показали, что - 200-летний солнечный цикл является одним из доминирующих в голоцене. На основе долговременных дендрохронологических данных, собранных тремя независимыми научными группами, продемонстрировано наличие ~ 200-летних климатических вариаций, имеющих высокий коэффициент корреляции (до R = 0.82) (Распопов, Дергачев, Юнгер) с аналогичными вариациями солнечной активности; это также позволяет считать, что - 200-летний солнечный цикл является одним из доминирующих солнечных циклов в голоцене. Таким образом, можно утверждать, что солнечная вариабельность является источником этих климатических вариаций. Оно

Год

Qmin

mVc

Водность

15-лстия

X

СА, nun

Ю-СО или180°

Марс, год противостояния

Инверсии

Солнца

Год Значение АТ Год АТ Год АТ Год АТ Год АТ

ТАБЛИЦА 2.6

Наименьшие годовые расходы воды Q во всех 15-летних непересекающихся рядах стока,

их прогноз и соответствующие им астрогеофизические характеристики

р. Нева-Новосаратовка (1876-2026 гг.)

1876

1940

Б

1876

1069

0

1878

+2

1876

0

1877

+1

1875

-1

1891

2000

М

1891

302

0

1889

-2

1891

0

1892

+2

1893

+2

1892

2180

Б

1891

302

-1

1889

-3

1891

-1

1892

0

1893

+1

1921

1780

М

1919

-334

-2

1923

+2

1921

0

1918

-3

1922

2340

Б

1923

-1066

+1

1923

+ 1

1921

-1

1924

+2

1925

+3

1940

1340

М

1941

-1065

+1

-

-

1941

+ 1

1939

-1

1942

+2

1965

1940

Б

1965

149

0

1964

-1

1966

+1

1966

+ 1

/>1973

1580

М

1973

317

0

-

1971

-2

1971

-2

1972

-1

1996

2120

Б

1992

-4

1996

0

1996

0

1996

0

2003

1650

М

2001

-2

2006

+3

2001

-2

2003

0

2002

-1

ПРОГНОЗ на 15-летие 2012-2026 гг.

2017

2100

Б

2017

2017

2021

2018

2014

2033

1670

М

Р. Волга-Волгоград (1891-2011 гг.)

1891

6420

М

1891

302

0

1889

-2

1891

0

1892

+2

1893

+2

1898

5770

Б

1899

164

1

1901

+3

1896

-2

1892

0

1893

+ 1

1921

5180

М

1923

-1040

2

1923

+2

1921

0

1918

-3

1936

5820

Б

1936

239

0

1933

-3

1936

0

1924

+2

1925

+3

1937

5090

М

1936

239

-1

1933

-4

1936

-1

1939

-1

1942

+2

1956

6220

Б

1956

-257

0

1954

-2

1956

0

1966

+1

1975

5280

М

1974

-140

-1

1975

1971

-2

1971

-2

1972

-1

1996

5610

Б

1997

-1070

1

1996

0

1996

0

1996

0

/>ПРОГНОЗ на 15-летие 1997-2012 гг.

2011

2016

5490

5860

М

Б

2011

-55

0

2006

2011

2018

2014

Р. Северная Двина-Усть-Пинега (1886-2011 гг.)

1886

2350

М

1886

302

0

1889

+3

1886

0

1892

+4

1893

+2

1898

2460

Б

1899

164

1

1901

+3

1896

-2

1892

0

1893

+ 1

1913

2410

М

1913

-1040

0

1913

0

1911

-2

1909

-4

1918

-3

1936

2720

Б

1936

239

0

1933

-3

1936

0

1939

+3

1925

+3

1937

1780

М

1936

239

-1

1933

-4

1936

-1

1939

+2

1942

+2

1960

2130

Б

1960

-1071

0

1964

4

1961

+1

1956

-4

1966

+1

1967

2210

М

1965

149

-2

1964

-3

1966

-1

1971

+4

1972

-1

1996

2550

Б

1997

-1070

1

1996

0

1996

0

2003

+7

1996

0

ПРОГНОЗ на 15-летие 1997-2012 гг.

