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主题:【系列】太阳黑子,行星和地球气候(0)引子 -- PBS

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          • 家园 【系列】太阳黑子,行星和地球气候(4)历史上黑子极小期

            上面我们讲到子2007年开始太阳黑子最低值是百年来罕见,要是回溯历史,这是个偶发事件吗?回答是否定的。

            1843年,德国天文学家斯玻勒(1822至1895年)从整理大量太阳黑子的资料中发现,从1645年至1715年这七十年间,太阳黑子不显著,太阳黑子活动长时间进入衰微状态。1894年,英国天文学家蒙德(1851至1928年)旧事重提,称这70年为“太阳黑子延长极小期”(注意:不是极小年),后人称这段时期为“蒙德极小期”。这70年,欧洲以及地球部分地区,气候十分寒冷。欧洲冬季经常遭遇暴风雪袭击,冰川扩大了,年平均气温下降了1摄氏度以上,全球年平均气温也下降了0.2摄氏度以上。气候学家称这段寒冷气候为“小冰期”。可见,地球部分地区的“小冰期”与太阳黑子长期稀少十分吻合。

            除了蒙德极小期那么还有其它类似太阳黑子极小期吗? 应该有,黑子极小期不是小概率事件。

            从公元850年起,我们可以确定的太阳黑子延长极小期就有四次之多,它们分别是:

            沃尔夫极小期 (Wolf minimum) (1270-1350)

            斯玻勒极小期 (Sprer Minimum)(1430–1520)

            蒙德极小期 (Maunder Minimum)(1620-1710)

            道尔顿极小期(Dalton Minimum (1787–1843)

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            同时看看历史事件:

            元朝的崩溃和维京人退出北美是在斯玻勒极小期,宋朝的崩溃是在沃尔夫极小期,而明朝的崩溃是在蒙德极小期。清朝在经过道尔顿极小期的鸦片战争中被英国击败,而拿破仑则在俄罗斯的冰天雪地中损失惨重(1812)。

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            太阳活动在下面这段历史上和那个著名的二氧化碳暖化曲棍球棒曲线是不是很相似?

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            上述四个太阳黑子极小期整整覆盖了1350年-1850年这个时间,人们称这段时间为小冰期(Little Ice Age)。

            自从1850年后的150年,太阳黑子活动进入活跃期,造成地球气温上升。人类恰好也在这时开始了工业革命,大量使用化石燃料和发现温室气体使得人们把这段时间的气温上升归结到大气中二氧化碳浓度的上升而完全没想到如何解释以前500年历史上的低温气候的原因和更以前的暖化的原因。

            在近年全球暖化宣传狂热的浪潮下,2007年开始的太阳黑子极小化和北半球严寒气候频繁爆发,使人有当头一棒的感觉,也迫使科学家重新考虑地球气候变化的真正起因和因对措施。越来越多的公众开始关心除了暖化气体之外能够影响地球气候的因子了。

            我将在后续文章中,试图从宏观和微观的分析中解释太阳黑子延长极小期现象。


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            • 家园 这个系列很有趣!送花!
            • 家园 这个数据的对比比时间段很小的温室气体的那个更有说服力
            • 家园 【系列】太阳黑子,行星和地球气候(5)黑子极小期(一)

              天文学家通过木星和土星的引力潮解释了太阳黑子11年活动周期现象,如果再用同样的引力原理满足太阳黑子延长极小期现象就有很大的困难了。于是他们从太阳系的另外一些已有的参数中寻找可能的线索并希望从中找出规律来解释这个现象。

              天文学家最后把眼光放在太阳系的角动量这个目标上来了。

              我们知道太阳本身占有整个太阳系的质量的98.3%,但是太阳的角动量只占整个太阳系的角动量的0.5%,4个类地行星占了0.2%。而4个气体行星的角动量占整个太阳系角动量的99%,木星就占了60%,土星占了25%。

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              由于质量和角动量如此不匹配,太阳系质量中心和角动量中心是不重合的,这两个中心在以某种周期做相对运动,并以每178年的周期频率回到原先的相对起始位置(不必是绝对位置,而是两个中心的绝对差距点, Theodor Landscheidt)。

              那么我们可以检验一下这个角动量变化周期是否能同太阳黑子延长极小期现象同步,在何种条件下角动量的变化可以起作用。

              还是先从木星和土星开始:木星和土星有两个位置可以造成最大和最小的角动量变化:A.对冲和B.

