태양활동 및 기후

Solar activity and climate
The graph shows the solar irradiance without a long-term trend. The 11 year solar cycle is also visible. The temperature, in contrast, shows an upward trend.
일조 강도(노란색)는 1880년 이후 온도(빨간색)로 표시하였다.

일조 강도와 일조 변화 패턴은 지질학적 시간 스케일의 기가바이트를 위해 수천 년 동안 기후변화의 주요 원동력이 되어 왔지만, 최근 온난화에서 그것의 역할은 미미한 것으로 밝혀졌다.[1]

지질학적 시간

참고 항목: Sun § Life 단계

지구는 약 45억 4천만년 전에[2][3][4] 태양 성운으로부터 축적되어 형성되었다. 화산 폭발은 아마도 원시적인 대기를 만들어냈을 것이다. 그것은 거의 산소를 포함하지 않았고 인간과 대부분의 현대 생활에 독성이 있었을 것이다. 지구의 많은 부분이 다른 물체와의 잦은 충돌로 인해 녹아버렸고 이로 인해 극단적인 화산 활동이 일어났다. 시간이 흐르면서 이 행성은 냉각되어 단단한 지각층을 형성했고, 결국 액체 상태의 물이 표면에 존재할 수 있게 되었다.

30~40억년 전 태양은 현재 에너지의 70%만 방출했다.[5] 현재의 대기 구성 하에서 과거의 태양 광도는 물이 균일하게 얼지 않도록 하기에는 부족했을 것이다. 그럼에도 불구하고, 액체 상태의 물이 이미 Hadean과[6][7] Arcian[8][6] eons에 존재했다는 증거가 있고, 이것은 희미한 태양 역설로 알려져 있다.[9] 이러한 모순에 대한 가설의 해결책에는 현재 존재하는 것보다 훨씬 더 높은 농도의 온실가스를 가진 엄청나게 다른 대기가 포함된다.[10]

이후 약 40억 년에 걸쳐 태양의 에너지 생산량이 증가했고 지구 대기의 구성도 바뀌었다. 약 24억년 전의 대산소 사건은 대기의 가장 주목할 만한 변화였다. 향후 50억년 동안, 태양은 매우 밝은 적색 거성이 되고 나서 아주 희미한 백색 왜성이 기후에 극적인 영향을 미칠 것이며, 적색 거성 국면은 이미 지구상의 어떤 생명체도 종식시킬 가능성이 있다.

측정

주요 기사: 태양 관측

1978년 이후 일조 강도는 정확도가 매우 우수한 인공위성에 의해 직접 측정되었다.[11]: 6 이러한 측정은 태양의 총 일조 강도는 태양 주기의 ~ 11년 동안 +-0.1% 변동하지만, 1978년 측정을 시작한 이후 평균값이 안정적임을 나타낸다. 1970년대 이전의 일조 강도는 나무 고리, 태양 흑점 수, 그리고10 Be와 같은 우주성 동위원소의 풍부함과 같은 대리 변수를 사용하여 추정되며,[12] 이 모든 것들은 78년 이후의 직접 측정에 의해 보정된다.[13]

다양한 요인(GHG, 일조 강도 포함)의 효과를 개별적으로 그리고 조합하여 시뮬레이션한 것으로, 특히 태양 활동이 관측되는 것과 달리 작고 거의 균일한 온난화를 발생시킨다는 것을 보여준다.

태양활동은 1960년대 이후 감소 추세에 있는데, 이는 태양 흑점이 각각 201개, 111개, 165개, 159개, 121개, 82개로 나타난 것이다.[14] 1978년에 이어 30년 동안 태양과 화산 활동의 조합은 약간의 냉각 영향을 끼친 것으로 추정된다.[15] 2010년 한 연구에서는 자외선이 증가하고 다른 파장은 감소하는 등 태양 복사 구성이 약간 달라졌을 가능성이 있다고 밝혔다.[16]

근대

현대에 들어서 태양은 기후에 거의 영향을 받지 않는 충분히 좁은 띠 안에서 활동해 왔다. 모델은 태양 변이와 화산 활동의 조합이 서기 1000년과 1900년 사이의 상대적 온도와 냉기의 기간을 설명할 수 있다는 것을 나타낸다.