2011

2190

М

2011

-55

0

2006

2011

0

2018

2014

2020

2460

Б

Примечание к таблице 2.6. К 15-летиям повышенной водности годового стока (Б) относятся 1862-1876 гг., 1892-1906, ..., 1982-1996, 2012-2026 гг., а к маловодным (М) - 1877-1891, 1907-1921,..., 1967-1981, 1997-2011 гг. Средний наименьший годовой расход воды для 15-летия повышенной водности (Б) для р. Невы равен 2100, а для маловодного - 1670 м3/с. Годы прохождения: X- 19-летней составляющей потенциала приливообразующих сил Луны, CAmin - минимума солнечной активности, Ю-С (0 и 180°) - наступления конфигурации Юпитера и Сатурна. АТ - расхождение между годом наступления наименьшего стока и годами наступления индексов X, CAmjn, а также углов Ю-С, великих противостояний Марса, электромагнитных инверсий Солнца.

подкрепляется глобальным характером проявления квазидвухсотлетней климатической цикличности: аналогичные вариации выявлены в различных районах Земли (Европа, Северная и Южная Америка, Азия и т.д.).

Кроме 200-летнего солнечного цикла выявлен 2300-2400-летний солнечный цикл (Ходьков, Виноградова, 2004; Duhau, 2003 и др.). Наличие этого сверхдлинного цикла подтверждает идею синхронизации космических, геологических, климатических процессов, а также объясняет периодичность холодных периодов в течение голоцена, полученных из гляциохимических временных рядов из кернов GISP2 в Гренландии (Кузнецов, Сорохтин, 2000). Из этого следует, что наиболее холодный климат повторяется примерно через каждые 2000 лет. В настоящее время с учетом 2300-2400-летнего солнечного цикла мы живем в период ожидаемого длительного похолодания. Кстати, к такому же выводу пришли многие сторонники астрономической теории климата М. Миланковича.

В работе по «тюменскому проекту» («Цикличность движения тел Солнечной системы и ритмичность природных процессов») (Мельников, Смульский, 2004) авторы рассмотрели астрономическую теорию ледниковых периодов на базе решения неупрощенных дифференциальных уравнений движения современными численными методами с использованием суперкомпьютера. Хотя они и отмечают, что на климат влияют самые разнообразные факторы, в настоящее время, по их мнению, лишь один фактор изменения климата на Земле может быть верифицирован (подвергнут строгому научному анализу) - взаимодействие тел Солнечной системы. С такой позицией трудно согласиться, так как существует достаточно серьезно подтвержденная эмпирическими, космическими и физическими материалами теория гелиоклиматических связей. Нет оснований сбрасывать со счетов антропогенное влияние, в частности влияние орошаемого земледелия, которое, например в бассейне Аральского моря, привело к жесточайшему гидроэкологическому кризису и гибели моря.

С критикой же глобального потепления за счет антропогенного роста парникового газа С02 следует согласиться. Авторы отмечают, что роль человека и «парниковых газов» в изменении глобального климата, скорее всего, не больше, чем наша возможность влиять на движение планет и Солнца.

Галактические космические лучи (КЛ) являются основным фактором ионизации в атмосфере выше одного километра, что может приводить к формированию облачности за счет увеличения образования заряженных аэрозолей (Дергачев и др.), которые в конечном счете могут стать ядрами конденсации облаков в атмосфере. А. А. Дмитриев, Д. В. Говоров (1972) впервые обнаружили связь между изменением низкой облачности и потоком КЛ. Экспериментальные данные (рис. 2.14) свидетельствуют о сильной корреляции между низкой облачностью и потоком КЛ. По-видимому, КЛ являются уникальным механизмом, благодаря которому появляются возможности объяснить изменения климата на различных временных шкалах, и этот механизм объединяет ряд различных физических процессов, связанных с процессами на Солнце, в околоземном космическом пространстве (ОКП) и на Земле.

Первые прямые измерения солнечного рентгеновского потока были проведены в США в конце 50-х годов прошлого века группой Дж. Уинклера и Л. Петерсона при помощи регистраторов - простых сцинтилляционных счетчиков, установленных на воздушных шарах. Впоследствии такие же регистраторы, измерявшие излучение от всего Солнца в широком спектральном диапазоне, были установлены на ракетах и спутниках. Но настоящее развитие рентгеновская астрономия получила тогда, когда были созданы мощные ракеты и большие космические станции, способные нести на борту достаточно сложные и высокотехнологичные телескопы, имеющие пространственное и спектральное разрешение.