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              加上海王星和天王星,我们选下列两个位置(简便起见):在前面两种位置上,我们让二王星始终呆在一块,A.和木星站在一边或B.同木星/土星对立:

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              已故的天文学家Carl Smith在通过大量数据处理后得出这样一个结论:当海王星天王星同木星在一边和土星形成对冲,而角动量中心和质量中心的差距在以“下降驼峰曲线”的形式减小的时候,太阳黑子延长极小期现象就可能发生(如果这个发生距离上次事件又达到178年的话)。

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              这里绿色箭头代表了木星/海/天(王星)在同一边与土星对冲。

              1975年左右这个对冲也发生过,由于“下降驼峰曲线”不显著,所以极小期不成立。

              从这个判断来看,2010年左右是一个很好的候选处,所以给个Landscheidt minimum来命名下一个太阳黑子延长极小期。为了纪念已故的Carl Smith,我觉得这个极小期命名为Landscheidt/Smith minimum会更好些。

              从历史上看,前4次太阳黑子延长极小期都符合木/天/海 + 土这样的组合:

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              在过去的800年中,我们观察到以间隔178年为周期,太阳黑子延长极小期会发生,其行星系特点是木星同土星对冲而天王星海王星站在木星一边合伙干扰这个对冲。这个干扰造成角动量不规则变动。

              我们总结一下从公元995年到公元2985年已经发生过的和将要发生的太阳黑子延长极小期:

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              有的天文学家觉得Carl Smith的方法有些使用上的困难,比如如何判断“驼峰曲线”;他的坐标系并没有完全反映了角动量变化的细节,有待于进一步完善。我下一篇将要谈这个问题。

              Carl Smith阐明了天王星海王星的干扰调节作用,使得原先木星土星导致的太阳黑子11年周期与178年的太阳黑子延长极小期得到合理的宏观解释,这是一个重要发现。

              令人惋惜的是这位科学家再也无法观察验证自己推导出来的即将出现的(或已经出现的)天文现象了。


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              • 家园 关于极小期的成因,俺有了一个大胆假设

                “当海王星天王星同木星在一边和土星形成对冲”的时候,地球上的潮汐幅度比平时大。

                这个持续而更大的波动,导致深层冷海水和表面暖海水比平时更充分的交换。这个交换过程,导致两个结果:1.地球表面海水在极小期期间持续降温。2.地球表面温差加大(即使是同一纬度),从而导致更多的飓风云雨天气。这些飓风云雨天气会把外太空的冷气带到地球表面,云层则反射太阳辐射。

                根据这个假说,不是太阳的grand minimum导致little ice age,背后黑手是其他一票大行星。

                怎么样?俺这个假说以前有人提过吗?

                • 家园 估计地球上的潮汐受月球和太阳的影响比较显著

                  这个持续而更大的波动

                  木星的影响可能不是那么显著。另外潮汐不会带来洋流的速度变化,而是潮高变化。

                  地球的大洋是一种蓄能器,其主要蓄热层也就是近1000米的深度。如果要进入小冰期,要将这些水层的热量全部释放至某个阈值,没有太阳活动的配合,这个阈值可能不能达到。

                  太阳活动基本是个恒定值,云层可以有效阻挡太阳辐射,也因为入射能下降导致水蒸汽蒸发减少而导致云量减少,最后达成一种平衡。

                  那么唯一可以短期显著阻挡太阳能量进入地球的就是火山灰了,18世纪和19世纪的火山爆发可能加剧了grand minimum的效果。地球的地质活跃期已经过去了,寄希望黄石公园火山那样级别的火山爆发不可能。而一个大级别陨石轰击地球可以引发大规模火山爆发。计算不同尺度的巨型陨石同地球相遇的几率可以推算地球的小冰期,冰期乃至生物大灭绝的周期频率。

