Кратко и по существу.
1) Как солнечная активность влияет на климат и общество (механизмы и масштаб)
- Прямой радиативный эффект: изменение тотального солнечного излучения (TSI) даёт изменение радиационного принуждения примерно по формуле
$\Delta F=\Delta \mathrm{TSI}\frac{(1-\alpha )}{4}$, где $\alpha \approx 0.3$ — альбедо Земли.
Оценка климатического отклика в упрощённой ЭБМ (энергетический баланс): $\Delta T=\lambda \Delta F$, где $\lambda$ — климатическая чувствительность (эквивалент $\mathrm{ECS}/3.7$). Для типичных значений $\mathrm{ECS}\approx 3\mathrm{K}$ даёт $\lambda \approx 0.8K/(W/{\mathrm{m}}^2)$. Следовательно, даже смена $\Delta \mathrm{TSI}\sim 1W/{\mathrm{m}}^2$ (в малых реконструкциях) даёт глобальную $\Delta T$ порядка десятых долей градуса. Например, при $\Delta \mathrm{TSI}=1W/{\mathrm{m}}^2$:
$\Delta F\approx 1\cdot \frac{0.7}{4}\approx 0.175W/{\mathrm{m}}^2$, $\Delta T\approx 0.14\mathrm{K}$.
- Спектральные (UV) эффекты: изменение ультрафиолетовой части влияет на озоновый слой и стратосферную температуру, что может вызывать динамические перестроения (струйные течения, блокировки) и сильнее проявляться регионально и в сезонном распределении.
- Космические лучи/облака: гипотеза спорна — механизмы и вклад не подтверждены однозначно.
- Последствия для цивилизации: при длительном понижении солнечной активности (например, Маундерский минимум) возможны региональные похолодания, более суровые зимы, неурожаи, изменение навигации/рыболовства и т. п. Однако большинство реконструкций указывает, что вклад только солнечной компоненты в Литл Айсэйдж был мал по величине по сравнению с вулканизмом и внутренней вариабельностью.
2) Какие данные нужны для установления причинно-следственной связи
- Солнечные данные:
- Наблюдения солнечных пятен и реконструкции (sunspot indices, Group Sunspot Number).
- Реконструкции TSI (различные версии: PMOD/ ACRIM/модельные реконструкции).
- Космогенные изотопы: ${}^{14}\mathrm{C}$ в годичных кольцах древесины, ${}^{10}\mathrm{Be}$ в ледяных кернах — дают периоды изменения космического потока/солнечного магнитного поля.
- Климатические прокси:
- Дендрохронология (годовые кольца) для температур/осадков.
- Ледяные керны (температура, аэрозоли, ${}^{10}\mathrm{Be}$, сульфаты вулканов).
- Морские/озёрные осадки, кораллы, спелеотемы — многосекундные региональные записи.
- Исторические хроники:
- Наблюдения снега/морозов, винозрея, урожайности, судоходные журналы, метеорологические записи — для проверки региональных последствий и датировки событий.
- Вулканические данные (для выделения вклада вулканизма):
- Сульфатные нашарования и аэрозольные индексы в ледяных кернах (SAOD, вулканические даты).
- Реконструкции радиационного принуждения вулканов.
- Инструментальные ряды (температуры, осадки, давление) для последних ~150–200 лет.
3) Методика установления причинно-следственной связи и оценки вклада
- Сопоставление времени событий: синхронизация прокси (точная датировка год/сезон) — исключить совпадение по времени.
- Квантификация принуждений:
- Оценить $\Delta \mathrm{TSI}(t)$ и получить $\Delta F_{\text{solar}}(t)=\Delta \mathrm{TSI}(t)\frac{(1-\alpha )}{4}$.
- Получить $\Delta F_{\text{volc}}(t)$ из ледяных кернов/SAOD и известных конверсий (вулканы дают кратковременное отрицательное принуждение порядка единиц $W/{\mathrm{m}}^2$ при мощных извержениях).
- Моделирование:
- Провести ансамблевые эксперименты ОГМ/EMIC: «только солнечное», «только вулканическое», «оба фактора», «нулевой/внутренний вариант». Сравнить пространственно-временные отклики.
- Использовать энерго-балансовые или линейные отклики для быстрых оценок ($\Delta T=\lambda \Delta F$) и затем проверять в полном ОГМ.
- Атрибуция:
- Применять оптимальное обнаружение/отпечаток (optimal fingerprinting): регрессия наблюдаемой картины изменений на модели откликов на разные принуждения; оценка масштабных коэффициентов и статистической значимости.
- Байесовские методы/Monte Carlo для учета неопределённостей в принуждениях и внутренних вариабельностях.
- Сравнение масштабов:
- Временный и амплитудный анализ: вулканизм даёт сильные, но короткие отрицательные импульсы (обычно охлаждение в течение 1–5 лет, амплитуда до $\sim 0.5-1\mathrm{K}$ после крупных извержений); солнечная многодесятилетняя вариация даёт малое, но долговременное смещение порядка десятых долей градуса по глобусу.
- Оценить вклад по интегральной «энергии»/интегралу принуждения $\int \Delta F(t)dt$ и по вызванному температурному отклику.
4) Практические шаги для исследования (коротко)
- Сбор: годичные серии ${}^{14}\mathrm{C}$, ${}^{10}\mathrm{Be}$, TSI-реконструкции, ледяные керна (сульфаты), прокси-температуры и исторические хроники.
- Калибровка и синхронизация временных шкал.
- Оценка диапазона $\Delta \mathrm{TSI}$ для интересующего периода (например, Маундер: разные реконструкции дают $\Delta \mathrm{TSI}$ от $\sim 0.1$ до $\sim 1W/{\mathrm{m}}^2$).
- Быстрая оценка через $\Delta F$ и $\Delta T$ (энергетическая аппроксимация) + полноценные модельные эксперименты с ансамблями.
- Атрибуция: оптимальное обнаружение/регрессия с учётом вулканов и внутренней вариабельности.
5) Итоговая интерпретация (что обычно находят)
- Долговременные минимумы солнечной активности (Маундер и т.п.) могли дать вклад в похолодание, в основном региональный и сезонный; глобально вклад малого порядка (десятые доли °C при благоприятных оценках $\Delta \mathrm{TSI}$).
- Основные многолетние и резкие похолодания периода «Малого ледникового периода» часто лучше объясняются комбинацией большого числа вулканических извержений, внутренней вариабельности и локальных факторов; вулканизм даёт более сильные краткосрочные эффекты, чем типичная вариация солнечной активности.
Если нужно, могу: а) привести конкретные наборы данных и ссылки на хранилища (NOAA, PANGAEA, WDC), б) показать пример расчёта для выбранной реконструкции $\Delta \mathrm{TSI}$.