现在发现地球的自转速度具有长期变化、不规则变化和周期变化等几种类型,引起这些变化的原因也是很复杂的。例如1956年2月23日和1959年7月15日,太阳出现了特大耀斑,造成了地球自转突然变慢,日长分别增加了千分之9.7秒和万分之8秒。类似于这种突然的或缓慢的变化,当然要强烈干扰自然节律,也不可避免地对地表面上各种地理过程发生深刻影响,这些都是值得很好注意的。
在我们的研究范畴中,可以初步把自然节律性分成3种主要类型。这显然还不是十分精确的分类,只是作为一种概念上的提示,以便能够尽量合理地认识这种节律性的背景。
1.天文因素引起的节律性
目前对于一些天文因素所引起的节律性,认识或研究尚不深刻。我们只是举出纪录比较多、认识比较清楚的太阳黑子活动规律以及由于太阳、月亮对地球的引力作用所造成的节律表现,以说明这一类节律性的状况。
自1700年以来,采用仪器观测到的黑子活动纪录,说明了太阳黑子变化明显地呈现出11年左右的周期起伏(图11-1)。
但是一些事实表明,近300年来的观测资料毕竟还是太短的,尚不能更完整地揭示出黑子变化的规律。比如就在此段资料以前,即17世纪的后半叶,太阳黑子曾一度几乎消失,这就与其后的资料不大一致。1922年,蒙德对此专门进行了研究,后来又有一些人参考日全食时所观测到的光环,以及高纬度地区的极光纪录,加上树木年轮中的C14含量变化等,共同推算出1645~1717年这70余年当中,太阳黑子确曾一度消失,并且把这70年命名为“蒙德时期”。对应于该时期,在欧洲曾出现过一些反常的气候状况,如在英国即有许多奇特的纪录(参见王雷的资料):*
1657~1658年:地面积雪从1657年12月11日起,直到1658年3月21日止,长达90天,是英国最长的积雪日期纪录;
1674年:在3月份下了13天雪;
1684年:1月2日泰晤士河一直封冻到伦敦桥,这年冬季出现了英国最冷的纪录;
1694年:12月27日泰晤士河封冻,持续到次年1月份;
1709年:1月7日泰晤士河结冰,持续了50天。
而在中国,这一时期也是近500年间最寒冷的时期,特别是1650~1700年这50年期间表现得最为突出。在此阶段中,太湖、汉水和淮河均结冰4次,洞庭湖结冰3次,江西省的柑桔曾两次被全部冻死。
我们知道,太阳常数对于地理系统的能量输入是至关重要的,它随时间的变化,将严重地影响着地表面的一切地理过程,因此它的变化对于自然节律性的影响,也是不可忽视的。太阳常数在约11年周期的太阳黑子活动中,亦具有系统的变化,其变化范围约为0.5%。类似的结果,已由美国的阿波特和苏联的康德拉捷耶夫分别于1964年和1970年作出。例如康德拉捷耶夫在1970年应用气球对太阳常数的观测数据,认为建立这样的关系是适宜的:
式中S(N)表示相应于“沃尔夫数”(Wolf)的太阳常数数值;而沃尔夫相对黑子数N,则有如下规定:
N=K(10g f) (11.2)
其中g表示太阳黑子组数;f表示所呈现的黑子总数;K为常数,国际公认瑞士苏黎世天文台的K=1。
太阳常数随时间的稳定性问题,一直为研究地理系统和自然节律时所关注。因为如果太阳常数真正发生了某种变化,那么它对于地球表面上各类地理过程的影响,将是巨大的和急速的。理论计算表明,太阳常数如果达到1%的变化,则地球表面温度的相应变化可达1.5℃左右,这个效应是不可低估的。
至于月亮和太阳对于地球的引力所造成的潮汐现象,这种节律性更是显而易见的。对于此种节律表现,已有许多直观的报导和比较详细的纪录。