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太陽亮度的微小變化可能會對我們地球的天氣和氣候產生重大影響。現在，根據8月28日發表在《科學》雜誌上的一項新研究，科學家們詳細描述了這一過程可能如何運作。
幾十年來，一些科學家注意到某些氣候現象——海洋變暖、熱帶降雨增加、亞熱帶雲量減少、信風增強——似乎與太陽大約11年的週期有關，該週期導致太陽黑子的漲落，從而導致太陽輸出的變化。
這種變化大約等於每平方米0.2瓦，這遠遠不足以解釋例如實際的海面溫度升高。人們提出了各種理論來解釋這種差異：平流層的臭氧化學變化、無雲地區陽光增加，甚至是宇宙射線。但這些理論本身都無法解釋這種現象。
現在，利用一個將臭氧化學與太陽強度較大時亞熱帶地區雲量較少的事實相結合的計算機模型，位於科羅拉多州博爾德的美國國家大氣研究中心 (NCAR) 的氣候科學家傑拉爾德·米爾 (Gerald Meehl) 和他的同事們重現了上個世紀陽光強度增強和減弱過程中所有觀察到的週期性氣候現象。“即使[太陽光變化]在全球平均水平上是一個非常小的數字，但在區域或區域性範圍內，它可能會大得多，”米爾解釋道。平流層臭氧化學和亞熱帶地區雲層覆蓋的變化“有點疊加在一起，相互加強，從而產生這種微小太陽強迫訊號的更大振幅，”他說。
如果模型是正確的，那麼當太陽處於最大強度時，其機制如下：熱帶平流層中的臭氧會在增加的紫外線下捕獲稍微多的熱量，使其周圍環境變暖，從而增加臭氧的產生。（較溫暖的溫度使得紫外線更容易分解O2分子，從而使產生的自由氧離子與其他同類分子結合以產生臭氧。）該臭氧也會變暖，並且迴圈繼續，導致全球臭氧增加大約2%。但是，這種變化也開始影響平流層本身的迴圈，然後透過加強某些風型來改變大氣最底層（稱為對流層）的迴圈，從而影響我們所經歷的天氣。
同時，太陽極大期期間增加的輻射也會為已經相對無雲的海洋區域（由於下沉的冷空氣）增加少許熱量。這會產生更多的蒸發，這些蒸發被信風帶回熱帶地區，在那裡再次以降雨增加的形式出現，但也有助於加強導致亞熱帶無雲天空的向上對流。反過來，這會進一步增加亞熱帶地區的向下壓力，導致這些太平洋地區雲量甚至減少大約2%。“你基本上啟動了整個系統，”米爾說。
但是該模型並沒有完全重現現實世界的狀況。雖然實際東太平洋的海面溫度通常在較強的太陽下下降約0.8攝氏度，但該模型只能複製約0.6攝氏度的降溫。該模型也沒有預測地球上實際發生變化的地方。米爾說，可能還有其他因素在起作用，即使是最好的計算機模型也只能開始近似實際氣候的複雜性。
目前，太陽正處於一個極度低太陽黑子活動時期，這與可能導致17世紀末歐洲降溫的小冰河時代以及中國朝代衰落的“蒙德極小期”相似。而且，在20世紀後半葉，太陽的輸出相對穩定，而全球氣溫卻在上升——這排除了我們的恆星本身是全球變暖的直接來源。
儘管如此，這項研究開始解釋太陽輻射變化如何對地球產生巨大影響的物理機制。這意味著太陽週期的下一個上升期，從而使太陽的亮度增加，可能會在赤道太平洋地區帶來拉尼娜現象——異常寒冷的地表水。“無論何時發生，”米爾預測，“它很可能會表現得像一個微弱的拉尼娜現象。”