Основные понятия и законы актинометрии.

Актинометрия - раздел метеорологии, изучающий закономерности распространения в атмосфере потоков лучистой энергии и их взаимодействия с ее веществом.

Развитие Актинометрия началось ещё в 17 в. Первые измерения солнечного тепла (в некоторых относительных единицах) были произведены английским учёным Э. Галлеем в 1693. В 1896 русский учёный Р. Н. Савельев впервые провёл измерения прямой солнечной радиации с воздушного шара, положив этим начало актинометрическим исследованиям в свободной атмосфере. Однако лишь после создания пиргелиометра (1887) и пиргеометра (1905) шведским учёным К. Ангстремом и биметаллического актинометра (1905) русским физиком В. Михельсоном исследования солнечной и земной радиации приобрели строго количественный характер.

История нового периода Актинометрии в России тесно связана с именем С. И. Савинова и Павловской обсерваторией. В СССР в 1925 при Главной Геофизической обсерватории (ГГО) была создана постоянная актинометрическая комиссия под руководством которой началось расширение сети актинометрических станций. ГГО — одна из старейших обсерваторий мира, практически руководит в СССР всеми работами в области актинометрических измерений на поверхности Земли и климатологических исследований теплового баланса. Впервые в СССР в 1948 в ГГО начались радиационные измерения с самолёта. Обширные исследования в области Актинометрия проводились в Центральной Аэрологической обсерватории и Ленинградском государственном университете.

С 1954 в ФРГ, США, СССР и в Японии начались исследования свободной атмосферы при помощи актинометрических радиозондов (АРЗ) — приборов, поднимаемых на одной-двух небольших оболочках до 30—35 км и дающих распределение по высоте нисходящих и восходящих потоков длинноволновой радиации и эффективного излучения с достаточной для решения многих задач геофизики точностью. С 1963 впервые в мире в СССР начала работать сеть актинометрического радиозондирования, проводящая регулярные выпуски АРЗ. Кроме того, актинометрические исследования свободной атмосферы при помощи АРЗ проводят с кораблей погоды и в Антарктиде.

Теоретические работы в Актинометрия охватывают широкий круг задач, в особенности вопрос о связи радиации с температурой атмосферы, облачностью, изменениями погоды и климата. Ведущее место среди исследований связи радиации с облачностью занимают работы Физики атмосферы института АН СССР, а по теории климата — ГГО и Гидрометеорологического научно-исследовательского центра СССР.

Основную роль в формировании теплового режима нашей планеты играет энергия, получаемая ею от Солнца. Приток энергии от Солнца в среднем в 5000 раз превышает приток энергии из недр Земли и в 30 000000 раз больше притока энергии от других космических источников.

Электромагнитные волны, излучаемые Солнцем, называются Солнечной радиацией. Солнечная радиация распространяется по всем направлениям от источника излучения со скоростью =300 тыс. км/с. Она -  основной источник энергии для всех географических процессов, в том числе процессов, происходящих в атмосфере. Длина волны составляющих солнечной радиации измеряется в микронах или в амстремах.

Состав солнечной радиации:

1) Видимый свет - 46% от общего излучения. Длина волны - 0,4-0,75 мк( от красного до фиолетового)

2)Инфракрасный .Длина волны >0,75 мк (тепловая радиация)

3)Ультрафиолет-7%. Длина волны - <0,4 мк.

В метеорологии принято выделять коротковолновую и длинноволновую радиацию. Коротковолновой называют радиацию в диапазоне длин волн от 0,1 до 4 мк. Она включает, кроме видимого света, еще ближайшую к нему по длинам волн ультрафиолетовую и инфракрасную радиацию. Солнечная радиация на 99% является такой коротковолновой радиацией. К длинноволновой радиации относят радиацию земной поверхности и атмосферы с длинами волн от 4 до 100-120 мк.

