寒潮肆虐,但太阳表示“我不负责”

近日寒潮肆虐,举国享受“速冻”。在这个“最冷的双休日”,中央气象台发布寒潮橙色预警,西北地区中东部、内蒙古中部、华北大部等地已经出现6~10℃的降温,局地降温11~12℃,全国多地出现了降雪。

虽说万物之源在太阳,但并没有任何证据证明,短时间的空间天气活动与短时间的天气变化有关。从实际观测结果来看,尽管地球上的冷空气闹的不亦乐乎,但太阳活动非常平稳。从现有理论来说,影响气候的主因是地球自身的北极浮冰、气压和冷空气等。

我们先来讲讲空间天气预报经常用到的几个参数,来看看近期它们有没有什么与天气变化能对的上的“玄机”。国家空间科学中心-空间环境预报中心给我们带来最新的太阳活动:(因为太阳自转周是27天,所以数据发布常以27天为单元)

太阳活动F10.7指数是太阳光中波长10.7cm的辐射量,它经过大气时几乎不被吸收,而与太阳活动强弱成正比,所以我们在地面上观测这个波段来衡量太阳活动。图1给出了近期的太阳活动F10.7指数,每天一个值,均在100左右,非常平稳。一般要有明显的起伏,比如如果今天突然出现一个150以上的指数,就说明太阳“发威”了。

X射线就是通常医院X光用到的那种波长较短的辐射。太阳活动剧烈时,能看到很亮的光斑,也就是耀斑,它会发射大量的X射线。图2给出了近期近期太阳X射线耀斑事件,达到一定程度才会在图中用黄色的方块来警示出现的日期和时间,而我们看到只有元旦附近有强的耀斑活动,近期太阳活动很平稳。

太阳冕洞是太阳上向外喷发高速太阳风的区域。太阳冕洞Pch因子是根据太阳日冕极紫外图像上中心区域(左图中的方块)的亮度计算的。而太阳风是太阳向宇宙不断外流的等离子体(太阳物质在高温下形成混合的电子、离子),太阳风速度大其能量也比较强,在地球附近通常有每秒350-350千米的速度。如果磁场合适,配上每秒800千米以上的高速太阳风,就可能在地球引起多种效应。近期太阳冕洞Pch因子和太阳风速度(右图)的变化都在正常范围内,不会对地球造成大的影响。

迄今的理论和观测研究中,没有任何证据证明,短时间的空间天气活动与短时间的天气变化有关。这次平稳的空间天气与剧变的地球天气观测也与之相符。这次寒潮,太阳表示我不负责。而什么指数能反映这次寒潮到来呢?北极涛动(Arctic oscillation,AO)可以反映。北极涛动是北半球中纬度地区与北极地区气压形势差别。空气会从高气压流向低气压。北极涛动指数大于零,说明北极气压低于中纬度地区,北极冷空气的南下被抑制;小于零,则北极气压高,冷空气容易南下,形成寒潮。从图4来看,从1月初开始,AO指数持续为负,冷空气南下,从上周开始非常的强。最近几天随着冷空气南下,气压变化,AO指数越来越小,寒潮会很快过去。

有研究认为,在全球变暖的大趋势下,当下出现北极涛动异常,冷空气极其活跃,属于极端天气。全球气候变暖不仅仅会使全球平均温度升高,还会造成极区浮冰减少、洋流紊乱,使得高温、干旱、寒潮、暴雪、暴雨等极端天气更容易出现。

同时,有很多理论研究认为,长期变化的地球气候还是会受到太阳活动等的影响的,例如一些长期观测指出,太阳活动强弱与地球的冰期等可能存在关联。

总的来说,关联因素需要不断假设、不断观察、不断比较。太阳活动和地球天气,有没有关系可不要想当然。也许偶尔我们能看到一些仿佛能在对应起来的事件,其中的过程和机制也需要大胆假设、小心求证。


PS:对空间天气变化感兴趣的朋友,可以下载国家空间科学中心-空间环境预报中心的手机APP-“e SpaceWx”,或关注官方网站https://www.sepc.ac.cn/发布的信息。