홀로세네

수많은 고생물 재구성은 태양 변동성과 기후 사이의 관계를 찾아 왔다. 특히 북극 고생물체는 총 일조 강도 변화와 기후 변동성을 연관시켰다. 2001년 논문은 홀로세네 전역의 북대서양 기후에 중요한 영향을 미친 1500년 동안의 태양 주기를 확인했다.[17]

리틀 아이스 에이지

주요 기사: 리틀 빙하기

태양 활동과 기후 변화의 역사적 장기적 상관관계 중 하나는 최소 1645–1715 마우더로, 유럽에서 한파가 만연했던 "작은 빙하기"와 부분적으로 겹친 태양 흑점 활동이 거의 없거나 전혀 없는 기간이다. 리틀 빙하시대는 대략 16세기에서 19세기에 걸쳐 있었다.[18][19][20] 낮은 태양 활동이나 냉각을 유발한 다른 요소들이 논의되고 있다.

1460년에서 1550년 사이의 Spörer 최소값은 상당한 냉각 기간과 일치했다.[21]

2012년 논문은 대신 '유황이 풍부한 4개의 큰 폭발이 있는 50년 동안의 비정상적인 에피소드'를 통해 리틀 빙하시대를 화산학과 연결시켰고, 이 현상을 설명하기 위해 "태양광의 큰 변화는 필요하지 않다"고 주장했다.[22]

2010년 논문은 새로운 90년 동안의 낮은 태양활동이 지구 평균 온도를 약 0.3℃까지 감소시킬 것이며 이는 온실가스의 증가된 압력을 상쇄하기에 충분하지 않을 것이라고 제안했다.[23]

화석연료시대

1979-2009: 지난 30년 동안, 지상 온도는 태양 흑점의 경향과 상관되지 않았다. 맨 위 플롯은 태양 흑점이고 아래는 지구 대기 온도 동향이다. 엘치콘과 피나투보는 화산이었고 엘니뇨는 해양 변동성의 일부분이다. 온실 가스 배출의 영향은 그러한 변동들 위에 있다.
자연 기후 변동성, 온실가스 배출, 토지 이용 변화 등과 같은 인간의 영향과 태양 변동성의 영향을 포함한 여러 요인들이 지상 기후 변화에 영향을 미쳤다.

최근의 태양 활동과 기후 사이의 연관성은 수량화되었고 20세기 초부터 발생한 온난화의 주요 동인은 아니다.[24] 20세기 후반의 온난화를 재현하기 위해서는 인간에 의한 강제조치가 필요하다.[25] 몇몇 연구들은 20세기 온난화의 일부와 함께 태양 순환에 의한 조사의 증가를 연관시킨다.[26][27]

태양 활동이 기후에 영향을 미치는 세 가지 메커니즘이 제안된다.

  • 일조 강도는 기후("방사성 강제력")에 직접 영향을 미친다. 이는 일반적으로 변동의 측정된 진폭이 너무 작아 유의미한 효과를 가지지 못하며 일부 증폭 과정이 없기 때문에 작은 효과로 간주된다.[28]
  • 자외선 성분의 변화. UV 성분은 총량보다 더 다양하기 때문에 UV가 불균형적인 효과를 갖는 어떤 (아직 알려지지 않은) 이유라면, 이것은 더 큰 태양 신호를 설명할 수 있을 것이다.
  • 구름 덮개의 변화 등 은하 우주선의 변화(태양풍의 영향을 받는 것)에 의해 매개되는 효과.

기후 모델은 총 일조 강도와 화산 활동의 변화만 고려하는 최근 수십 년 동안 관측된 급속한 온난화를 재현할 수 없었다. 헤겔 외 (2007)은 온실가스 강제력이 20세기 중반 이후 관측된 지구 온난화의 대부분을 "가능성이 매우 높다"고 결론지었다. 이러한 결론을 내리면서, 그들은 기후 모델이 태양열 강제력의 효과를 과소평가했을 가능성을 허용했다.[1]

또 다른 증거는 지구 대기의 다른 수준의 온도가 어떻게 변화했는지를 관찰하는 데서 나온다.[29] 모델과 관찰에 따르면 온실가스는 대류권의 온난화를 초래하지만 성층권의 냉각을 초래한다.[30] 화학 냉매에 의한 오존층 고갈은 성층권 냉각 효과를 자극했다. 만약 태양이 관측된 온난화의 책임이 있다면, 태양활동의 증가로 오존과 질소산화물이 보충될 것이기 때문에 표면의 대류권 온난화와 성층권 상단의 온난화가 예상될 것이다.[31]

증거선

태양 활동/기후 관계에 대한 평가는 복수의 독립적인 증거를 포함한다.

