太阳风暴的发生规律及其对地球臭氧洞的影响

                                 吉林大学：杨学祥，杨冬红

    太阳风暴的发生规律（网上资料）

    太阳爆发活动是太阳风暴的起源，它常常表现为两种现象，一种是人类很早就观测到的耀斑，一种是太阳爆发活动引起的各类地球空间环境扰动。

    耀斑是太阳电磁辐射突然增强的一种表现，在太阳观测图片上，耀斑常常表现为某区域的突然增亮。另外一种是较晚才观测到的日冕物质抛射，它是太阳上一团带有磁场的等离子体，脱离太阳束缚，向外抛出的现象。耀斑和日冕物质抛射不一定同时出现，它们发生时也可能会喷射出大量的高能带电粒子，这些粒子主要是质子。增强的电磁辐射、高能带电粒子和快速等离子体云是太阳爆发活动喷射的主要能量和物质。

    当太阳爆发的物质和能量朝向地球时，就可能引起地球空间环境的扰动，进而影响人类活动。不同太阳爆发活动到达地球空间的时间也不一样。耀斑爆发时增强的地磁辐射以光速到达地球空间，时间只需约8分钟，它主要引起电离层突然骚扰，影响短波通信环境。高能带电粒子到达地球空间时间缓慢，约几十分钟，一方面它引起极区电离层电子密度增加，产生电波极盖吸收事件，另一方面它会直接轰击航天器，给航天器带来辐射损伤等多种影响。日冕物质抛射的快速等离子体云需要大约1天~4天的时间才能到达地球，它首先与地球的磁层发生相互作用，引起地球磁场变化，产生地磁暴，随后引发地球空间高能电子暴、热等离子体注入、电离层暴、高层大气密度增加等多种空间环境扰动事件，对卫星运行、导航通信和地面系统产生一系列的影响。把太阳爆发中增强的电磁辐射、高能带电粒子、快速等离子体云先后对地球空间环境造成影响的过程形象的称之为三轮“攻击”。

    人类肉眼能看到飓风的到来，却无法察觉太阳风暴的来临。当太阳爆发的物质和能量在广袤无垠的行星际空间中无影无形地扩散传播，人类只能通过专门的探测仪器，才能感知太阳风暴的到来。唯一能用肉眼看到的太阳风暴现象是绚丽多姿的极光。

    太阳风暴的周期性主要表现在太阳活动水平的周期变化上。太阳活动水平具有11年左右的周期变化特征，有太阳活动高年和低年之分，从黑子数的多寡以及太阳10.7厘米射电流量的变化，就能很容易看出太阳活动的这种周期变化。

    通常在太阳高年，太阳爆发活动较多，太阳风暴发生频次较高，强度大。相反，在太阳活动低年，太阳爆发活动少，太阳风暴发生频次低，强度相对较弱。

    太阳风暴的周期性是一种长期统计规律。对于某次太阳爆发活动事件而言，其具体发生时间和爆发强度很难准确预报。相对于人类目前的认识水平，太阳风暴的发生具有很强的随机性和突发性，类似目前人类虽然知道地球上有一些地震活跃带，但却无法准确预测某次地震发生的时间和强度。

    太阳爆发引起的某种空间环境扰动，在地球空间中的不同位置，响应程度有所不同。这一方面是由地球空间环境自身的复杂变化规律决定的，另一方面也与太阳直接照射的区域不同有关。

    随着科技的进步和信息化水平的不断提高，太阳风暴的影响和危害日益凸显。同时由于人类各种技术系统之间的关系日益错综复杂，太阳风暴影响的范围更加广泛，影响程度也不断加剧。太阳风暴对地球的三轮攻击会给人类的技术系统带来多种影响和危害。按照技术系统分类，太阳风暴的影响主要有对卫星、无线电通信和地面技术系统三个方面的影响。

    太阳爆发所喷射的高能带电粒子到达地球附近后，使在轨卫星遭遇的高能带电粒子急剧增加。这些高能带电粒子具有极高的能量，能穿透卫星外壳，给卫星平台和携带的有效载荷带来多种辐射效应。可能引起微电子器件逻辑错误，造成程序混乱，严重时可能造成器件内部短路、击穿；也可能引起材料性能衰退，成像系统噪声增加，太阳能电池效率降低。同时，高能带电粒子还可能对宇航员造成辐射伤害。地磁暴期间，可能引起卫星的充/放电现象，放电脉冲可能干扰、破坏电子元器件的正常运行；高层大气密度增加会改变地轨道卫星的运行姿态和轨道高度等。如果不对卫星进行合理的防护设计和科学的在轨管理，太阳风暴可能对卫星造成巨大影响，严重时甚至能导致整星失效。