Влияние солнечной активности на годовой сток наиболее четко обнаруживается в засушливых зонах Земли. В частности, среднегодовой континентальный сток Австралии в годы максимума и минимума солнечной активности (СА) существенно различается (табл. 2.7). Континентальный сток Австралии в годы максимума СА в среднем в 2.4 раза превышает сток в годы минимума С А.

Рис. 2.14. Сравнение изменений усредненных по 12 месяцам данных облачного покрова (/), интенсивности космических лучей - Climax монитор (2) - и данных облачного покрова после удаления тренда (J) в течение почти двух циклов солнечной активности.

Среднегодовой континентальный сток Австралии в годы максимума и минимума солнечной активности (СА)

Г оды максимума С А

Годовой сток, км3

Г оды минимума С А

Г одовой сток, км3

1917

681

1923

242

1928

333

1933

179

1937

580

1944

215

1947

222

1954

336

1957

934

1964

159

1968

-

1976

-

1979

-

1986

-

1989

-

1996

-

Средний

550

Средний

226

ТАБЛИЦА 2.8

Годовой сток (в м3/с) в годы наступления максимума (САтах) и минимума (CAmin) солнечной активности, приходящийся на 15-летие повышенной и пониженной водности

р. Сев. Двина-Усть-Пинсга

р. Колумбия-Тс Дале

Год

СА,

max

Год

CAmj|,

Год

СА,

max

Год

СА,

min

Б.В.

м.в.

Б.В.

М.В.

Б.В.

М.В.

/>Б.В.

М.В.

1883

3080

1878

1883

1878

1893

4260

1889

2960

1893

6504

1889

3659

1906

3910

1901

3330

1906

4467

1901

3659

1917

3370

1913

2410

1917

6000

1913

6097

1928

4990

1923

5250

1928

5808

1923

5069

1937

2110

1933

3200

1937

3834

1933

6006

1947

3380

1944

3030

1947

5567

1944

3359

1957

4020

1954

2940

1957

5392

1954

5950

1968

3470

1964

3470

1968

5000

1964

5493

1979

3140

1976

3310

1979

4190

1976

6028

1989

3240

1986

3670

1989

1986

2000

3140

1996

2550

2000

1996

Средний

4080

3100

3490

2930

5543

4918

5240

4780

Примечание. Здесь и далее БВ - повышенная водность, МВ - пониженная водность.

Рис. 2.15. Колебания коэффициентов р и Р относительно лет наступления максимальной (САтах) и минимальной (CAmjn) солнечной активности для годового стока р. Неман-Смалйнинкай.

В работе Е. А. Леонова (1992) дана методика погодичного прогноза стока рек с заблаговременностью от года до 6 лет, основанная на учете фаз солнечной активности в 11-летнем солнечном цикле с использованием метода наложенных эпох. Средняя ошибка за весь интервал прогноза для 40 рек составляет ±6%. Пример графика для составления прогнозов представлен на рис. 2.15. Коэффициенты Ри 3 определяются по данным за прошлые годы по формулеи

Прогноз осуществляется по формуле:,

                                          и т.д.

Влияние Солнца на колебание стока рек в годы Qckmx*. в среднем выше, чем в годы ??cAmin (табл. 2.9). Как уже отмечалось (табл. 2.5), для рек европейской территории России в маловодных 15-летиях в годы II инверсии годовой сток всегда выше, чем в годы I инверсии. Для рек Сибири и Дальнего Востока, наоборот, в годы II инверсии - ниже. То же характерно для Центральной и Западной Европы. Колебания стока рек различных континентов I и II электромагнитных инверсий Солнца в маловодных 15-летиях обусловлено общей циркуляцией атмосферы и астрогео- физической обстановкой. С учетом этих обстоятельств годы инверсий служат хорошим прогностическим индикатором ожидаемых изменений стока во времени. В табл. 2.10 приведены годы появления инверсий и соответствующие им расходы годового стока рек континентов.

