本期嘉賓：國家空間科學中心副研究員 趙新華
採訪人：中國氣象報記者 王敬濤
太陽給地球帶來光明和溫暖，帶來日夜和季節的輪迴，左右著地球冷暖的變化，為地球生命提供各種形式的能源。與地球上的風、雨、雷、電等天氣現象類似，太陽也存在諸多不同時空尺度的活動現象，如太陽輻射、黑子、光斑、譜斑、耀斑、日冕物質拋射等，太陽活動則是這些現象的總稱。那麼，地球氣候的變化會受到作為空間天氣現象的太陽活動影響嗎？
太陽活動與氣候變化：一個古老的課題
早在1801年，一個名叫赫謝耳(Herschel)的歐洲人推測太陽活動可能與地球氣候之間存在聯繫，並得出太陽黑子少時地球上降水量少的結論。這是關於太陽活動對地球氣候影響的最早論述。在隨後的兩百年裡，人們找到很多支持證據，表明太陽活動與某些氣候要素之間具有良好的相關性。譬如，太陽黑子持續異常減少的蒙德極小期(1645年至1715年)在時間上正好對應於西歐「小冰期」的低谷期、北半球陸地表面溫度與太陽活動周期長度之間具有很強相關關係，前者被1976年《科學》雜誌所報導，後者則在1991年《科學》雜誌上發表。
以聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）氣候變化評估報告為代表的主流觀點認為，20世紀中葉以來的全球變暖極有可能是由人類活動排放的溫室氣體造成的。然而，有研究指出，IPCC的氣候模型低估了自然因素對氣候變化的影響，卻誇大了人類活動的貢獻。太陽活動是地球氣候變化自然驅動力中的一個重要組成部分，研究太陽活動對地球氣候變化的影響仍具有十分重要的意義。
太陽活動與全球氣溫變化有一定相關性
在太陽活動中的一個重要現象就是太陽黑子，它有明顯的11年周期性變化。目前，有關太陽黑子數與地球上天氣、氣候變化之間的關係已有一些研究，並表明它們之間確實存在著一定的相關性。
人類大約在400年前開始對黑子進行觀測，對太陽的變化規律有了一些科學認識；現代意義上的對太陽活動的觀測始於人造衛星上天之後，距今已有半個世紀的資料積累。在研究中，使用了兩組數據，一組是百年時間尺度的，另一組是萬年時間尺度的，分析了太陽活動和地球氣溫變化之間的周期性和相關性。研究結果顯示，太陽活動和地球溫度的變化具有共同的周期性；同時，太陽活動和溫度變化之間具有顯著的相關關係。
分析1880年至2012年間太陽黑子數與全球平均氣溫變化的周期性，發現兩者有4個顯著共振周期；用同樣的技術方法分析太陽總輻照（太陽輻射經大氣層吸收、散射、反射後到達固體地球表面的輻射能量）與全球平均氣溫的周期性，發現有兩個共振周期。可見全球平均氣溫的變化是受太陽活動調製的。
萬年尺度的數據是由分析樹木年輪和南極冰芯中的同位素含量變化間接重構得到的。在分析萬年尺度的重構數據時，也發現了類似的規律：太陽黑子數與南極局地氣溫有4個共同變化周期，並且太陽黑子的變化領先於地球溫度的變化，而大氣中二氧化碳含量的變化則滯後於溫度的變化。
太陽活動發生在約1.5億千米之外的太陽大氣中，氣候變化則發生在地球上，這樣的共同周期性是不是巧合？研究發現太陽活動與地球溫度之間具有顯著相關性。在百年尺度上，11年滑動平均太陽總輻照與地球平均氣溫的相關係數為0.8至0.9，置信度大於99.9%。如果太陽總輻照和地球氣溫毫不相干的話，它們之間具備這麼高相關性的概率低於千分之一。
太陽活動對地球氣候的影響機制需進一步研究
目前，國際上廣泛提出的太陽活動影響地球氣候的理論機制主要有三種：太陽總輻射機制，認為太陽活動引起的到達地球大氣上界的總太陽輻射變化，驅動了氣候變化；太陽短波輻射變化機制，認為太陽紫外輻射變化能引起地球中高層大氣物理、化學性質的變化，並通過行星波作用等將這些變化傳遞到對流層，進而引起天氣、氣候變化；空間天氣機制，認為太陽活動影響地球空間環境中的各種粒子通量，通過對特定區域雲微物理過程的影響，導致雲層宏觀特徵變化，在短時間尺度上引起氣象要素變化，長時間尺度上引起全球雲量和雲壽命變化，導致全球輻射平衡變化，驅動氣候變化。
然而，太陽活動和氣候系統都是高度複雜的體系，它們之間的關係也肯定不是簡單的線性關係，要尋找這樣兩個複雜系統之間的內在聯繫是一件非常困難的事。目前，科學家們僅僅做了一些簡單的分析，尚未到定量評估的深度。從科學概念上說，相關不一定有內在聯繫，即使高相關也可能是由偶然因素引起的。
太陽活動與全球氣候變化的聯繫，是一項很古老、涉及領域很寬廣的交叉學科。其研究結果對於全球變暖研究有一定參考意義，它告訴人們：太陽活動對地球氣候變化的影響是有待加深認識並需要充分考慮的一個因素。
太陽活動除了太陽黑子外，還有太陽風、耀斑、日冕物質拋射、高能粒子等，這些不同的太陽活動對地球氣候是否有影響、會如何影響、影響程度有多大？這些還需要空間天氣和氣象、氣候專家進一步合作來回答。
（責任編輯：唐淼）