    自1957年人类进入太空以来，曾多次经历卫星运行受太阳风暴影响的事例。太阳风暴导致卫星失效的事情也不乏其数。2000年的巴士底太阳风暴（因发生在法国大革命攻占巴士底狱的纪念日而得名），使多颗卫星发生故障，一颗卫星失效。例如，美国地球静止轨道环境业务卫星GOES-10大于2兆电子伏的电子传感器发生故障，导致近两天的数据没有传输；美国先进成分探测卫星（ACE）的一些传感器发生了临时性故障；美国太阳与日球层观测卫星（SOHO）的太阳能电池板输出永久性退化，卫星减寿一年；美国“风”卫星（WIND）的主要传输功率有25%永久丢失；日本黎明试验型X射线观测卫星（AKEBONO）的计算机遭到破坏。日本的宇宙学和天体物理高新卫星（ASCA）是1993年发射的一颗X射线天文卫星，因这次事件而失去高度定位，导致太阳能电池板错位而不能发电，于2001年3月坠入地球大气层。

    在太阳爆发活动对地球的三轮攻击中，都会引起电离层的分层结构混乱，从而干扰原本正常工作的无线电通信。因此，只要发生太阳风暴，就会影响到人类的无线电通信。电离层扰动使短波无线电信号被部分或全部吸收，从而导致信号衰落或中断；使卫星导航定位系统的精度下降，严重时甚至造成导航接收机失效，无法提供导航信息；使卫星通信的信噪比下降，误码率上升，通信质量下降，严重时可能造成卫星通信链路中断。

    太阳风暴干扰无线电通信的事例屡见不鲜。同样在2000年的巴士底太阳风暴中，7月14日的大太阳耀斑引起我国北京、兰州、拉萨和乌鲁木齐等地的电波观测站的短波无线电全部中断。2006年12月初连续爆发的太阳耀斑对我国的短波无线电信号传播造成严重影响，短波通信、广播等电子信息系统发生大面积中断或受到较长时间的严重干扰。12月13日北京时间10时40分前后，太阳又爆发一次大耀斑，广州、海南、重庆等电波观测站的短波探测信号从10时20分左右起发生全波段中断，直至11时15分以后才逐步出现信号，13时30分以后基本恢复正常。

    太阳爆发活动对地球的第三轮攻击会引起地磁暴，地球磁场的剧烈变化在地球表面诱生地磁感应电流，这种附加电流会使电网中的变压器受损或者烧毁，造成停电事故。由于太阳风暴的袭击，灯火通明的城市90秒内将变成一片漆黑，这就是所谓的“90秒灾难”。此外，地磁感应电流还可能对长距离管线系统产生腐蚀，造成泄漏，影响石油、电缆等管线系统的正常运行。

    在现代社会，电力已经成为人类生产生活不可或缺的部分。当太阳风暴来袭时，不仅电力系统本身将可能遭到重创，所有依赖电力的应用系统都将不堪一击，进而造成更加严重的经济损失。1989年3月的强太阳风暴曾使加拿大魁北克地区在寒冷的冬夜停电9小时，引起了国际社会的震惊和对太阳风暴的广泛关注，这次事件是有关太阳风暴危害中引用最多的一次事件。正是由于太阳风暴存在诸多危害，而且威力远远超过人类制造的任何武器，有科学家形象地将它称为来自自然界的“太空武器”。

https://baike.sogou.com/v158626224.htm?fromTitle=%E5%A4%AA%E9%98%B3%E9%A3%8E%E6%9A%B4&ch=frombaikevr

根据科学家们的估测，地球平均每3年就会发生一次严重的太阳风暴，每25年发生就会遭遇一次大型超级太阳风暴，而现在，已经超过这个期限了！

太阳黑子的活动周期约为11.2年，研究人员分析了距今150年的最近14个太阳黑子活动周期，结果发现，在过去150年中，地球发生了42次“严重”磁暴，而有6年发生了“巨大的”的超级太阳风暴。这意味着每隔25年，地球就有可能发生一次大型超级太阳风暴。

https://www.sohu.com/a/479924362_121057333

       专家预测，地球将在 2023-2025 年遭受太阳活动的影响。太阳风暴经常发生。但并非所有这些都在新闻中报道。

       经过科学家的推测，下一场太阳风暴将会出现在2023年到2025年之间，这一场太阳风暴虽然不会导致地球毁灭，但是会造成地球上的互联网断电，可能会维持数十月的时间，对于现在我们来说互联网与我们的生活是密不可分的，互联网的停止就相当于我们的末日了，除了这些科学家们还发现了其它的现象，太阳风暴对我们地球上的病毒可以起到绝杀的作用，要是太阳风暴真的对我们的病毒可以起到抑制的话，那么我们的疫情可能就会得到缓解，太阳风暴对我们来说是有好有坏的。但是最后给我们带来的福多一点还是祸多一点，我们就一起拭目以待吧。

https://www.163.com/dy/article/GT27V44A05462AQI.html

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1320522.html

          伴随2023-2026年超级太阳风暴的到来，我们必须做好迎接臭氧洞最大面积的准备。   

       臭氧洞的存在和扩大与地球公转轨道有关

南极臭氧洞（Antarctic ozone hole）是指南极上空出现的臭氧层空洞，由英国南极考察科学家在1985年首次报道发现。这里所指的空洞，并不是说整个臭氧层消失了，而是指大气中的臭氧含量减小到一定程度。