В табл. 2.11 приведены данные о стоке рек разных континентов за маловодные и многоводные 15-летия. Годы для столбца №6 (I инверсия) относятся к маловодным 15-летиям (серое) и №12 (И инверсия). По три инверсии имеют многоводные 15-летия (остальные). Для маловодных 15-летий сток в годы II инверсии

Река- пункт

Средний годовой расход воды, м3/с

Приращение стока, %

№6

№ 12

Волхов-VI ГЭС

456

584

28

Нева-Новосаратовская

2200

2620

19

Свирь-ГЭС

577

627

8

Неман-Смалининкай

484

528

9

Днепр-Орша

88

116

32

Западная Двина-Витебск

160

208

30

Тихвинка-Г орелуха

17.0

24.4

44

Ока-Муром

902

1030

12

Кама-Пермь

1720

1900

10

У нжа-Макарьев

137

195

42

Вятка-Киров

407

442

8

Сухона-Рабаньга

116

180

64

Буй-Кострома

49.4

88.9

56

Приток в оз. Песьво

59.0

114

52

Азиатская часть России

Иртыш-Тобольск

2480

2390

-4

Обь-Новосибирск

1840

1560

-16

Бия-Бийск

502

439

-14

Зея-Зейские ворота (приток)

845

693

-22

Енисей-Енисейск

7690

7150

-8

Селенга-Улан-Уде

604

577

-5

Амур-Хабаровск

8630

7650

-13

Западная Европа

Венерн-Венернсборг

520

446

-17

Влтава-Прага

144

129

/>-12

Лаба-Декин

295

23

-4

Даллельвейн-Фагоби

339

289

-17

Дунай-Оршова

5610

5190

-8

Луара-Монтжан

799

830

4

Рона-Мулатира

817

1073

31

Рейн-Базель

976

1024

5

США, Канада

Миссисипи-Клинтон

1829

1325

-38

Миссури-Харман

2389

2253

-6

Сускочеван

1243

1040

-20

Река- пункт

Средний годовой расход воды, м3/с

Приращение стока, %

№6

№ 12

Пенобскот

365

317

-15

Южная Америка

Парана-Корриентас

18300

13700

-34

Чикама-Салинар

15.4

28.6

86

Африка, Азия

Нигер

ИЗО

1520

34

Сенегал

500

846

69

Янцзы-Ханькоу

22000

23800

8

Австралия

Мурей-Мива              14.4              39.9              277

Примечание. В маловодном 15-летии две инверсии, в многоводном - три. Первая инверсия приходится на столбец №6, вторая - на №12 в матрице (15xN) в табл.4.

для рек России, Африки больше, чем в годы I инверсии. Для рек США, Канады, Южной Америки, наоборот, сток в годы II инверсии меньше, чем в I. Для многоводных 15-летий определенной упорядоченности нет.

Весьма интересный результат сверхдолгосрочного прогнозирования уровня Каспийского моря на основании гипотезы солнечно-земных связей был получен Н. Н. Соловьевой (2004), что позволило ей дать прогноз стока р. Волги на период 1990-2056 гг. Прогноз на 1990-1999 гг. оправдался.

Расхождение прогнозного среднего стока за 10 лет от наблюденного составило 2 %. С учетом данных наблюдений за 2000-2005 гг. ожидается, что и прогноз на 2000-2009 гг. оправдается с точностью 2-3 %. В табл. 2.12 приведены средние расходы воды по 10-летиям. Сравнивая результаты прогнозов среднего стока за 1980— 2056 гг., полученные Н. Н. Соловьевой и Е. А. Леоновым разными методами, видим, что они практически одинаковы: расхождение составляет менее 1 %.

Средний расход за период 1980-2056 гт. по прогнозу Н. Н. Соловьевой - 8640 м3/с по прогнозу Е. А. Леонова - 8560 м3/с

На основании гипотезы солнечно-земных связей с учетом запаздывающего отклика водных ресурсов на солнечную активность она составила прогноз стока р. Волга-Волгоград на период 1990-2056 гг. Прогноз на период 1990-1999 гг. полностью оправдался.

По мнению Н. Н. Соловьевой (2004), устойчивое снижение стока наступит с 2056 г. с доверительным интервалом в 10 лет в обе стороны, т.е. допустимые пределы года перелома в ходе стока ожидается в период 2050-2065 гг. Такое мнение в какой-то степени согласуется с прогнозом солнечной активности X. И. Абдусама- това. По его мнению, в конце данного 200-летнего цикла ожидается наступление

ТАБЛИЦА 2.11

Значения годового стока рек разных континентов за все годы прохождении магнитных инверсий Солнца для маловодных и многоводных 15-тилетий

Период

Год

Расход воды, м3 /с

Порядковый номер года в матрице (15xN)