                  换句话就是冰期的出现显得比较随机,而因太阳周期变化造成的气候变化则更有规律。

                  今年我只观察北半球的作物春播时间推迟与否和夏粮成熟收割时间推迟与否,用来判断grand minimum效应。这几个月是太阳周期24的峰值期,在此时寒流还是频繁出现,可见全球暖化基本不可信了。

                  今后6-8年是太阳24周期活动减少阶段,全球大洋在本周期前段没有积蓄足够热量,那么可以预计今后6-8年乃至后2个周期都不会有足够太阳热能储蓄,整个第24,25和26周期都不会有“暖化”了。

                  • 家园 最近出现了超大的太阳黑子 AR 2192

                    http://baguwen.biz/topic10550-%E5%A4%AA%E9%98%B3%E8%BE%B9%E7%BC%98%E9%80%90%E6%B8%90%E6%98%BE%E7%8E%B0%E7%9A%84%E5%B7%A8%E5%9E%8B%E9%BB%91%E5%AD%90ar-2192.aspx?lastpage=1&MessageID=12493#post12493

                    似乎P教主的大预言需要修正了

              • 家园 【系列】太阳黑子,行星和地球气候(6)黑子极小期(二)

                上面说过Carl Smith的方法有些使用上的困难,有人认为拿原来的太阳系角动量中心轨迹图来分析还是更直截了当些。

                这里就给个太阳系角动量中心轨迹图的样本,其覆盖了从1985-2040年的太阳系角动量中心轨迹的变化。

                这个图的黄色圆盘就是太阳质量的范围,中心点就是太阳系质量中心,最外围的红圈就是角动量中心活动最大可到之处。角动量中心以不同冪次阶的渐近螺旋线围绕着质量中心运动。看上去相当杂乱无章,这个样本第一眼看就觉得是个8字形特征。

                由于我们知道木星土星对冲或会合的时间,如2011年角动量中心接近质量中心时土木二星正在对冲,我们如果不知道哼哈二王的位置(或两位并不是以完美的合伙位置出现),我们将无法判断极小期是否来临。

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                在这种情况下,试图将历史上所有极小期是的角动量中心轨迹分布同非极小期的分布做一个比较,看看能不能看出一些线索来:

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                这里我们看出那些最小期都有某种8字形态轨迹图,不管是直立或横躺的;而那些在正常年份,角动量中心轨迹表现为三叶草形态。

                是不是三叶草形态对太阳的干扰比较小或比较平衡从而造成黑子形成稳定?而8字形态干扰大?

                据说拌饺子馅,保持往那个方向拌有讲究,一会左旋一会右旋地拌,对我来说无所谓,但也许奶奶姥姥会有意见的。太阳黑子的形成是否也比较挑剔呢?

                这是一个在微观上值得考虑的一个问题。

                我在这里提出这个问题是因为我观察到在今后两个太阳最小期时段,“下降驼峰曲线”特征在逐渐消失,而历史上另外一个太阳黑子延长极小期,奥特极小期(Oort minimum)发生时并没有显示这个“下降驼峰曲线”特征。

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                下一篇让我们从宏观转到微观上去看太阳黑子延长极小期。


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                • 家园 【系列】太阳黑子,行星和地球气候(7)黑子极小期(三)

                  我们从宏观的引力潮和角动量方面探讨了太阳黑子周期和太阳黑子延长极小期的产生,那么我们能不能从微观的角度。即通过直接研究太阳黑子的性质来推测和判断其周期性变化呢?

                  俗话说:从一滴水可以看太阳,那么从研究太阳黑子来得到其周期的变化应该比较容易吧?答案是对的也不对。

                  对是指从微观发现太阳黑子周期的规律也许不难;不对是指你发现的新理论对某些人来讲不可接受,您就边上歇菜去吧,不拍你的砖算你运气。

                  先从两个荷兰人讲起。

                  1896年,荷蘭物理學家塞曼使用半徑10英尺的凹形羅蘭光柵觀察磁場中的鈉火焰的光譜,他發現鈉的D譜線似乎出現了加寬的現象。這種加寬現象實際是譜線發生了分裂。隨後不久,塞曼的老師、荷蘭物理學家勞侖茲應用古典電磁理論對這種現象進行了解釋。他認為,由於電子存在軌道磁矩,並且磁矩方向在空間的取向是量子化的,因此在磁場作用下能級發生分裂,譜線分裂成間隔相等的3條譜線。這種現象稱為「塞曼效應」。塞曼效應是繼1845年法拉第效應和1875年克爾效應之後發現的第三個磁場對光有影響的實例。塞曼效應在核磁共振頻譜學、電子自旋共振頻譜學、磁振造影以及穆斯堡爾譜學方面有重要的應用。