태양 흑점

1850년 이후 CO2, 온도 및 일광점 활동

초기 연구는 대부분 눈에 띄는 성공 없이 날씨와 태양의 흑점 활동 사이의 상관관계를 찾으려고 시도했다.[32][33] 이후 연구는 태양 활동과 지구 온도를 연관시키는 데 더 집중했다.

조사

NASA GISS 기후 모델에 사용된 태양력 1850–2050. 2000년 이후에 사용된 최근 변동 패턴.

태양 에너지의 정확한 측정은 지상의 기후에 미칠 수 있는 태양 영향을 이해하는 데 매우 중요하다. 정확한 측정은 1970년대 후반부터 위성 시대에나 가능했으며, 그마저도 일부 잔여 논쟁에 노출되어 있다. 즉, 스펙트럼 감도가 다른 계측기가 측정한 교차 보정 측정 방법이 다르기 때문에 서로 다른 팀이 다른 값을 찾는다.[34] Scafetta와 Willson은 1980년과 2000년 사이에 태양 광도의 상당한 변화를 주장하지만,[35] Lockwood와 Prohlich는[36] 1987년 이후 태양력이 감소했다는 것을 발견한다.

2001년 정부간 기후변화위원회(IPCC) 제3차 평가보고서(TAR)는 최근 태양 변동의 측정된 영향이 온실가스로 인한 증폭 효과보다 훨씬 작다고 결론내렸지만, 태양 변동에 대한 과학적 이해는 미흡하다는 점을 인정했다.[37][38]

장기 일조 강도 변화 추정치는 TAR 이후 감소하였다. 그러나, 감지 가능한 대류권 변화의 경험적 결과는 기후 변화의 태양 강제력에 대한 증거를 강화시켰다. 가장 가능성이 높은 메커니즘은 TSI 변화에 의한 직접적 강제력과 성층권에 대한 자외선(UV) 방사선의 간접적 영향의 일부 조합으로 간주된다. 가장 확실한 것은 은하계 우주선에 의해 유발된 간접적인 영향이다.[39]

2002년, 린(알.[40]반면"거기에는...기후 변화에 여러 시간 계획에 미치는 태양의 역할로 11년 주기 등 실증적 증거고 있다."은,"태양 활동(그 14C과 10Be 우주선의 작용으로 생긴 동위 원소와 그 아아 지자기 지수 같은)의 지상파 대리인의 변화 장기적인(즉, 세속적인)의 부재에서 발생할 수 없다고 밝혔다. 일조 강도는 변화한다. 왜냐하면 실제 세속적인 방사선 강도의 변화가 있기 때문이 아니라, 주기 진폭에 따라 확률적 반응이 증가하기 때문이다." 그들은 이로 인해 "장기 기후 변화가 태양 활동 주기의 진폭을 추적하기 위해 나타날 수 있다"고 결론짓지만, "기후의 태양 복사 강제력은 총 일조 강도의 역사적 재구성에서 배경 구성요소가 생략될 때 5배 감소한다...이는 20세기 온난화의 일반순환모델(GCM) 시뮬레이션이 일조 강도 변동성의 역할을 과대평가할 수 있음을 시사한다." 2006년 한 리뷰는 태양 밝기가 지구 기후에 상대적으로 거의 영향을 미치지 않았으며 장기간에 걸쳐 태양 생산량이 크게 변화할 가능성은 거의 없다고 시사했다.[28][41] 록우드와 프뢰흘리히(2007)는 "지구 산업화 이전 기후와 태양에 대한 태양 영향의 고려된 증거가 지난 세기 전반기의 산업화 이후의 기후변화의 요인이 되었을 것"이지만, "지난 20년 동안 지구의 기후 hav에 영향을 줄 수 있었던 태양의 모든 경향은 지구 기후변화에 영향을 미쳤을 수 있다"고 밝혔다.e 지구 평균 온도의 관측된 상승을 설명하는 데 필요한 방향과 반대 방향이었습니다."[42] 지구자기계 활동을 알려진 태양-지구상 상호작용의 척도로 간주한 연구에서 러브 등은 지구 표면온도와 태양흑점수 또는 지구자기계 활동 사이에 통계적으로 유의미한 상관관계를 발견하지 못했다.[43]

