Кратко: вклад солнечных циклов в краткосрочные (год–десятилетие) колебания климата мал — порядка долей градуса — а в долгосрочной перспективе (век–миллениум) возможен, но ограничен: современные реконструкции и моделирование показывают, что солнечные изменения не объясняют значительную часть наблюдаемого антропогенного потепления XX–XXI вв. Для жёсткой причинно‑следственной связи нужны точные наблюдения TSI/SSI, прокси‑реконструкции и специализированные модельные эксперименты с контролем других факторов. Ниже — что и почему требуется, с ключевыми формулами и примерными числами.
1) Физическая «оценка масштаба»
- Изменение радиационного воздействия от изменения солненой постоянной $S$:
$$\Delta F=\frac{\Delta S}{4}(1-\alpha ),$$ где $\alpha$ — средний альбедо Земли ($\approx 0.3$).
- Для типичной 11‑летней амплитуды TSI $\Delta S\approx 1.3\mathrm{W}{\mathrm{m}}^{-2}$:
$$\Delta F\approx \frac{1.3}{4}\times (1-0.3)\approx 0.23\mathrm{W}{\mathrm{m}}^{-2}.$$ - Примерная температурная ответная реакция (приближённо):
$$\Delta T=\lambda \Delta F,$$ где $\lambda$ — климатическая чувствительность в единицах K/(W m${}^{-2}$) (эквивалентно ~$0.5-1.0$ K/(W m${}^{-2}$); для $3$ K на удвоение CO${}_2$: $\lambda \approx 0.81$). Тогда для цикла:
$$\Delta T\sim 0.1-0.2\mathrm{K}$$ (реальный трансинентный отклик ещё меньше из‑за инерции океана). Долговременные изменения TSI между минимумами вроде Мауndера и настоящим по разным оценкам дают $\Delta F$ от $\sim 0.05$ до $\sim 0.5\mathrm{W}{\mathrm{m}}^{-2}$ — значит вклад в многовековой тренд оценивается как малый по сравнению с антропогенным принудительным воздействием $\sim 2-3\mathrm{W}{\mathrm{m}}^{-2}$.
2) Какие наблюдения требуются
- Прямые спутниковые измерения:
- TSI (композиты ACRIM, PMOD и др.) — непрерывность, перекалибровка.
- SSI (спектральная освещённость), особенно UV (120–400 nm), т.к. UV сильно варьирует и влияет на стратосферную озоносферу.
- Долгие ряды солнечной активности:
- Наблюдения по пятнам, флюксам, магнитным индексам.
- Космогенные изотопы (${}^{14}$C в древесных кольцах, ${}^{10}$Be в ледяных кернах) для реконструкции столетних–милленних вариаций.
- Климатические наблюдения:
- Глобальные временные ряды температуры (поверхность, тропосфера, стратосфера).
- Вертикальные профили температуры и озона (спутники, радиозонды).
- Облачность и параметры микрофизики облаков (спутниковые наборы ISCCP, CloudSat, CALIPSO).
- Нейтронные мониторы/ионизационные потоки для оценки воздействия космических лучей.
- Запись других принудительных факторов:
- Концентрации парниковых газов, вулканический аэрозоль, изменения землепользования для деконволюции сигналов.
3) Какие модельные эксперименты и методы нужны
- Климатические модели разной сложности:
- Глобальные ОГМ (GCM), coupled atmosphere–ocean models, chemistry‑climate models (включая стратосферную химию и спектральную радиацию).
- Специальные сценарии:
- «Single‑forcing» эксперименты: только солнечное изменение vs только антропогенное vs вулкан, и комбинированные.
- Большие ансамбли для оценки внутренней изменчивости и S/N.
- Прямое включение SSI (не только TSI) для оценки стратосферных/химических ответов.
- Эксперименты с параметризацией гипотезы ионизационного влияния на облака (если тестируется влияние космических лучей).
- Методы анализа:
- Detection & attribution (оптимальные фильтры, регрессия по отпечаткам), оценка статистического значимости.
- Спектральный и лаговый анализ (чтобы отличать фазовые сдвиги).
- Вертикальные «отпечатки»: солнечное воздействие вызывает специфические изменения (например, усиление стратосферного нагрева при повышенной UV и связанное изменение озона), тогда как усиление парниковых газов сопровождается охлаждением стратосферы — это диагностический критерий причинности.
- Сравнение модельных паттернов изменения температуры и циркуляции с наблюдаемыми.
4) Ключевые диагностические признаки причинно‑следственной связи
- Временная согласованность и фаза (солнечные пики предшествуют/соответствуют изменениям климата).
- Сходство пространственно‑вертикальных паттернов отклика в наблюдениях и моделях.
- Статистическая детектируемость сигнала над фоном внутренней изменчивости (S/N).
- Устойчивость при контроле за вулканами, ENSO, изменением GHG и аэрозолей.
5) Практический вывод
- Краткосрочно (11‑лет) — ожидаемый глобальный отклик порядка $<0.2$ K; наблюдаемые колебания температуры связаны частично с солнечным циклом, но часто смешиваются с внутренней вариабельностью (ENSO) и вулканами.
- Долгосрочно (век и более) — возможен некоторый вклад в климатические сдвиги (особенно при глубоких минимумax/максимумаx), но по большинству оценок он мал по сравнению с антропогенным воздействием XX–XXI вв.
- Для жёсткого доказательства причинности нужны: непрерывные высококачественные TSI/SSI, прокси‑реконструкции, вертикальные климатические наблюдения, многореализационные модели с отдельными принуждениями и формальные методы обнаружения и атрибуции.