Число инверсий в 15-летай

р.Сев. Двина- Усть-Пинега

р.Конго-

Киншас

р. Муррей- Мива

Миссисипи - Клинтон

р.Парана-

Корриентас

1877-1891

1882

3770

2661

6

2

1888

4550

1900

12

1892-1906

1893

4260

1464

/>

2

1900

3850

1142

9

3

1906

3160

1912

16105

15

1907-1921

1912

3060

39500

11.2

1430

19858

6

1918

3920

41500

34.4

1064

13930

12

JL

1922-1936

1925

3170

40700

51.9

883

12166

4

1930

3880

38600

54.0

890

16908

9

3

1936

2720

40900

13.6

1021

13689

15

1937-1951

1942

3350

413003

17.7

1505

18000

6

о

1948

3650

42300

45.4

980

13150

12

1952-1966

1953

3740

36425

51.5

1409

12693

2

1960

2130

45558

10.6

1401

15733

9

3

1966

3920

41517

13.5

1355

19583

15

1967-1981

1972

2800

37600

1720

17066

6

2

1978

3560

43000

1356

14017

12

1982-1996

1984

3100

1893

3

1990

3940

9

3

1996

2550

15

1997-2011

2002

3200

6

л

2008

(3920)

12

2

Примечание. Жирным шрифтом выделены стоки 15-летних периодов.

ТАБЛИЦА 2.12

Фактические расходы воды за период 1890-1990 гг. и прогнозные величины среднегодового стока р. Волги-Волгоград с 1990 по 2056 г. по данным Н. Н. Соловьевой и данным автора

Годы

Расход воды, м3/с / км3

Измеренный расход воды, м3/с / км3

Ошибка

Годы

Измеренный расход воды м3/с, км3

Прогноз,

м3/с

Ошибка

Данные наблюдений

Данные наблюдений

1880-1889

9280/ 293

1877-1891

8920

1890-1899

8120/256

1892-1906

8320

1900-1909

8030/ 253

1907-1921

7920

Годы

Расход воды, м3/с / км3

Измеренный расход воды, м3/с / км3

Ошибка

Годы

Измеренный расход воды м3/с, км3

Прогноз,

м3/с

Ошибка

1910-1919

8370/ 264

1922-1936

8400

1920-1929

8920/281

1937-1951

7420

1930-1939

6430/ 205

1952-1966

7650

1940-1949

8000/252

1967-1981

7280

1950-1959

7670/242

1960-1969

7280/ 230

1970-1979

7230/228

1980-1989

7980/252

Прогноз по данным работы Н.Н.Соловьевой

Прогноз по методу а (Леонов)

1990-1999

8670/273

8850/279

2

1982-1996

8360

7700

9

2000-2009

8820/ 278

(8700)*

0)

1997-2011

(8400)**

8400

О)

2010-2019

8740/275

2012-2026

9030

2020-2029

8460/ 267

2027-2041

8520

2030-2039

8510/268

2042-2056

9160

2040-2049

8810/278

/>

2050-2056

9140/288

Примечание. В скобках приведен средний расход воды за 10 лет, полученный по наблюденным шести годам и расчетным четырем годам; Средний расход за 15 лет получен по наблюденным за 9 лет и расчетным за 6 лет.

следующего очередного достаточно глубокого минимума активности и радиуса- потока радиации, сравнимого с уровнем маундеровского минимума: по его оценкам, - в начале 27-го цикла, ориентировочно вблизи 2040±10г., а вслед за этим с отставанием на 17±5 лет - наступление очередного климатического минимума, глубокого похолодания климата Земли, сравнимого с малым ледниковым периодом минимума Маундера. Похолодание климата обычно приводит к повышению стока.

Даты переломных точек в ходе солнечной активности у Н. Н. Соловьевой (2004) и X. И. Абдусаматова (2005) совпадают. Добавим, что еще ранее Г. Я. Васильева с соавторами (1972) прогнозировали спад солнечной активности после прохождения ее 23-го цикла.

Проведенный анализ различных литературных источников по проблемам климата, физики солнечно-земных связей, в том числе гидроклиматического режима рек и озер, позволил оценить современный уровень знаний и понимания различных эффектов влияния солнечной активности на климат, сток рек, уровень озер в пределах временных отрезков от миллионов и тысяч лет до сотен и десятков лет.