Часть потока солнечной радиации, достигающая земной поверхности называется суммарной солнечной радиацией. Поток суммарной солнечной радиации состоит из двух компонентов – из рассеянной солнечной радиации и прямой. Рассеянная солнечная радиация - вторичные электромагнитные волны, образующиеся при боковом рассеянии солнечной радиации на неоднородностях атмосферы. В рассеянную радиацию превращается около 25% энергии общего потока солнечной радиации, входящего в атмосферу.

Прямая солнечная радиация - остаток потока солнечной радиации, достигающий земной поверхности без рассеяния.

Всякое излучение телом энергии сопровождается понижением его температуры. Поглощая энергию из окружающей среды (или внутренних источников) тело повышает свою температуру. Если количество излученной и поглощенной энергии одинаковы то тело излучает равновесно, а его температура не изменяется. В противном случае излучение тела называется неравновесным.

Количество энергии, излучаемой телом через единицу площади его поверхности в единицу времени называется потоком лучистой энергии.

Зависимость мощности излучаемой телом от длины волны называется излучательной способностью.

Интеграл по всем длинам волн излучательной способности тела дает излучаемый им поток лучистой энергии.

При падении на поверхность потока лучистой энергии часть его отражается, часть поглощается, а часть проходит сквозь нее.

Число, показывающее, какую долю падающей на тело лучистой энергии оно отражает, называется коеффициентом отражения или альбедо.

Число показывающее, какую долю падающей на тело лучистой энергии оно поглощает, называется коеффициентом поглощения.

Число показывающее, какую долю падающей на тело лучистой энергии оно пропускает сквозь себя, называется коеффициентом прозрачности.

Сумма этих трех коеффициентов у любого тела равна 1.

Если величина коеффициента поглощения некоторого тела равна 1 , такое тело называется абсолюбтно черным.

В природе абсолютно - черных тел строго говоря не встречается, однако закономерности излучения многих реальных тел (в том числе и Солнца) весьма близки к ним.

Законы, которым подчиняются потоки лучистой энергии в атмосфере, называются законами актинометрии.

Отношение излучательной способности любого тела на любой частоте, излучающего равновесно к величине его коеффициента поглощения равна функции Кирхгофа. Это закон Кирхгофа в актинометрии.

Функция Кирхгофа имеет единственный максимум на длине волны, определяемой законом Вина. Согласно ему длина волны максимума функции Кирхгофа обратно пропорциональна абсолютной температуре тела.

К температурной радиации относится также известный из физики закон излучения Стефана--Больцмана, в соответствии с которым энергия излучаемой радиации растет пропорционально четвертой степени абсолютной температуры излучателя.

Некоторые вещества в особом состоянии излучают радиацию в большем количестве и в другом диапазоне длин волн, чем это следует по их температуре. Таким образом, возможно, например, излучение видимого света при таких низких температурах, при которых вещество обычно не светится. Эта радиация, не подчиняющаяся законам температурного излучения, называется люминесценцией.

Общие сведения о Солнце .

Со́лнце — центральная и единственная звезда нашей Солнечной системы, вокруг которой обращаются другие объекты этой системы: планеты и их спутники, карликовые планеты и их спутники, астероиды, метеороиды, кометы и космическая пыль. Масса Солнца составляет 99, 8 % от суммарной массы всей Солнечной системы. Солнечное излучение поддерживает жизнь на поверхности Земли, участвуя в фотосинтезе, и влияет на земную погоду и климат. Солнце состоит из водорода (~73 % от массы и ~92 % от объёма), гелия (~25 % от массы и ~7 % от объёма[4]) и следующих, входящих в его состав в малых концентрациях, элементов: железа, никеля, кислорода, азота, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома[5]. По спектральной классификации Солнце относится к типу G2V («жёлтый карлик»). Температура поверхности Солнца достигает 6000 K, поэтому Солнце светит почти белым светом, но из-за поглощения части спектра атмосферой Земли у поверхности нашей планеты этот свет приобретает жёлтый оттенок.

