1159.《太阳黑子活动与本地降水的关系》综合实践活动报告教案

《太阳黑子活动与本地降水的关系》综合活动实践报告 引言：太阳活动对天气气候影响的研究由来已久，在研究中一致认为：太阳活动会引起太阳辐射、地磁场和大气环流的改变，从而影响天气气候的变化。我国很早就开展了这方面的研究。竺可祯先生（1926年）曾指出：长江流域的降水与太阳活动有正相关关系，即太阳黑子（相对数R）多时，降水亦多；太阳黑子少时，降水亦少。涂长望先生（1935年）发现：黑子增多时，我国西南地区7月降水比常年偏多。 一、问题的提出 竺可祯先生（1926年）曾指出：长江流域的降水与太阳活动有正相关关系，即太阳黑子（相对数R）多时，降水亦多；太阳黑子少时，降水亦少。涂长望先生（1935年）发现：黑子增多时，我国西南地区7月降水比常年偏多。 那么，太阳黑子与本地降水是否有关，如果有，又是怎样的关系？一系列的问题引起了我们的关注。于是，我们便开展了这次以“太阳黑子活动与本地降水的关系”为主题的综合实践活动。 二、综合实践活动的目的 1、学习收集、分析资料报告 2、关注太阳对地球的影响 3、学习写科学论文 三、综合实践活动的组织与实施 （一）、组织分工 指导老师：金雷，负责研究计划、过程、方法的指导。 组长：陈汉竹 ，负责整个研究活动的计划、组织、网络技术的支持，研究报告的撰写。 组员：余林、彭平平、冯帅霞、王汉奇、徐一峰，参与调查研究，资料的收集、整理以及问题的分析。 （二）、历年太阳黑子变化 年份 太阳黑子平均数 年份 太阳黑子平均数 1967 93.8 1983 66.6 1969 105.0 1985 17.9 1971 66.6 1987 29.4 1973 38.0 1989 157.6 1975 15.5 1991 145.7 1977 27.7 1993 54.6 1979 155.4 1995 17.5 1981 140.4 1997 23.4

(三)、专业人士对太阳黑子的研究 早在18世纪初，英国天文学家、天王星的发现者威廉·赫歇尔就注意到，当太阳黑子少时，地球上的雨量也减少。 19世纪末，俄国施维多夫教授在研究旱灾的周期性时，从一些老树墩上的年轮发现，年轮之间的距离并不是相等的，而是有疏有密，疏密的程度大致11年变化一次，即与太阳黑子周期对应。树木的年轮表示了树木每年新增加的木质。假使某一年天气潮湿、和暖，树生长得快，它就生长出较厚的一层木质；假使春夏的天气较冷，或是夏天干旱，树的营养不足，其年轮就窄一些。遗憾的是，俄国的树木寿命都很短，施维多夫找到的树木太年轻，似 乎还不能说明更多的问题。以后，人们搜集了树龄在几百年甚至上千年的大量的树木年轮资料，作了系统的研究。统计结果表明，树木逐年的生长率与同时期的黑子相对数相关，在太阳活动峰年，树木生长得快一些。我国著名科学家竺可桢也对气候与太阳活动的关系进行了大量的研究。他发现，我国长江流域的雨量与黑子多少成正比；黄河流域则相反，雨量与黑子多少成反比。他根据我国历史上的太阳黑子记录指出，黑子最多的第4、6、9、12和14世纪，也是我国严寒日子多的世纪。我国还有许多科学工作者，充分利用我国物候学、地方志及各种史料记载，对我国5000年来的气候变迁进行研究。对古老树木年轮的研究和放射性碳14的测量，以及近年人们对南极、北极的深层冰核中氧18的含量、年度冰溶化百分率和冰中二氧化碳的研究，进一步表明太阳活动不仅有11年、22年的周期变化，而且还有80～90年、200年、500年和8000年等周期变化。太阳活动与气候的长期变化有明显的相关性。 另一方面，某些自然灾害与太阳活动的短期变化，例如耀斑爆发，有一定关系。 但是，太阳活动与自然灾害之间的关系还只是统计相关 关系，而不是因果关系。这种关系是错综复杂的，由于研究 地区和时段的不同，相关关系很可能不同。 一支由来自英美五个研究机构的科学家组成的国际小组证实，太阳黑子活动周期可以用于预测东非的暴雨、洪灾以及随后引发的疫情。这些结果向利用古气候分析来预测未来环境及其对社会的影响迈进了重要的一步。相关论文在线发表在8月7日的《地球物理研究杂志》(Journal of Geophysical Research)上。 美国纽约保罗·史密斯学院(Paul Smith's College)的古气候学家Curt Stager及其同事研究了过去一个世纪的降水数据，证实在这期间东非地区的特大暴雨及洪涝灾害恰好发生在太阳黑子活动高峰期前一年。维多利亚湖、坦噶尼喀湖和奈瓦夏湖的历史数据也表明了这种关系。 Stager等人证明，尽管太阳黑子和降水之间的对应关系在1927年至1968年间逐渐减弱，但是总的说来这种模式在整个20世纪都存在。之前的统计研究出于各种原因曾经摒弃了这种模式。 太阳黑子是由太阳能量的突然增加引起的，它的周期是11年，下一次高峰期预期在2011年至2012年。根据Stager等人的研究，高峰期前一年东非地区将发生暴雨。 研究人员指出，太阳黑子活动影响降水的原因可能有几个。太阳能量升级会加热陆地和海洋，迫使湿润的空气上升，进而形成降水。厄尔尼诺(El Nino)现象可能也与此有关。 蚊虫等在湿润的环境下会大量繁殖，因此暴雨可能预示着各种疾病的大规模爆发。