Идея воздействия Солнца на климат Земли, хотя в принципе и не опровергалась, так как 99 % полного потока энергии поступает на Землю от Солнца, но безупречных доказательств о передаче потоков энергии из верхних слоев атмосферы в нижние (тропосферу) не было. Кроме того, связь атмосферных явлений с солнечной активностью не постоянна, т.е. положительные коэффициенты корреляции менялись на отрицательные. Это давало повод скептикам даже в эпоху космонавтики утверждать, что оснований говорить о причинных связях между солнечной активностью и климатом нет. В подтверждение этой точки зрения выдвигаются идеи о том, что многие (если не все) климатические циклы Земли могут быть объяснены без обращения к солнечной активности и антропогенным факторам, так как они могут быть результатом автоколебаний в самой системе (атмосфера-океан-суша). Если бы Земля была замкнутой системой, не зависящей от воздействия ближнего и дальнего Космоса, то такая точка зрения могла бы найти поддержку, но в реальности все природные системы открытые и гипотеза о независимости жизни и гидроклиматических явлениях на Земле от внешних космических факторов противоречит современным знаниям.

М. И. Пудовкин и А. Л. Морозова (1997) наглядно показали проявление циклов солнечной активности в вариациях индексов температуры и увлажненности в Швейцарии с 1525 по 1989 г.

Зафиксированный разогрев Солнца в последние годы с повышением температуры до опасных 49 млн град, по Фаренгейту привел к ощутимым климатическим последствиям. Активизация мощных солнечных вспышек в фазе минимума солнечной активности, ранее не наблюдавшихся, также привела к ощутимым резким межгодовым колебаниям стока рек, уровня озер (см. табл. 2.2).

В гносеологическом и физическом плане астрогелиоклиматические связи объективно реально существуют в различном пространственно-временном масштабе, что позволяло исследователям использовать их для расчетов и прогнозов различных земных явлений, в том числе гидроклиматических процессов. Как отмечают И. П. Шестопалов и Е. П. Харин (2004), «под влиянием мощных солнечных вспышек происходит переход энергетических процессов внутри Земли из одного состояния в другое». Этот эффект обнаружен авторами при исследовании взаимосвязи между солнечной, сейсмической и геомагнитной активностью Земли за период 1900— 2002 гг. (Пудовкин, Морозова, 1997). На протяжении 11-летнего солнечного цикла сейсмическая активность возрастает в периоды минимальной солнечной активности во время крупных вспышек.

Влияние мощных солнечных вспышек на межгодовое колебание стока рек Земли показано на примере множества водотоков всех континентов (см. табл. 2.2). Для водных ресурсов, как уже было отмечено выше, водность рек в фазе максимума солнечной активности обычно возрастает, как и при прохождении мощных вспышек на Солнце. При этом водный режим суши рассматривается как часть единого физического процесса в системе Космос-Солнце-Земля.

Несмотря на то, что причины солнечной активности и ее цикличность остаются не до конца раскрытыми, современные знания о влиянии Солнца, планет Солнечной системы на все геосферы Земли, в том числе и на гидрологический режим вод суши, достаточно обширны.

В настоящее время в связи с развитием прогнозов космической погоды в реальном времени по данным наземных станций космических лучей (Козлов, 2002), а также создания автоматизированной системы прогноза космической погоды по данным нейтронных мониторов в режиме реального времени (Турпанов и др., 2002) существенно расширены возможности использования информации о состоянии как солнечной активности, так и геофизической обстановки в Солнечной системе. Это повышает достоверность гидрологических прогнозов на следующий год.

