Η Ηλιακή Δραστηριότητα στον 21ο Αιώνα και η Ακτινοβολία στο Έδαφος:
Creators: name: Ντάμπος, Αντώνιος Ευαγγέλου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2013
Subjects: Ηλιακή Δραστηριότητα στον 21ο Αιώνα
Ηλιακή Ακτινοβολία στο Έδαφος
Κλίμα
Solar Variability in the 21rst Century
Solar Surface Radiation
Climate

description: Ο Ήλιος αποτελεί την πηγή ενέργειας του κλιματικού συστήματος της Γης και οι παρατηρήσεις δείχνουν πως αποτελεί ένα μεταβλητό αστέρι. Κατά τη διάρκεια των τελευταίων ετών αυξήθηκε σημαντικά η γνώση σχετικά με την ηλιακή μεταβολή και την επίδρασής της στο κλίμα της Γης, λόγω του προσδιορισμού της φυσικής μεταβλητότητας και της συνεισφοράς της στη παρατηρούμενη κλιματική αλλαγή, η οποία οφείλεται κατά κύριο λόγο στην ανθρώπινη δραστηριότητα που οδηγεί στην αύξηση της συγκέντρωσης των θερμοκηπικών αερίων στην ατμόσφαιρα. H μέγιστη κατανόηση των αλλαγών του παρελθόντος αποτελεί τη βάση για μία αξιόπιστη πρόβλεψη των μελλοντικών αλλαγών. Στην εργασία αυτή μελετήθηκε η επίδραση του ενδεκαετούς ηλιακού κύκλου στα μελλοντικά επίπεδα της ολικής και ανέφελης ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει στην επιφάνεια της γης. Για τη μελέτη αυτή χρησιμοποιήθηκε μια προσομοίωση του μοντέλου Χημείας EMAC-FUB σύμφωνα με το σενάριο SCN-B2d που αναφέρεται στην περίοδο 1960-2100. Για την εξαγωγή του ηλιακού σήματος χρησιμοποιήθηκαν τρεις διαφορετικοί μέθοδοι: ανάλυση κατά Fourier, ανάλυση συσχέτισης και ανάλυση composites, και αναλύθηκε τόσο η ετήσια όσο και η εποχική διακύμανση. Η ανάλυση πραγματοποιήθηκε ώστε να διερευνηθεί η προκύπτουσα κατά Fourier περίοδος των 10,9 ετών που χαρακτηρίζει τον 11-ετή ηλιακό κύκλο. Αν και το αποτέλεσμα της ανάλυσης αυτής αποτέλεσε η ανίχνευση του συγκεκριμένου σήματος πάνω από ορισμένες περιοχές (όπως για παράδειγμα στον Ισημερινό Ειρηνικό Ωκεανό), δεν συνεπάγεται πως υφίσταται μία σχέση αιτίου – αποτελέσματος μεταξύ του εντοπισμένου περιοδικού σήματος και του 11-ετούς ηλιακού κύκλου καθώς αυτό θα μπορούσε να αποτελεί συνέπεια άλλων μηχανισμών που χαρακτηρίζονται από μία περίοδο όμοια με αυτή του 11-ετούς ηλιακού κύκλου. Επιπρόσθετα η μέθοδος της ανάλυσης Fourier δεν παρέχει πληροφορίες σχετικά με την κατεύθυνση της διακύμανσης, αν δηλαδή η ηλιακή ακτινοβολία στο έδαφος αυξάνεται ή μειώνεται κατά τη διάρκεια του ηλιακού μεγίστου. Επομένως πραγματοποιήθηκε ανάλυση συσχετίσεων (correlation analysis) η οποία επιβεβαίωσε πως ένα μέρος του σήματος που εντοπίστηκε πρωτύτερα οφείλεται όντως στον 11-ετή ηλιακό κύκλο. Επίσης η ανάλυση συσχετίσεων, έδειξε ότι η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία ελαττώνεται στον Ισημερινό Ειρηνικό Ωκεανό, ενώ αυξάνεται εκτός. Το μέγεθος της μεταβολής καθορίστηκε με την ανάλυση composites. Βρήκαμε, ότι κατά τη διάρκεια του ηλιακού μεγίστου περίπου 4 W/m2 λιγότερα θερμαίνουν τον Ειρηνικό Ωκεανό στον Ισημερινό, καθώς και περίπου 3 W/m2 περισσότερα θερμαίνουν τον Ειρηνικό Ωκεανό σε μεγαλύτερα γεωγραφικά πλάτη (μέχρι 15ο). Δεδομένου ότι μεταβολές της ίδιας τάξης μεγέθους δεν παρατηρούνται στην ανέφελη προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι οι προηγούμενες μεταβολές οφείλονται σε αλλαγές της νεφοκάλυψης. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, φαίνεται πως η νεφοκάλυψη αυξάνεται στον ισημερινό κατά το ηλιακό μέγιστο και μειώνεται σε περιοχές εκτός, σε συμφωνία με δημοσιευμένες εργασίες. Επιπλέον, ανιχνεύσαμε παρόμοιες εποχικές μεταβολές, τόσο κατά τη διάρκεια της καλοκαιρινής, όσο και της χειμερινής περιόδου. Σε παγκόσμια κλίμακα το μέγεθος των προσομoιούμενων μεταβολών της ολικής προσπίπτουσας ακτινοβολίας είναι μικρό, σε συγκεκριμένες περιοχές, όπως για παράδειγμα στον Ειρηνικό Ωκεανό, δεν είναι αμελητέες και μπορούν να προκαλέσουν μεταβολές στην επιφανειακή θερμοκρασία ή σε τοπικά συστήματα κυκλοφορίας ανέμων.