                  大家到医院看病,医生让你上核磁共振,就是请你用你的身体来做塞曼效应实验了。

                  塞曼和勞侖茲因為這一發現共同獲得了1902年的炸药奖。

                  到了1908年,美国天文学家海尔利用了塞曼效应,在威尔逊天文台,对太阳黑子进行了观察,首先发现太阳黑子是个强磁场,自此用塞曼效应来观察空间磁场成了习惯,1946年,H.W.巴布科克测量出恒星的磁场。1968年,弗斯库尔测量出星际磁场的强度。(而今天千疮百孔的美国医疗系统则利用核磁共振大发其财,离题了)。

                  这里给个强太阳黑子造成的光谱分裂的塞曼效应照片。一般来讲一个强太阳黑子的磁场强度是5000-6000高斯左右,同地球磁场强度(1高斯)和太阳磁场强度(2高斯)相比,是很高的了。

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                  霍尔发现霍尔效应(1879),海尔发现太阳黑子磁场(1908)和密立根测出电子质量(1909)标志着美国物理科学走出山寨道路而开始创新的转折。

                  等到炸药奖发完,太阳黑子磁场强度测定搞定,大家都忙着去做核磁共振仪发财去了。留下几个不开窍的家伙年复一年日复一日地守着亚利桑那的天文台耗着数黑子,这样不知不觉差不多过了百年。

                  到了2005年,有个数黑子的老教授快退休了,拉了个年轻同伙将自己用塞曼效应数了17年黑子的数据整理了一下,发现了一些怪现象:

                  从80年代末到2005年,历经两个太阳黑子峰值后,太阳黑子的磁场强度并不随着两次峰值的出现而增强,反而呈示一种连续下降的趋势,由于磁热能量转化,随着磁场减弱,黑子温度越来越高,黑子就越来越不像黑子了。

                  据观察,黑子在15年中,每年以45K的温升速度上升,

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                  而磁场每年下降77高斯,

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                  黑子如果这样混下去,到2015年,其磁场强度就只有1500高斯了,还是挺高的(同太阳本身磁场相比)。

                  不就完了?

                  没有,两位根据现有数据外推,得出在2015年黑子温度将升到5500K左右。

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                  有5500K度数的太阳黑子吗?喝高了是吧?所以结论是当太阳转到2015那一年,太阳表面那怕是黑子11年周期的高点,也将没有黑子了。数黑子的人都知道,当黑子磁场强度降到1500高斯时,黑子结构也将维持不住了。从这两点看,这个分析靠谱。

                  两位完成数据分析,也没有多去想想那些弯弯绕的下降驼峰或8字之类的玩意,找个杂志就投稿了。

                  可能是没看8字的原因,寄出去的文章被拒了,理由不外乎太新颖,平滑曲线做的不对之类的。

                  开头挺难过的,数了17年黑子就这个下场?

                  投另外一个杂志?天下黑子一般黑,别浪费这个精力了。老家伙说,我已经老了,无所谓了,听说高尔发明了互联网,我们把这篇东西放到互联网上去,总比扔在废纸篓好吧?岁数小的那位想,也是,要是真的黑子没了,我在上哪去找数黑子的工作呢?