Солнечный спектр содержит линии ионизированных и нейтральных металлов, а также ионизированного водорода. В нашей галактике Млечный Путь насчитывается свыше 100 миллионов звёзд класса G2. При этом 85 % звёзд нашей галактики — это звёзды, менее яркие, чем Солнце (в большинстве своём это красные карлики, находящиеся в конце своего цикла эволюции). Как и все звёзды главной последовательности, Солнце вырабатывает энергию путём термоядерного синтеза гелия из водорода.

Солнце находится на расстоянии около 26 000 световых лет от центра Млечного Пути и вращается вокруг него, делая один оборот примерно за 225—250 миллионов лет. Орбитальная скорость Солнца равна 217 км/с - таким образом, оно проходит один световой год за 1400 земных лет, а одну астрономическую единицу за 8 земных суток.[6].

В настоящее время Солнце находится во внутреннем крае Рукава Ориона нашей Галактики, между Рукавом Персея и Рукавом Стрельца , в так называемом «Местном межзвёздном облаке» — области повышенной плотности, расположенной, в свою очередь, в имеющем меньшую плотность «Местном пузыре» — зоне рассеянного высокотемпературного межзвёздного газа.

Из звёзд, принадлежащих 50 самым близким звёздным системам в пределах 17 световых лет, известным в настоящее время, Солнце является четвёртой по яркости звездой (его абсолютная звёздная величина +4, 83m).

Солнце принадлежит к первому типу звёздного населения. Одна из распространённых теорий возникновения Солнечной системы предполагает, что её формирование было вызвано взрывами одной или нескольких сверхновых звёзд.[7]. Это предположение основано, в частности, на том, что в веществе Солнечной системы содержатся аномально большая доля золота и урана, которые могли бы быть результатом эндотермических реакций, вызванных этим взрывом, или ядерного превращения элементов путём поглощения нейтронов веществом массивной звезды второго поколения.

Излучение Солнца — основной источник энергии на Земле. Его мощность характеризуется солнечной постоянной — количеством энергии, проходящей через площадку единичной площади, перпендикулярную солнечным лучам. На расстоянии в одну астрономическую единицу (то есть на орбите Земли) эта постоянная равна приблизительно 1370 Вт/м².

Проходя сквозь атмосферу Земли, солнечное излучение теряет в энергии примерно 370 Вт/м², и до земной поверхности доходит только 1000 Вт/м² (при ясной погоде и когда Солнце находится в зените). Эта энергия может использоваться в различных естественных и искусственных процессах. Так, растения с помощью фотосинтеза перерабатывают её в химическую форму (кислород и органические соединения). Прямое нагревание солнечными лучами или преобразование энергии с помощью фотоэлементов может быть использовано для производства электроэнергии (солнечными электростанциями) или выполнения другой полезной работы. Путём фотосинтеза была в далёком прошлом получена и энергия, запасённая в нефти и других видах ископаемого топлива.

Согласно современным представлениям о Солнце, его излучение является практически равновесным (снижения его температуры за весь период наблюдений не отмечено), несмотря на то, что поток излучаемой им энергии многократно превосходит поток энергии поглощаемой им от других небесных тел. Постоянство температуры Солнца объясняется тем , что потери его энергии при излучении компенсируются притоком энергии, выделяющейся внутри его в результате происходящих здесь физических процессов.

Поток лучистой энергии излучаемой Солнцем за секунду достаточно для того, чтобы растопить слой льда толщиной 1000 км, покрывающий полностью планету размером с Землю, а всю образовавшуюся при этом воду довести до кипения.

Солнце- центральное небесное тело Солнечной системы. Оно представляет собой звезду- раскаленный за счет внутренних процессов плазменный шар. Свет от Солнца до орбиты Земли распространяется 8.3 мин.

