Связь изменений климата с геомагнитным полем. 1. Пространственно-временная структура магнитного поля Земли и климата в XX в.

Abstract

Аналіз головного геомагнітного поля (за моделлю IGRF) та кліматичних параметрів — приземної температури повітря і приземного тиску, дав змогу простежити їх глобальні зміни протягом XX ст. і виявити між ними просторово-часовий зв’язок. Проаналізовано інтегральні характеристики геомагнітного поля, полів приземної температури і тиску, розраховані за єдиною методикою, і динаміку цих полів для широтного поясу 40—70° пн. ш. У результаті виявлено регіональні та глобальні особливості, визначено відповідні загальні характеристики. У просторово-часовій структурі магнітного поля ХХ ст. виділено три інтервали, що характеризуються різною поведінкою геомагнітного поля. Вони узгоджуються з трьома періодами зміни глобальної температури: первинне глобальне потепління (1911— 1943), період стабілізації — з кінця 1940-х до початку—середини 1970-х років, вторинне глобальне потепління — з початку—середини 1970-х років до теперішнього часу. Візуально місце розташування основних структур геомагнітного поля, баричного поля і поля температур у Північній півкулі протягом ХХ ст. досить добре збігається. Високий коефіцієнт подібності інтегральних столітніх кривих модуля повного вектора геомагнітного поля . і приземної температури T (R.T) = – 0,83 досить несподіваний. Враховуючи методику, за якою був отриманий і оброблений фактичний матеріал, важко уявити, що така кореляція є випадковою. Якщо причинно-наслідковий зв’язок існує, то очевидно, що геомагнітне поле якимось чином впливає на температуру (або тиск), але не навпаки. Механізми, за допомогою яких геомагнітне поле може впливати на клімат на різних часових масштабах, мало вивчені і є основною проблемою. Головне магнітне поле Землі розглянуто як перша головна ланка причинно-наслідкових зв’язків ланцюжка магнітне поле — клімат. Стисло викладено сучасні уявлення про можливі механізми впливу сонячної активності і геомагнітного поля на клімат. Зазначено, що основна роль у них належить галактичним космічним променям. Представлений матеріал лежить в основі другої частини статті, де простежено ланцюжок причинно-наслідкових зв’язків варіацій магнітного поля Землі, галактичних космічних променів, варіацій вмісту озону і кількості водяної пари у верхній тропосфері / нижній стратосфері, що в підсумку призводить до зміни радіаційного балансу нашої планети і, як наслідок, до змін приземної температури та клімату.

Analysis of main geomagnetic field (from IGRF model) and climatic parameters (near surface air temperature and surface pressure) allows us to determine their variability and spatial-temporal relations between them during the 20th. Integral characteristics and dynamics of the above parameters in latitudinal band 40—70 °N have been investigated, applying one and the same approach. This gives us the possibility to reveal their global and regional characteristics — the differences and similarities between them. Three distinct periods of the spatial-temporal distribution of geomagnetic field intensity have been determined, that could be connected to corresponding periods of mean near surface air temperature evolution during the 20th century: initial global warming (1911—1943); stabilization (end of 1940 s — middle 1970 s); secondary global warming (middle of 1970 s — 2000 s). There is a good correspondence between geomagnetic field, near surface air temperature and pressure spatial distributions during the 20th century. The high coefficient of similarity between integral spatial distributions of geomagnetic field intensity F and surface air temperature T (RFT) = – 0,83 is quite unexpected. It indicates that relations between them could hardly be a random connection. If there is a causal relation between them, it obviously should be in the direction: geomagnetic filed influence on the temperature and / or surface pressure. The main problem in this case is that the mechanisms of magnetic filed influence on climatic parameters are less investigated and poorly understood. In this paper geomagnetic field is considered to be a first element of the causal chain of processes relating it with Earth’s climate. A brief review of resent understanding of solar — geomagnetic field influence on climate shows that the main role in this process is played by galactic cosmic rays. Results presented here are basement for the second part of this paper, where the causal link of the processes connecting geomagnetic field with galactic cosmic rays, ozone and water vapour near the tropopause (with their influence on the radiation balance of the planet and consequently on climate) is thoroughly analysed.