这项研究可以帮助公共卫生官员在疫情爆发前数年就开始采取对抗措施。 （四）、太阳黑子的活动周期 太阳黑子是人们最早发现也是人们最熟悉的一种太阳表面活动。明亮的太阳光球表面经常出现一些小黑点，这就是太阳黑子。美国国家大气研究中心高地天文台的太阳天文学家埃米•诺顿解释说，太阳黑子之所以产生是因为太阳内部磁场发生变化的结果。 太阳黑子的数量并不是固定的，它会随着时间的变化而上下波动，每11年会达到一个最高点，这11年的时间就被称之为一个太阳黑子周期。太阳黑子周期是1843年由一名德国天文学家发现的。 诺顿表示，不仅是太阳黑子的数量会在这11年中发生变化，同时它们所处的位置也会随之改变。每当一个太阳黑子周期开始的时候，最先出现的黑子总是在离赤道较远处（平均纬度为35度），然后由高纬度向低纬度方向移动，最终黑子出现的位置渐渐靠近太阳赤道。 （五）、某地区的降水情况 20 世纪50 年代初期,大气可降水量偏少,从50 年代中期到60 年代中期,大气可降水量处于持续上升的状态,60 年代中期起,上升终止,60 年代后期开始呈下降趋势。总体来看,50 年代和60 年代是大气可降水量偏多的年代,大气水分含量比较充沛;70、80 年代大气水分含量整体偏少;90 年代除了最初的2年之外,大气可降水量累积距平曲线处于零值以下,说明90 年代中后期大气仍然偏干。21 世纪初可降水量相对较多,2003 年开始有下降趋势。 （六）、结论 根据以上研究表明，太阳黑子的周期性变化是会影响本地的降水的。本地的雨量与太阳黑子的多少成正比，也就是说太阳黑子达到峰年时，本地的降水量是十分充沛的。 （七）相关新闻资料：太阳黑子活动影响长江黄河源区降水气温变化 新华网兰州8月19日电(记者宋常青)国内研究人员在对我国长江黄河源区近50年来的降水和气温变化进行分析后发现，这一地区降水和气温变化周期同太阳黑子活动周期基本吻合，说明太阳黑子活动对我国长江黄河源区降水和气温变化存在影响。 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所研究人员在分析中发现，我国长江黄河源区的降水和气温变化周期基本在22年、16到17年、11年、7到8年、5到6年和2到3年几个周期之间 浮动。而这些周期正是太阳黑子的活动周期，说明了长江黄河源区的降水和气温周期变化同天体运动的变化有着紧密的联系。 我国长江黄河源区位于青海省境内，当地也是著名的长江、黄河、澜沧江三江源地区。长江源区位于聂恰曲与通天河交汇口以上的流域，面积12.24万平方公里，平均海拔4000米以上，多冰川分布，是典型的高原大陆性气候，年平均气温在零下6摄氏度到4摄氏度之 间，基本为大面积连续多年冻土分布；黄河源区为青海省达日水文站以上的区域，面积4.5万平方公里，海拔均在5300米以下，无现代冰川分布，河流主要以降水补给。 目前，我国长江黄河源区的降水和气温变化，尤其是长江源区降水的各种变化研究尚处在初始阶段。(完) （八）相关案例 辽河流域降水时空演化分析 年际变化 辽河流域降水的年际变化较大，降水愈少的地区或季节其年际变化愈大。据近200a的旱涝分析[5]，雨涝的持续时间超过120a，降水丰缺（旱涝）的长期变化是不同周期、不同振幅的振动相互迭加的结果。但总体上，流域内年降水量有8～14a（平均11a）的周期性丰枯变化，与太阳黑子数变化的周期一致，流域降水量的5a滑动过程线与太阳黑子数的5a滑动过程线类似，只是不如太阳黑子数周期性规则、明显，即当太阳活动增强，黑子数增加，有利于经向环流的发育，降水量偏丰；反之，有利于纬向环流的发展，降水偏少[6]。反映辽河流域降水丰缺主要受太阳黑子活动的控制。由于其变化周期没有太阳黑子数变化周期规则，又反映了气候、地理位置、地形等局域因素的影响。辽河流域在经历了一个较长的雨涝阶段后，从20世纪40年代进入了一个相对较早的时期，尤其近30a是干旱阶段的相对旱期，即1953—1965年相对较丰，1966—1979年为枯水期，1979—1993年为偏枯水期，1993年后，雨量又开始增加，进入枯水期的相对涝期阶段。辽河流域降水的年变率各地不一，降水较多的地区变率（Cv）相对较小，而降水较小的地区变率较大。如浑太河流域年最大降水量仅是年最小降水量的2～3．2倍，而辽河上游则达5。 四、论文 太阳活动不仅有11年、22年的周期变化，而且还有80～90年、200年、500年和8000年等周期变化。它影响着地球上的降水。 当太阳黑子处于低谷年，中国可能出现冷冬或严冬。新中国成立六十年来，中国经历了两次最严寒的冷冬灾害，就发生在太阳黑子低谷年。一九五四年十二月上旬至一九五五年一月中旬，中国有二十二个省、市出现影响范围广，寒潮强度大，持续时间长的低温冰雪气候。广东北部结冰严重，甚至出现负七点三摄氏度的极端低温。广州从一九五四年十二月三十一日至一九五五年一月十二日，连续十三天的日平均气温只有七点五摄氏度，最低日平均气温只有五点三摄氏度(一月十一日)。一九五四年正是太阳黑子低谷年，全年太阳黑子相对数只有四点四。一九七六年十二月下旬至一九七七年一月中旬，中国有十三个省、市发生了罕见的强寒潮低温冰雪天气。一九七六年十二月二十六日至一九七七年一月十五日，广州出现了