Масса Солнца в 333000 раз больше массы Земли и в 750 раз больше суммарной массы всех прочих небесных тел Солнечной системы. Диаметр Солнца и его светимость изменяются с периодом 2 часа 40 минут. Точные измерения продолжительности солнечных затмений, а также прохождения Венеры и Меркурия по диску Солнца показали, что в 17-м веке диаметр Солнца был больше нынешнего на 0.1%.

Основная причина потери массы Солнца- истечение солнечного ветра- потока заряженных частиц, ядер и атомов водорода , а также гелия.

Возраст Солнца оценивается в 5 млрд.лет. 5 МЛРД. ЛЕТ назад диаметр Солнца должен был быть заметно больше нынешнего. Больше должна была быть и его масса.

 Расстояние от Солнца до Земли ныне превышает его диаметр всего в 107 раз. Среднегодовой выход энергии от каждого грамма массы Солнца составляет 1.5 калории. За время существования Солнца каждый грамм его массы должен был выделить в среднем более миллиарда калорий.

Один грамм самого лучшего угля в атмосфере чистого кислорода при полном сгорании дает всего 2200 калорий. Если бы Солнце состояло из угля и кислорода , то оно полностью выгорело бы всего за 1500 лет.

В течение многих лет общепринятой была точка зрения Гельмгольца, согласно которой Солнце разогревается в результате постепенного сжатия. Он показал, что если бы первоначально Солнце представляло собой холодный газовый шар диаметром равным диаметру Солнечной системы, то сжимаясь под действием силы тяжести к центру этого шара оно могло бы светить 50 млн. лет. Вместе с тем , согласно современных геологических данных возраст нашей планеты составляет более 4 миллиардов лет, что делает гипотезу Гельмгольца несостоятельной.

В полной мере способна объяснить происхождение энргии Солнца формула Эйнштейна Е=МС, где С- скорость света, а М- масса вещества. Процесс полного перехода массы в энергию описываемый этой формулой называется анигиляцией. При анагиляции одного грамма любого вещества выделяется 2000 милиардов мегакалорий.

Как видим, анигиляции всего лишь незначительной части массы Солнца оказалось бы достаточно для обеспечения необходимого энерговыделения на протяжении 5 млрд.лет. Вместе с тем данная гипотеза представляется маловероятной, поскольку для анигиляции необходимо располагать не только веществом , но и антивеществом (в тех же количествах), а также, несмотря на бурное энерговыделение обеспечить непрерывный контакт этих реагентов на протяжении миллиардов лет. Возможно ли это пока неизвестно.

Наиболее правдоподобной теорией происхождения энергии Солнца является термоядерная. Согласно ей Солнце- гигантский термоядерный реактор, в котором идет реакция синтеза гелия путем слияния ядер дейтерия, трития и водорода. Эта гипотеза упешно объясняет современные процессы происходящие на Солнце , в том числе и указанное энерговыделение (при условии, что этот термоядерный реактор имеет достаточно высокое КПД). Каково это КПД на самом деле никто не знает.

Строение атмосферы Солнца.

В то время как о глубинном строении Солнца экспериментальных данных нет (теория свидетельствует о том, что недра Солнца разогреты до 15 млн. градусов и при атмосферном давлении сотни миллиардов атмосфер имеют плотность около 150 т/кубм), атмосфера Солнца изучена сравнительно хорошо. Она состоит из ФОТОСФЕРЫ, ХРОМОСФЕРЫ и КОРОНЫ.

Фотосфера- внутренняя часть атмосферы Солнца излучает электромагнитные волны видимого диапазона частот. Толщина фотосферы около 300 км. Температура газа в фотосфере уменьшается по мере увеличения расстояния соответствующего слоя от центра Солнца.

Фотосфера имеет ячеистую структуру. Отдельные ячейки фотосферы- гранулы имеют диаметр от 500 до 1500 км. Гранулы живут по нескольку минут. После этого на их месте зарождаются другие (картина напоминает поверхность кипящей жидкости). Образование гранул объясняется процессами конвекции- подъемом из недр Солнца более теплых масс водорода и опусканием более холодных.