Анализ солнечной активности и воздействия Солнца, планет Солнечной системы на атмосферу Земли и водные ресурсы суши позволил сделать следующие выводы. В 60-70-х годах прошлого века стало ясно, что климат на Земле, а следовательно, и режим вод суши, контролируются поведением магнитного и электрического полей, которыми Земля связана с Солнцем, Луной, Юпитером, Сатурном и другими планетами и межпланетной средой. Теоретическим обоснованием электромагнитного взаимодействия Земли, Солнца и планет Солнечной системы в настоящее время являются научные работы многих авторов. Доказана существенная роль не только Солнца, но и космической среды. В частности, погружение Солнечной системы в «водородное облако» привнесло дополнительную энергию и вещества в оболочки Земли, что усилило быстродействие солнечно-земных и астро- земных связей и повысило неустойчивость гидроклиматических процессов на Земле. В деятельности Солнца установлены полициклические колебания с периодами 11, 22, 80-90, 200 и 2300-2400 лет. Наличие циклических колебаний солнечной активности с различной периодичностью определяет и циклические колебания гидро- климлтических характеристик. Доля вклада солнечной активности в многолетних кочеоашшх стока рек, уровня озер, осадков оценивается в среднем величиной в 10 -20 %. 11о данным X. И. Абдусаматова и др. (2007), доля вклада «солнечной постоянной» в формировании климата Земли существенно превышает долю вклада ССЬ. Самое сильное проявление солнечной активности, влияющее на Землю и ее водные ресурсы, связано с отдельными мощными солнечными вспышками. Они развиваются в активных областях со сложным строением магнитного поля и затрагивают всю толщу солнечной атмосферы. Энергия большой солнечной вспышки достигает огромной величины, сравнимой с количеством солнечной энергии, которую получает наша планета в течение целого года. Это приблизительно в 100 раз больше всей тепловой энергии, которую можно было бы получить при сжигании всех разведанных запасов нефти, газа и угля. Нами впервые в гидрологических исследованиях установлено глобальное импульсное влияние мощных солнечных вспышек класса X на межгодовые колебания стока. Для последних с шагом в один год под воздействием мощных солнечных вспышек, как это было, например, в 1858, 1956, 1969, 1989 и 2003 гг., доля вклада ориентировочно оценивается в 80-90 %. При этом для рек Европы, России. Южной Америки после вспышки на следующий год наблюдается рост стока в 95-100% случаев, а для США, Канады, Австралии - снижение его. Наличие отмеченной связи позволяет после прохождения мощных солнечных вспышек прогнозировать ожидаемое на следующий год приращение (снижение) стока рек и повышение (понижение) уровня озер. Ориентировочный прогноз стока дается с использованием коэффициента приращения AQ, определяемым эмпирически по данным наблюдений прошлых лет (табл. 2.2). Влияние вариаций солнечной активности на вариации ступенчатого тренда годового стока, осредненного по непересекающимся 15-летним интервалам времени (см. рис. 2.4, 2.12; табл. 2.6), отсутствует либо не ощутимо. Четкое колебание 15- летних средних величин стока (больше, меньше) на всем протяжении стоковых рядов определяется влиянием конфигурации Юпитера и Сатурна на электромагнитное состояние ОКП, которое меняется в зависимости от конфигурации этих планет. В долгосрочной перспективе 80-90 лет при монотонном росте активности Солнца происходят монотонный рост (тренд) температуры и спад водности европейских рек (см. рис. 2.4, 2.12). Данная связь позволяет оценивать продолжительность периода роста (тренда) водности с учетом длительности этого солнечного цикла и времени нулевого отсчета для прогноза. Однако следует с осторожностью использовать сведения о трендах годового стока для прогностических целей при коротких рядах стока. Двухсотлетний солнечный цикл является основным, однако из-за коротких рядов годового стока рек и уровня озер его проявление в их водном режиме выявить не удалось. По прогнозам X. И. Абдусаматова (2005) и Г. Я. Васильевой (1972) после прохождения 23-го и 24-го солнечных циклов ожидается снижение солнечной активности, аналогично Маундеровскому периоду и снижению температуры воздуха на Земле, наблюдавшемуся в XIII в. Однако в связи с прохождением Солнечной системы через магнитополосную галактическую струю (по трактовке НАСА, - «водородное облако») возникли процессы, нарушающие равновесие состояния планет и Солнца. Это повлекло за собой ряд неординарных явлений, ранее не наблюдавшихся. В 23-м цикле Солнце вело себя непредсказуемо, что поставило в тупик гелиогеофизиков. 11-12 мая 1999 г. прекратился корпускулярный поток с поверхности Солнца, и солнечный ветер уменьшился на 98 % (!). Это вызвало ряд новых состояний магнитосферы Земли. В апреле-мае 2001 г. за две недели произошло 11 рентгеновских вспышек, одна из которых достигла рекордной величины Х22. Необычные явления на Солнце, произошедшие в последние годы, заставляют с осторожностью принимать прогнозы по ожидаемому снижению солнечной активности. Для стока Волги, для уровня Каспийского моря связь с солнечной активностью имеют достаточно высокие коэффициенты корреляции, что позволило Н.Н. Соловьевой (2004) составить сверхдолгосрочные прогнозы до 2056 г. За период 1990-2006 гг. прогноз полностью оправдался. В годы прохождения I электромагнитной инверсии на Солнце сток рек меньше, чем при прохождении II (табл. 2.8, 2.9, 2.10). При этом в маловодные 15-летая (М) проходит две инверсии, а в многоводные (Б) - три. Таким образом, во внешнем электромагнитном фоне наблюдается разница, которая, возможно, и определяет устойчивое различие водности этих двух 15-летий. В годы с максимальными значениями чисел Вольфа для ряда районов Земли речной сток существенно выше, чем в годы с минимальными значениями. Например, континентальный сток Австралии в годы максимума СА превышает сток в

