太阳风变速影响气候系统的机理及其稳定同位素记录研究

The mechanism of the solar activity effect on climate change may be attributed by multi-nonlinear magnified ways. When we researched on the impact of cosmic ray on the climate change, which is supported by current funds to the applicant from NSFC, it is found that the relativistic electron flux, which is modulated by the solar wind speed, significantly relates to the climate index of NAO and AO in winter of Northern Hemisphere. Moreover, this relation only appears in troposphere, which implies that there is a direct link between solar wind speed and climate system. In this proposal, we want to continue to 1) investigate the temporal and spatial pattern of the relation between solar wind speed and the climate system; 2) set up the parameterization of this relation by global electric circuit-cloud process or chemical climate process; 3) research the impact of relativistic electron and X-ray on the fractionation of stable isotope.

太阳活动驱动气候变化的过程极可能是通过多条非线性放大途径实现。申请人在在研基金项目开展宇宙射线气候效应及宇宙成因核素示踪研究过程中发现，太阳风变速通过调制辐射带相对论高能电子沉降通量对北半球冬季的NAO和AO产生显著的影响，而且这一联系仅仅存在于对流层，这表明存在着一条太阳风变速与对流层间独立的联系机制。本项目旨在此基础上，利用各类再分析资料、野外观测资料和卫星观测资料，进一步揭示太阳风变速影响气候系统过程的时空变化特征；研究其联系机理，实现基于现代气候模式的太阳风变速外强迫通过大气电-云过程作用和大气化学过程作用的参数化方案，实现模式模拟；探索高能电子轰击与X射线电离大作用的过程中的稳定同位素分馏特征，为重构过去200年以来的太阳风速度信息提供基础。

本项目围绕太阳风变速影响气候的机制/其关键物理过程的参数化方案制定，相关过程的古环境代用指标探索等问题展开研究。通过4年的工作，在以下方面取得的显著的进展：1）提出了太阳活动通过太阳风变速高能电子沉降驱动气候变化的新途径。通过对大气再分析资料、高能电子卫星观测资料及极地地面气象、大气电观测资料的综合分析，发现极地对流层大气对太阳风驱动下的高能电子沉降通量变化存在着从天气尺度到气候尺度的显著响应，并通过对AO的调制显著影响北半球冬季气候和北大西洋冬季海表温度，其中深对流云的大气静电微物理过程是两者的核心联系。并以此提出了太阳风-高能电子影响极地天气、气候的“大气电-云”和“大气化学作用”的“双驱动”概念模型。这一成果被学术界认为是发现了太阳活动驱动气候变化的新途径。2）围绕高能电子沉降影响云微物理的过程，系统构建了高能电子影响下的全球大气电路模型、弱电场云电荷分布模型和静电微物理碰并参数化方案。3）通过对现代钙华中10Be的记录过程的沉积记录的分析，建立了钙华10Be反演宇宙线强度变化的新途径。