Отдельные гранулы сливаясь образуют т.н. пятна, достигающие в диаметре тысяч- десятков тысяч километров. Типичное солнечное пятно состоит из темной центральной части – тени и волокнистой полутени. Важнейшая особенность пятен – наличие в них сильнейших магнитных полей, достигающих в области тени напряженности нескольких тысяч эрстед. Температура солнечной плазмы в пятнах несколько меньше, чем за их пределами. Поэтому пятна формируют преимущественно инфракрасную составляющую солнечной радиации.

В среднем магнитное поле на поверхности Солнца –1-2 эрстеда, т.е. примерно в 2-4 раза выше земного. В целом пятно представляет собой выходящую в фотосферу трубку силовых линий магнитного поля. Верхняя часть трубки расширяется и силовые линии в ней расходятся как колосья в снопе. Вокруг тени магнитные силовые линии направлены практически горизонтально. В тени температура понижена до 4500 град. В пределах яркой части фотосферы происходит подъем горячего (около 6000 град) вещества из недр Солнца, а в тени пятен- его опускание.

Пятна как правило группируются по нескольку штук. В каждой группе имеются два главных (самых крупных). Магнитное поле в этих больших пятнах противоположно по знаку. Силовые линии выходят из одного пятна и замыкаются в другом. С противоположной стороны замыкание происходит во внутренней области Солнца.

Пятна могут заполнять значительную часть видимого диска Солнца. Они живут дни-месяцы и могут уходить на невидимую часть Солнца. По перемещению пятен астрономы установили, что на экваторе Солнце совершает оборот за 25 суток, а на полюсе- за 30 суток. Количество пятен на Солнце год от года изменяется с периодом 11 и 22 года. При максимальном количеств пятен –пик максимума солнечной активности, при минимальном – минимум. С периодом 11 лет происходит инверсия магнитного поля Солнца. Полный период изменения его направленности происходит за 22 года.

Солнечная активность характеризуется значениями различных индексов. К ним относятся: число Вольфа, индекс суммарной площади пятен, вспышечный индекс, индекс радиоизлучения с длиной волны 10.7 см, коронарный индекс и др.

Ранее других был предложен индекс - число Вольфа, пропорциональное количеству пятен, видимых на Солнце и удесятиренному числу групп , которые они образуют.

 Солнечная активность влияет на характеристики многих процессы на Земле, в том числе:

1.Состояния магнитосферы Земли (Магнитные бури) (Lamont, 1850;

 Sabin, Gautur, Wolf, 1852).

2. Полярных сияний (Fritz, 1863; loomis).

3. Перистых облаков (Klein, А. Моисеев).

4. Гало и венцов вокруг Солн­ца и Луны (Messerschmidt, Моисеев, 1917).

5. Ультрафиолетовой радиации (Dobson, 1924; Petit).

6. Образование космогенных радионуклидов (Bongards, 1923).

7. Ионизации верхних слоев атмосферы (Shuster, Р1еагd, Austin, 1927).

8. Напряженности атмосферного электри­чества (Wislicinus, 1872;

 Сhгее, Ваuег).

9. Грозовой деятельности (Lenger, 1887; Нess, Д. Святский,

А. Моисеев, 1920).

10. Образованя озона (Моffrat, 1876; Dobson, Наrrison, Lowrens).

11. Тепловой радиации (инсоляции) (Са­вельев, 18^1,1905—1920).

12. Температуры воздуха у поверхности Земли и во­ды морей (Gautier,

1844; и др.),

13. Давление воздуха (Вroun, Федоров и др.).

14. Частота бурь, ураганов, смерчей (Meldrun, 1872; Rосу, Reich,Walker).

15. Количества осадков (Meldrun, Lockyer, Symons, Hill, Шоста­кович

 и др.), частота градобитий (Fritz) и число поляр­ных айсбергов.