베니스타드와 슈미트는[44] "태양광 강제력이 지구온난화에 기여할 가능성이 가장 높은 것은 20세기 7±1%이며 1980년 이후 온난화에 대해서는 무시할 수 있다"고 결론지었다. 본 논문은 태양 변동성이 기후 강제력에 상당한 영향을 미친다고 주장한 스카페타와 웨스트에 동의하지 않았다.[45] 특정 기후와 태양 또는 강제적의 재구축과 사이 상호 관계를 바탕으로, 그들은은 좀 현실적인 기후 시나리오는 큰 산업화 이전의 세속적인 가변성(예를 들어, 모 베리(알이paleoclimate 온도에 재현한 것이다.)에서 설명한다고 주장했다.TSI과[46] 낮은 세속적인 가변성(하나의 왕에 의해 보여지는.)경험하고 있었다.[47] 이 시나리오 하에서, 그들은 태양이 1900년 이후 관측된 지구 온난화의 50%를 기여했을 것이라고 주장했다.[48] 스토트 외 연구진은 지난 30년간 지속된 높은 태양활동의 잔존효과가 1950년부터 1999년까지 온난화의 16%에서 36%를 차지한다고 추정했다.[49]

직접 측정 및 시계열

태양 변동의 직접적인 측정이나 대용물은 지구온도와 잘 상관관계가 없으며,[50] 특히 두 수량이 가장 잘 알려진 최근 수십 년간은 더욱 그러하다.[51][52]

주간/야간 시간

전지구 평균 주간 기온 범위가 줄었다.[53][54][55] 낮 기온은 밤 기온만큼 오르지 않았다. 이는 태양 에너지(에너지 체계에 따라 주로 또는 전체적으로 일광에 하락)가 주요 강제 수단이었다면 예상되는 온난화와는 정반대다. 그러나 온실가스가 방사능 탈출을 막고 있다면 예상되는 패턴으로, 밤에 더 많이 나타난다.[56]

반구와 위도

북반구는 남반구보다 더 빨리 따뜻해지고 있다.[57][58] 이는 현재 호주 여름 동안 지구에 더 가까운 태양이 주요 기후 강제력이었다면 예상되는 패턴과는 정반대다. 특히 해양 면적이 많고 육지 면적이 적은 남반구는 알베도("휘도")가 낮아 빛을 더 많이 흡수한다. 그러나 북반구는 인구, 산업, 배출량이 더 많다.[citation needed]

게다가, 북극 지역은 낮은 위도보다 태양을 적게 받음에도 불구하고 남극보다 더 빨리, 북부 중위도나 아열대보다 더 빨리 온난화되고 있다.[citation needed]

고도

태양열은 고도에 따라 지구의 대기를 대략 고르게 따뜻하게 하고, 파장/에너지 체계에 따라 약간의 변화를 주어야 한다. 하지만, 대기는 더 높은 곳에서 식으면서 더 낮은 고도에서 따뜻해지고 있다. 이것은 만약 온실가스가 금성에서와 같이 온도를 움직인다면 예상되는 패턴이다.[59][60][61]

태양변동설

1994년 미국 국립연구위원회 연구는 TSI 변형이 상당한 인간 생성 이산화탄소가 대기 중으로 들어오기 전 산업화 이전 시대에 중대한 기후변화의 가장 유력한 원인이라고 결론지었다.[62]

Scafetta와 West가 상관 관계가 있는 태양 대리 데이터와 산업화 이전 시대의 낮은 대류권 온도는 상당한 인공 온실 강제력이 발생하기 전에 TSI 변화가 1900년과 2000년 사이에 관측된 온난화의 50%에 기여했을 수 있음을 시사한다(그러나 그들은 "기후에 대한 태양 영향에 대한 우리의 추정치가 과도할 수 있다"고 결론을 내렸다).자극해 상한으로 봐야 한다.)[45] 상한보다는 검출로 해석하면 이는 직접 복사 강제력을 통한 기후의 태양 강제력이 미미한 기여를 한다고 예측하는 지구 기후 모델과 대비된다.[63]