годы минимума в среднем в 2.5 раза (табл. 2.5). Влияние солнечной активности также сказывается в зависимости от водности 15-летий - повышенной или пониженной (табл. 6). В работах прошлых лет (Леонов, 1989; Логинов, 1973; Сазонов, 1977), посвященных оценке и прогнозу речного стока и уровню озер по связи с числами Вольфа, отмечалась неустойчивость таких связей. Данное обстоятельство носит естественный закономерный характер, присущий большинству однофакторных связей, так как они не учитывают многофакторную природу гидроклиматических процессов. При определенных условиях использование солнечно-земных связей допустимо и продуктивно. В качестве примера можно сослаться на работу Н. Н. Соловьевой, упомянутую выше. Влияние солнечной активности на климат, в том числе на приземную температуру, наиболее четко проявляется в аридных областях. Коэффициент корреляции между средней мощностью цикла СА и приземной температурой воздуха Прибайкалья равен 0.97. Для сравнения коэффициент корреляции между концентрацией С02 и приземной температурой воздуха равен 0.10, при этом связь статистически не значима. Долгопериодное воздействие солнечной активности на климат освещена в работах (Мельников, Смульский, 2004; Турпанов и др., 2002; Chinn, 1999). Несмотря на ряд неожиданных, ранее не наблюдавшихся мощных процессов на Солнце и в Космосе, в многолетних рядах стока рек России пока не наблюдается кардинальных перемен. Сохраняются многолетние тенденции, отклонения единичных величин годового стока за последних два десятилетия находятся в рамках статистической достоверности. Однако обращают на себя внимание резкие сдвиги во внутригодовом распределении месячного стока рек и уровня озер при мощных вспышках на Солнце, в частности, резкий рост уровня Ладожского озера в декабре 2003 г. после октябрьской вспышки. Декабрьский уровень превысил уровни мая и июня - месяцы, когда обычно наблюдаются наибольшие сезонные уровни. Даже на такой северной реке, как Северная Двина, наибольший расход в декабре 2006 г. был равен 11 000 м3/с, а в паводок 2007 г. - 11380м3/с. Резкие скачки месячных и декадных уровней озер и стока рек четко проявляются на фоне мощных солнечных вспышек с некоторым запаздыванием.

<< | >>
Источник: Леонов Е. А.. Космос и сверхдолгосрочный гидрологический прогноз. 2010

Еще по теме ВЛИЯНИЕ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИНА ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И УРОВЕНЬ ОЗЕР:

  1. 3.2.4. Водное хозяйство Водные ресурсы
  2. Водные ресурсы. Использование и загрязнение
  3. 13.1. Водные ресурсы и водное хозяйство страны
  4. 1.1. Солнечное сияние и солнечная радиация
  5. 3.4. Влияние аварийных подъемов на ресурс зубчатой передачи
  6. И. Б, Басаев ВЛИЯНИЕ ТРУДО-ФОНДООБЕСПЕЧЕННОСТИ НА ИО ПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ В АГРОПРОМЫШЛЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ.
  7. Происхождение озер
  8. ОТ ВЕЛИКИХ ОЗЕР ДО МИССИСИПИ
  9. Водные инфекции
  10. 4.9. Организация и наведение переправ через          водные преграды
  11. Как информация становится информационным ресурсом? Основные понятия и сущность информационных ресурсов
  12. Классификация ресурсов является одной из основных методологических задач наряду с выработкой общейконцепции и концептуальных подходов изыскания и мобилизации экономических ресурсов для реализацииструктурообразующих программ развития региона.
  13. 4. Солнечный и тепловой удары
  14. Использование твердых отходов в качестве вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) и вторичных материальных ресурсов (BMP)
  15. 6. «Горячая» Вселенная. Солнечная система