description: The Sun is the energy source of the Earth’s climate system and observations show that it is a variable star. During recent years there has been a big increase of knowledge about the solar variability and its impact on the Earth’s climate. The interest in these subjects was boosted due to the need of better understanding and attribution of natural variability and its impact on the climate in the context of current climate change, caused mainly by human activities that enhance the atmospheric concentration of greenhouse gases. Correct attribution of past changes is key to the prediction of future changes. In this study we investigate the influence of the 11-year solar cycle on the future levels of the incoming total and clear sky solar radiation that reaches the surface of our planet. For this purpose we used data from one simulation of the CCM (Chemistry-Climate Model) EMAC-FUB, which covers the time period 1960 – 2100. This simulation was performed following the SCN-B2d scenario of the CCMVal-2 Activity (Chemistry-Climate Model Validation-2/SPARC). For the extraction of the solar signal three different methods were applied: Fourier analysis, linear correlation analysis and composite analysis. The modulation of the incoming solar radiation was studied on annual and seasonal basis. The Fourier analysis was performed in order to investigate the 11-year periodic signal of the solar cycle variation. Though the result was the detection of a signal with an almost identical periodicity (10.9 years) over some areas (such as the Pacific ocean at the equator) this doesn’t actually imply a cause and effect relationship between the observed 10.9 year period and the 11-year solar cycle. Therefore a correlation analysis was performed, which showed that a part of the detected signal was indeed the result of the 11-year solar cycle variation. It also showed that the incident solar radiation decreases at the equatorial Pacific ocean and increases beyond this region. The amplitude of this variation was determined by a composite analysis, according to which 4 W/m2 less from solar minimum to solar maximum heat up the equatorial Pacific ocean region during solar maximum and more at about 3 W/m2 heat up the Pacific ocean at higher latitudes (until 15ο). These variations don’t manifest themselves in the data of the incident clear sky solar radiation, leading us to the conclusion that the previously mentioned variations are caused by variations of the global cloud cover. According to our results, during solar maximum conditions there seems to be an increase of the cloud cover over the equator and a decrease of it at areas beyond that in accordance to recent studies. Furthermore, we detect similar seasonal variations during the summer and winter seasons. In global scale the amplitude of the simulated variations of the incident total solar radiation is generally small, though in some areas (e.g. the Pacific Ocean) it is big enough in order to cause variations on the surface temperatures or the local wind circulation patterns.