16. Высота уровня озер (Моrеuх, Wа11еn, Визе, Свят­ский, Шостакович

 и многие другие).

17. Иловых отложений озер (В. Шостакович, 1934).

18. Колебаний климата (Нин1ш§1оп, Агс1;о\У8Ьу). Воз­мущения

 климата (М. Боголепов).

29. Землетрясения (Ма11еt, 1858; Kluge, Dе-Маrсhi, Меmеrу,

Оddоnе, Маrсhаnd, Боголепов, Шостакович).

  30. Величина урожая кормовых злаков (Sir, W. Неrchel, 1801; С1агсе,

Danson, Fritz, Show, Hunter, М. Семенов, Б. Ястремский).

 31. Количество и качество добываемого вина (Sartorius, Н. Fritz, 1878;

 Меmеry,).

 32. Рост древесины (толщина годичных колец) (Nansen, Douglass).

 33. Время зацветания растений (Маrchand, Flammarion, Nansen).

 34. Пышность цветения растений (Ве1оt, 1927).

 35. Эпифитии (А. Чижевский, 1927).

 36. Размножаемость и миграции насекомых (Ф. Кеппен, 1870; Fritz,

Hahn, Giard).

37. Размножаемость, миграции рыб (Nаnsеп, Шостакович). Количество

 икры в печени некоторых рыб.

38. Время «осеннего прилета (миграции) птиц (Магchand, Flammarion,

 Moreuх, Шостакович).

39. Размножаемость и миграции животных (грызу­нов, пушных)

(Н. Туркин, 1900; Simrotti, 1907).

40. Продолжительность стойлового содержания скота

(Б. Ястрсмский, 1926).

41. Эпизотии, падеж скота (А. Чижевский, 1927).

42. Качестно кальция в крови (Н. et R. Вакwin).

43. Частота поражений человека ударами молнии и частота пожаров

 от молнии (Воndin, О. Steffens, 1904).

44. Колебании веса младенцев (Жуков, 1928).

45. Психопатические эпидемии. Массовые истерии, галлюцинации,

меряченье и т. д. (А. Чижевский, 1915— 1928).

46. Частота эффективных преступлений (А. Чижев­ский, 1927, 1928).

47. Частота несчастных случаев (А. Чижевский, 1928, 1934).

48. Модификация нервной возбудимости нервно-пси­хического тонуса

 (А. Чижевский, 1915—1928).

 49. Частота внезапных смертей (Кindlimann, 1910; Чи­жевский, 1918).

50. Частота обострений (ухудшений) в течении бо­лезней (Sardou,

Faurе, Vallot, 1922).

51. Частота эпилептических припадков(Ammonn, Моrrеll 1928).

52. Колебания общей смертности (вековой ход — Пок­ровский, 1928;

 годовой ход—Чижевский, 1929).

53. Рождаемость (вековой ход — Покровский, 1928).

54. Брачность (вековой ход — Покровский, 1928).

55. Эпидемии и пандемии (Чижевский, 1922—1935;

Вudai, 1931; Vles, 1933).

М.А.Боголепов [31] в 1907 г. выдвинул гипотезу о наличии влияния на нашу планету изменений солнечной активности и других проявлений «электромагнитной жизни вселенной», которое могло приводить к тому, что многие процессы, происходящие в биосфере должны были иметь циклический характер.  Тем самым делалась попытка объяснения механизма, под влиянием которого перемены климата являются циклическим процессом.

   Предположение о том, что они носят подобный характер , впервые выдвинули в конце XIX века Э.А.Брюкнер [3] и А.И.Воейков [4]. Они предположили, что в изменениях климата происходит циклическое чередование прохладно-влажных и тепло-сухих эпох с периодом, составляющим 35-45 лет.