프록시 데이터에서 태양의 흑점 및 온도 재구성

2000년, 스토트 등은[64] 20세기 기후의 가장 포괄적인 모델 시뮬레이션에 대해 그 날까지 보고했다. 그들의 연구는 "자연적인 강제 작용제"(태양 변화 및 화산 배출)와 "인류 유발 강제력"(온실 가스 및 황산 에어로졸)을 모두 조사했다. 그들은 "이 결과는 사용되는 총 일조 강도의 재구성에 달려 있지만 태양 효과는 세기의 전반기에 온난화에 크게 기여했을 수 있다"고 밝혔다. 세기의 후반에는 온실가스의 인공적인 증가가 관측된 온난화의 주된 원인이라는 것을 알게 되었는데, 이는 인공적인 황산 에어로졸로 인한 냉각에 의해 균형을 이루며, 태양에 큰 영향을 끼치지 않는다는 것이다." 스콧의 연구팀은 이러한 요소들을 결합하면 20세기 전반에 걸쳐 지구 온도 변화를 면밀히 시뮬레이션할 수 있다는 것을 발견했다. 그들은 온실가스 배출이 지속되면 "최근 수십 년 동안 관측된 것과 유사한 속도"[65]로 향후 추가적인 온도 상승을 야기할 것이라고 예측했다. 게다가, 이 연구는 "역사적 강제력에 대한 불확실성"에 주목한다. 즉, 과거의 자연적 강제력은 여전히 해양 때문에 온난화 지연 효과를 가지고 있을 수 있다.[64]

Stott의 2003년 연구는 그의 평가를 크게 수정했고, 비록 온실가스의 그것보다 여전히 작지만, 최근의 온난화에 상당한 태양 기여를 발견했다.[49]

2004년의 한 연구는 태양 흑점 활동을 바탕으로 태양 활동이 기후에 영향을 미치지만 현재의 지구 온난화에는 작은 역할만 한다고 결론지었다.[66]

태양 주기 길이에 대한 상관 관계

1991년 프리스 크리스텐슨과 라센은 북반구 온도 변화와 태양 주기의 길이에 대한 강한 상관관계를 주장했다.[67] 그들은 처음에 태양의 흑점과 온도 측정치를 1861년에서 1989년까지 사용했고 이후 4세기 동안의 기후 기록을 사용하여 그 기간을 연장했다. 그들의 보고된 관계는 이 기간 동안 측정된 온도 변화의 거의 80%를 차지하는 것으로 보였다. 이러한 상관관계의 이면에 있는 메커니즘은 추측의 문제였다.

Laut는 2003년 논문에서[68] 이러한 상관관계 분석 중 일부에서 문제점을 식별했다. 데이몬과 라우트는 다음과 같이 주장했다.[69]

이러한 그래프에 표시된 명백한 강한 상관관계는 물리적 데이터를 잘못 처리함으로써 얻어졌다. 그 그래프들은 여전히 문헌에서 널리 언급되고 있으며, 그들의 오해의 소지가 있는 성격은 아직 일반적으로 인식되지 않았다.

데이먼과 라우트는 이 그래프가 필터링 오류로 수정될 때 전 세계적인 관심을 끌었던 최근의 지구 온난화와의 선정적인 합의는 완전히 사라졌다고 말했다.[69]

2000년, Lassen과 Thejll은 1991년 연구를 업데이트했고, 태양 주기가 1900년 이후 온도 상승의 약 절반을 차지했지만, 1980년 이후 0.4°C의 상승을 설명하지 못했다고 결론지었다.[70] 베네스타드의 2005년 리뷰는[71] 태양 주기가 지구의 평균 표면 온도를 따르지 않는다는 것을 발견했다.