                  上网,上载,下班(太阳天文学家不用上夜班)。

                  第二天早上上班,发现邮箱爆满:那些看下降驼峰曲线的,看8字的,反IPCC的都来了。当然最后NASA,CNN都来了。

                  两人一夜成名。

                  从2005年至2010年初,太阳黑子还是照着两位划的线在走着:

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                  两位还是很谨慎,说我们继续观察等待直至2015年。

                  贵在坚持日复一日年复一年的实验观察,靠观察而不是依赖花里胡哨的数学模型推导,在得到原始数据后,从散乱无章的数据点中分析出正确的革命性结论,最后从微观上得到太阳黑子延长最小期的解释。

                  这就是科学的精神。

                  Sunspots Today: A Cheshire Cat – New Essay from Livingston and Penn

                  感谢互联网,使得受过教育的群众们的雪亮眼睛可以帮助判断是非,精英们的垄断就会支离破碎,骗子们也将无地可循。

                  这是一个伟大的年代。

                  通宝推:none空空,

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                  • 家园 说得好

                    "感谢互联网,使得受过教育的群众们的雪亮眼睛可以帮助判断是非,精英们的垄断就会支离破碎,骗子们也将无地可循。"

                    赞这一句

                  • 家园 【系列】太阳黑子,行星和地球气候(8)经济效应

                    在【系列】太阳黑子,行星和地球气候(3)和(4)两个帖子里,我把太阳黑子的周期运动和气候,社会变迁做了一个介绍,在这里继续一下。

                    谈到描述历史上气候变化的文献,中国同学可能最熟悉的是中国著名气候学家竺可桢先生的名篇《中国近五千年来气候变迁的初步研究》

                    竺可桢先生的文章里,描述了几个中国历史上的寒冷期,它们同奥特极小期(Oort minimum)(1010-1080);沃尔夫极小期 (Wolf minimum) (1270-1350);斯玻勒极小期 (Sprer Minimum)(1430–1520);蒙德极小期 (Maunder Minimum)(1620-1710);道尔顿极小期(Dalton Minimum (1787–1843)相当吻合。

                    在那些寒冷期,太湖,鄱阳湖结冰被记录下来。北方的梅树消失了,南方柑桔冻死的记录比比皆是。

                    在公元前3000-1000年的温暖时期,竹类在黄河流域直到东部沿海都有广泛分布;安阳殷墟发现有水牛和野猪等热带亚热带动物;甲骨文记载打猎时获得一象,表明殷墟的化石象是土产的,河南原称豫州就是一个人牵着大象的标志。而现在北方不产竹子了,大象只能在云南西双版纳才能见到。

                    中华民族是个美食民族,随着气候变化,中国人民的烹调习惯也有改变:商、周时代,梅子是北方人民重要的日常食品。《诗经》说:“若作和羹,尔唯盐梅”,可见当时梅子是和盐一样重要的食品,是做菜不可缺少的佐料。《诗经》说:“终南何月,有条有梅”。终南山在西安之南,宋代以来就无梅了。陕西、山西等地人民只好用醋代替梅。

                    吃醋不是嫉妒的表现,而是气候的原因。

                    秦汉时期气候也比较温暖,《史记》记载当时经济作物的地理分布是“桔之在江陵,桑之在齐鲁,竹之在渭川,漆之在陈夏”。可知当时亚热带植物的地界比现在更加偏北。

                    由于气候变化直接影响农作物的地理分布,必然会影响以农产品为原料的工业布局。例如,在先秦到西汉以前,我国丝织业布局是北丝南麻,丝织业绝大部分在黄河中、下游和冀中平原,当时最大的丝纺业中心在河北定县,其他较小的中心也都在河北,河南和山东一带,长江流域及南方各地则主要生产麻织物;西汉时期,蜀中仅以产麻布著名。虽然在东汉到魏晋以后,中原地区战乱频繁,经济下降剧烈,南方各地社会生活则相对安定,丝织业有所发展,可是北丝南麻的布局一直维持到隋唐时代。从气候变迁情况看,至隋唐时代,虽然气候也有变化,但是平均气温仍暖于现代,可见丝绸之路出现在北方是有原因的。

                    北丝南麻布局的改变发生在宋代。由于气候变冷,气温已低于现代,北方不利于桑蚕生产生殖,再加上唐末五代时北方战乱,南方经济上升,丝织业规模逐渐超过北方。北宋时镇江、三台已形成为全国丝织业中心。南宋时,南京、常州、镇江、苏州都拥有巨大的丝织业生产能力。丝织业重心南移,正好相当于我国气候由温暖到寒冷的时期,这个历史经验是值得我们研究的。