Подтвердил адекватность данной гипотезы и развил на ее основе теорию внутривековой и многовековой изменчивости климата и общей увлажненности материков Северного полушария А.В.Шнитников [5-7]. Он доказал, что этот процесс представляет собой сложное колебание, являющееся суперпозицией квазигармонических составляющих с периодами 7-11, 20-47, 60-90 и 1500-2100 лет. [6, 8]. 

На протяжении голоцена, макроциклов изменения температур и увлажненности материков Северного полушария, с периодами 1500-2100 лет, было выявлено шесть. В каждом из этих макроциклов выделялись эпохи прохладно-влажная, продолжительностью 300-500 лет, тепло-сухая ( 600-800 лет), а также переходная (700-800 лет). На каждый из макроциклов изменений климата были наложены циклы с меньшими периодами[6].

Потепление климата, начавшееся в середине XIX века и продолжающееся ныне, с позиций данной теории представляет собой начало очередной тепло-сухой эпохи (которая будет длиться как минимум до середины ХХV века). 

Подтвердили выводы теории А. В. Шнитникова: Э. Ле Руа Ладюри [14], доказавший существование в изменениях климата Западной Европы, в XIV-XVI веках «малого ледникового периода» (прохладно-влажной эпохи) и внутривековых колебаний; Е. П. Борисенков и В. М. Пасецкий [15], пришедшие к аналогичным выводам для России; а также Н. В. Кинд [16], обобщивший палеоэкологическую и палеоклиматическую информацию за последние 10 тысяч. лет, полученную с использованием радиоизотопных методов.

Полициклический характер изменений характеристик состояния атмосферы и биоценозов в позднем голоцене, происходивших с пе­риодичностью в 2-4, 7-11, 35-45 и 55-90 лет, подтвержден также в трудах современных ученых Украины [17] и зарубежных исследователей [18-23].

Установлено, что прохладно-влажные фазы макроциклов изменений климата развиваются в периоды, когда в соответствующем полушарии активизируется циклоническая деятельность, а также увеличивается меридиональный градиент среднегодовых температур в приземном слое атмосферы[24]. По мнению [25, 26], причиной этих явлений служит усиление зональных составляющих циркуляции атмосферы и ослабление межширотного обмена воздушных масс.

Дальнейшие исследования [27, 28] позволили выявить такие же периодичности в изменениях речного стока, уровней бессточных водоемов аридных и субаридных районов [11, 20, 29] , Черного моря [30], а также в изменениях численности и границ ареалов многих популяций насекомых, растений и животных [19, 20, 23]. Все это позволяет рассматривать их, как проявление единых закономерностей развития различных компонентов ландшафтной оболочки, атмосферы, гидросферы и недр нашей планеты.

Существенный вклад в развитие данной концепции внес А.Л.Чижевский[32], обобщивший предыдущие исследования особенностей влияния вариаций солнечной активности на многие процессы в живой и неживой природе нашей планеты, и предложивший рассматривать их как «единые гелиоклиматичекие ритмы».

Первопричиной большинства климатических изменений считали изменения солнечной активности К. К. Марков [33, 34], Виллет [35], Предтеченский [36.37], Шнитников [38], Эйгенсон [39] и др..

В пользу того, что влияние солнечной активности на динамику многих процессов в климатической системе является значимым, свидетельствуют также работы А. И. Воейкова [52], И. Д. Лукашевича [53] и ряда современных авторов [40-44].

 Установлено, что при повышении солнечной активности несколько увеличивается светимость Солнца, в основном за счет возрастания мощности коротковолновых составляющих солнечной радиации, влияющих на содержание в земной атмосфере О₃, N₂O [47-49]. Возрастает также плотность достигающего орбиты Земли потока солнечного ветра, частицы которого непосредственно входят в ее атмосферу над приполярными регионами и ионизируют здесь молекулы азота и кислорода. В результате этого при повышении солнечной активности происходит некоторое потепление глобального климата.