날씨

태양활동은 파라나와[72] 포 강과 같은 지역 기후에도 영향을 미칠 수 있다.[73] NASA의 태양 복사 및 기후 실험의 측정 결과, 태양 UV 출력이 총 태양 광도보다 가변적이라는 것을 알 수 있다. 기후 모델링은 예를 들어, 낮은 태양 활동으로 인해 미국과 북유럽의 겨울은 더 춥고 캐나다와 남유럽의 겨울은 더 온화하며, 지구 평균에는 거의 변화가 없을 수 있음을 시사한다.[74] 보다 광범위하게, 태양 주기, 지구 기후, 그리고 엘니뇨와 같은 지역 사건들 사이의 연관성이 제안되었다.[75] 핸콕과 야거는 "통계적으로 1월 해빙 현상과 동부 해안을 따라 일어나는 일광점 주기의 관계와 중서부의 일광점 주기의 '드러스트'(6월 기온과 강수량) 사이"를 발견했다.[76]

구름 응결

CERN의 클라우드 시설에서의 최근 연구는 전구체인 핵에어로졸 입자가 구름 응축 핵에 미치는 고에너지 입자 방사선의 영향을 입증하면서 우주선과 구름 응축 핵 사이의 연관성을 조사했다.[77] 커크비(CLOUD 팀장)는 "현재 이 실험은 실제로 구름과 기후에 미칠 수 있는 우주선 효과에 대해 아무런 언급도 하지 않고 있다"고 말했다.[78][79] 연구팀은 추가 조사 결과 "우주선 강도의 변화가 핵분열을 통해 기후에 눈에 띄게 영향을 미치지 않는다"[80]고 결론 내렸다.

1983-1994년 국제 위성 클라우드 기후학 프로젝트(ISCCP)의 전지구적 저구름 형성 데이터는 은하 우주선(GCR) 플럭스와 높은 상관관계를 가졌으며, 이 기간 이후 이 상관관계가 무너졌다.[69] "반경사" 주기 동안 GCR 레벨이 증가하면서 11년 및 22년 태양 흑점 주기와 상관되는 구름의 3-4%의 변동 및 클라우드 최고 온도 동시 변화.[81] 전 세계 평균 클라우드 커버 변화는 1.5~2%로 측정되었다. 몇몇 GCR과 클라우드 커버 연구는 50°보다 큰 위도에서 양의 상관 관계를 발견했고 낮은 위도에서 음의 상관 관계를 발견했다.[82] 그러나 모든 과학자들이 이러한 상관관계를 통계적으로 유의한 것으로 받아들이는 것은 아니며, 이를 GCR 변경에 직접 기인하는 것이 아니라 다른 태양 변동성(예: UV 또는 총 방사조도 변화)에 기인하는 일부 과학자도 있다.[83][84] 이러한 상관관계를 해석하는 데 어려움이 있는 것은 태양 변동성의 많은 측면이 비슷한 시기에 변화하고, 일부 기후 시스템은 대응을 지연시킨다는 사실이다.

역사적 관점

물리학자 겸 역사학자 스펜서 R. Weart in The Discovery of Global Warming(2003)은 다음과 같이 썼다.

[태양점] 주기 연구는 일반적으로 세기의 전반기에 걸쳐 인기가 있었다. 정부는 함께 놀기 위해 많은 날씨 데이터를 수집했고 사람들은 불가피하게 태양의 흑점 주기와 선택된 날씨 패턴 사이의 상관관계를 발견했다. 만약 영국의 강우가 사이클에 맞지 않는다면, 아마도 뉴잉글랜드의 폭풍우일 것이다. 존경 받는 과학자들과 열정적인 아마추어들은 예측을 할 수 있을 만큼 신뢰할 수 있는 패턴을 발견했다고 주장했다. 머지않아 모든 예측은 실패했지만. 한 예로 1930년대 초 태양 흑점 최소치 동안 아프리카의 건기에 대한 매우 신뢰할 수 있는 예측이 있었다. 그 시기가 습기로 밝혀지자 한 기상학자는 나중에 "태양광과 기상관계의 주제가 논쟁에 빠졌는데, 특히 가장 존경받는 몇몇 상관의 패배를 목격한 영국 기상학자들 사이에서 그랬다"고 회상했다. 심지어 1960년대에도 그는 "젊은[기후] 연구원이 태양-기후 관계에 대한 진술을 즐겁게 하는 것은 스스로 크랭크인이라고 낙인찍는 것이었다"[32]고 말했다.

참고 항목

참조

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