                    气候变迁对农业耕作也有影响,孟子(公元前372-前289年)和荀子(公元前313-前238年)都说,他们那个时候,齐、鲁(河北、山东一带)农业种植可以一年两熟。在这些地方直到解放初期,还只习惯于两年三熟。唐朝的生长季也比现在长,《蛮书》(约成书于862年)说,曲靖以南,滇池以西,一年收获两季作物,9月收稻,4月小麦或大麦。而现代由于生长季缩短,不得不种豌豆和蚕豆,以代替小麦和大麦。这种历史经验仍有现实意义。例如,如果气候变暖,就可以考虑双季稻向高纬度、向高海拔扩展;若气候变冷,就得采取措施,缩短水稻的生长时间。


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                    • 家园 【系列】太阳黑子,行星和地球气候(9)经济危机和萧条

                      西方研究太阳黑子对政治社会经济的影响的文献比较多,这里特别推荐一篇2004年的文章,作者根据从第一个太阳周期开始以来的事件的归纳,利用其开发的一个太阳黑子计算的特殊方法(太阳黑子Nominal,标称?)特别提出2006年世界即将进入大危机,事实证明他的预测是对的,不过早了2年。

                      这篇文章太阳黑子周期和人类历史将人类历史上的一些重要事件同太阳周期进行了排列比较,给出了一些有趣的现象。

                      由于从以上系列里我们得知太阳黑子处于低值时地球气温下降,这位作者特别关注太阳黑子低值的年份.

                      太阳黑子周期5,6和7(1802-1835)期间,也就是道尔顿最小期,主要事件是拿破仑征服欧洲和在俄国的大溃败以及最后的滑铁卢。

                      在工业革命后,太阳黑子低的年份,资本主义的头号国家-美国,不是衰退就是萧条(第13周期例外):

                      第10太阳黑子周期的1858年,美国正在一个萧条的底部,两年后南北战争爆发;

                      第12太阳黑子周期的1883年,美国处于一个主要的萧条的底部。

                      第14太阳黑子周期的1908年,一个较弱的危机的底部

                      第16太阳黑子周期的1927-1929年,著名的大萧条起始,纳粹崛起。

                      2008年-2009年美国华尔街崩溃,再次发生在1900年以来罕见的太阳黑子低值期。

                      在太阳黑子周期低值时,容易发生经济危机。

                      目前的经济状况是否会演变成类似1929年那样的大萧条,看来得看天公是否愿意作美了?

                      由于未来我们很可能面临类似的道尔顿最小期,我们必须做最坏打算。


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                      • 家园 【系列】太阳黑子,行星和地球气候(10)后记

                        太阳黑子周期的一些特征:

                        (1)太阳黑子低值同地球气候低温有关;

                        (2)太阳黑子周期长度的变化同地球气候变化有关,即太阳黑子周期长度越长,则地球气温越低:这个关联规则是被长期观察所确定,太阳黑子延长最小期证明这个关联,近年来的短期观察也证明这个关联:

                        点看全图

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                        河里的一位IPCC追随者将上述的周期长度变化同气候变化关联视为“造假” 【打假】神奇的太阳黑子,在揭发IPCC“气候门”丑闻发展日益深入的情况下,IPCC支持者自己不去清扫门户,却来“打假”,实在令人好笑。

                        (3)太阳黑子周期受到4个太阳系气体行星的影响,当这4个行星以某种特定形式排列出现时,太阳黑子呈现延长最小期现象。

                        (4)太阳黑子活动的本质是太阳光球上磁场运动和热力运动的表现。黑子数量的变化反映了太阳磁场变化。

                        本来准备接下来写太阳磁场和宇宙线同地球气候的关系,由于IPCC追随者“打假”现象出现,我将在下周开辟一个新系列,专门描述太阳黑子周期长度变化同地球气候变化的关联。

                        由于我要写太阳磁场,现在先放一张图在这里,将1750年以来太阳磁场(磁极)变化同地球气候温度变化的关系作了描述:

                        点看全图

                        外链图片需谨慎,可能会被源头改

                        河友们看看这张图同上面那张“假图”有什么类似?有什么不同?

                        会不会这张图也是“假图”?


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                  • 家园 送花给长年累月坚持观测真相的科学家
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