Анализ результатов наблюдений солнечной активности за весь период их проведения позволил установить [50], что наряду с одиннадцатилетним циклом, в ее изменениях присутствуют и более длиннопериодные составляющие, в принципе способные порождать соответствующие циклы изменений климата. Вместе с тем анализ спектров изменчивости состояний атмосферы и Мирового океана показал, что их составляющие с периодами, соответствующими циклам солнечной активности являются далеко не самыми мощными. Их на много превосходит мощность колебаний, обусловленных различными взаимодействиями океана и атмосферы. Причина существования наиболее мощной их гармоники с периодом 55-90 лет до сих пор достоверно не установлена.  

Движения газа в гранулах порождают акустические волны, распространяющиеся в верхние слои атмосферы Солнца.

Хромосферой называется слой солнечной атмосферы, где температура плазмы достигает минимума (до 4500 град). Он расположен над фотосферой .

 В хромосфере минимальна скорость звука. Здесь расположен солнечный атмосферный акустический канал по которому звук распространяется с малыми потерями энергии.

На краю хромосферы в период полных солнечных затмений видны язычки пламени- т.н. хромосферные спикулы. Спикулы- вертикально вытянутые образования состоящие из более плотного газа.

Хромосфера имеет толщину –несколько сот км , но в отличие от фотосферы имеет более неправильную , неоднородную структуру. Здесь выделяют два типа неоднородностей- яркие и темные, по размерам превышающие гранулы. Эти неоднородности образуют нестационарную хромосферную сетку. Они являются следствием конвективного движения газа в фотосфере, но имеют большие масштабы. Температура газа в хромосфере быстро наростает с увеличением высоты- от абсолютного минимума – до десятков тысяч градусов.

Наиболее замечательным явлением, охватывающим все слои атмосферы Солнца и зарождающегося в хромосфере являются солнечные вспышки.Это взрывы, сосредоточенные в сравнительно небольших областях хромосферы и короны. Причина взрыва не вполне ясна, предположительно она вызвана резким сжатием плазмы под воздействием магнитного поля Солнца. Вспышка продолжается около часа. Во время вспышек энергия радиоизлучения возрастает в миллионы раз по сравнению с излучением спокойного Солнца. Это объясняется тем, что источник радиоизлучения- потоки заряженных частиц, в это время многократно усиливаются. Вся поверхность фотосферы непррывно излучает солнечный ветер, порождая постоянную составляющую радиоизлучения.

Вспышка приводит к образованию портуберанца -длинного плазменного жгута или ленты, протяженностью десятки- тысячи километров. Это наиболее грандиозное явление в атмосфере Солнца.

Портуберанцы- гиперзвуковые вертикальные выбросы сравнительно плотной солнечной плазмы , простирающиеся на удаления миллионы километров и значительно влияющие на плазмосферу Земли. Они имеют форму арок, опирающихся на хромосферу и содержащих холодную (по сравнению с плазмой короны) и плотную плазму. Известны различные типы портуберанцев. Некоторы из них образуются во время вспышек на Солнце и являются их завершением. 

Корона- внешняя часть солнечной атмосферы, излучающая ультрафиолетовое и рентгеновское излучение. Корона имеет лучистую структуру и простирается на расстояние нескольких радиусов Солнца. Лучи короны могут быть различной длины, в том числе превышая несколько диаметров Солнца.

Плотность вещества короны тем меньше, а его температура тем больше, чем больше расстояние до Солнца .

Корона видна только в период полного солнечного затмения. Она имеет неправильную форму и “лохматая” . Конфигурация короны изменяется с течением времени.

Корона нагрета до температуры 1-2 миллиона градусов. Она непрерывно излучает и ускоряет частицы солнечного ветра. На удалении 25млн км скорость солнечного ветра достигает максимума- 400 км/с и далее не меняется.

Вся солнечная атмосфера непрерывно колеблется. В ней распространяются волны с горизонтальной и вертикальной поляризацией длиной в несколько тысяч километров. Колебания носят резонансеый характер и происходят с периодом около 5 минут.