每年的8月下旬至9月下旬，在20千米高度的南极大陆上空，臭氧总量开始减少，10月初出现最大空洞，面积达2000多万平方千米，覆盖整个南极大陆及南美的南端，11月份臭氧才重新增加，空洞消失。

1999年我们就撰文就指出，造成南极上空臭氧空洞的“罪魁祸首”是太阳风，而不是通常所认为人类使用的氟利昂。这一观点发表在今年5月份出版的《科学美国人》杂志中文版上。杨教授在论文中指出，有3个因素结合起来使南极臭氧层出现空洞：太阳风的压力使地球南极上空大气层变薄；处于开裂期的地球南半球由于火山爆发释放出大量有害气体破坏臭氧层；太阳高能粒子进入地球大气层后消耗了两极臭氧。

      根据地球公转轨道，秋分（9月22-24日）到冬至（12月21-23日），南极的极昼使太阳辐射对南极最强，产生南极的臭氧洞（或臭氧稀薄区）；春分（3月20-22日）到夏至（6月21-22日，北极的极昼使太阳对北极辐射最强，易产生北极的臭氧洞（或臭氧稀薄区）。其中，2010年冰岛火山的异常喷发规模最大，火山灰集中在北极，降温和破坏臭氧的作用值得关注。由于地球近日点在1月3日或4日，远日点在7月2日或3日，这是南极比北极更容易出现臭氧洞的原因，也是臭氧洞季节性变化的原因。臭氧洞应该周期性地在南北两极轮流出现。

     事实上，北半球也可能出现臭氧洞事件，历史上，北极在1997年和2011年都出现了较大规模的臭氧洞。

太阳风暴对臭氧洞的影响

2003年10月末，太阳黑子连续爆发产生的太阳风暴袭击了地球。这场罕见的太阳黑子爆发堪称一场天文奇观。

按照11年的太阳活动周期规律，太阳活动达到顶峰后会回落，在第23号的十一年周期中，太阳周期的高峰在2000年左右，其后应该进入削弱期。但是，此次太阳却异常爆发了，在2003年10月和11月，太阳黑子不寻常地连续产生巨大的太阳风暴袭击了地球，这就像在非龙卷风季节刮起了一场巨大的龙卷风。

根据文献记载，此前最严重的一次日冕喷发现象发生在2000年4月，不过那次太阳磁暴产生的气体和尘埃并没有直接袭向地球。而此次太阳磁暴过程中，有将近100亿吨的物质被抛向地球，“儿玉”通信卫星一度通讯中断就是因为这次太阳风暴。风暴引起的地磁暴，导致瑞典南部城市马尔默停电一小时，约两万个家庭受影响。

天文学家证实，2003年11月4日的太阳爆发是天文史上最强烈的一次，NOAA监测太阳的GOES卫星X射线探测器一度饱和，指针一直指向最高值。此次太阳爆发喷射而出的冠状物以大约每秒2300千米的速度离开太阳表面，向太空抛射了数十亿吨的超热气体，冲向地球的仅仅是其中一小部分。

https://www.cdstm.cn/popularize/tgtw/201806/t20180606_795936.html

    根据图1，2003年发生了面积第3位的最大南极臭氧洞。2003年最强太阳风暴证实了我们提出的观点：太阳风暴破坏臭氧层。

http://202.84.17.73/st/htm/20001005/147625.htm

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-257912.html

由美国宇航局的太阳动力学观测卫星于2011年2月14日拍摄，呈现了5年来最猛烈的太阳耀斑，太阳中部的黑子是此次耀斑的源头。

　　新浪科技讯 北京时间6月9日消息，美国宇航局的太阳动力学观测卫星观测到5年来最猛烈的太阳辐射大爆发，抵达地球后可引发中度地磁暴，影响卫星通讯和地球上的电力供应。根据太阳动力学观测卫星的观测，除了一次小型辐射风暴外，此次太阳爆发还伴随一次耀斑以及一次日冕物质喷发。

　　美国国家气象局空间天气预报中心项目协调人比尔·穆塔夫表示：“这一次的大爆发非常具有戏剧性。”他指出中型太阳耀斑在6日美国东部时间凌晨1点41分(格林威治标准时间的凌晨5点41分)达到峰值。“我们最初观测到的耀斑规模并不大，在随后出现的喷发过程中，我们观测到高能粒子辐射以及大规模日冕物质喷发。你能观察到从太阳表面喷出的所有物质，景象非常壮观。”

　　穆塔夫指出，空间天气分析人员正密切关注此次太阳爆发，以确定是否导致太阳与地球之间发生磁场碰撞。日地距离在大约1.5亿公里左右。他在接受法国媒体采访时说：“我们的部分工作是进行监视同时确定此次太阳爆发的物质是否飞向地球，因为喷射的物质基本上都是气体并且带有磁场。在一两天时间内，我们将看到太阳喷射的一些物质对地球产生影响，形成地磁暴。我们并不认为这将是一次非常剧烈的地磁暴，但强度还是可以达到中等水平。”

　　空间天气预报中心表示，此次太阳爆发将在8日引发小型到中型地磁暴，大约从格林威治标准时间的18点开始。任何地磁暴活动都将在24小时内结束。国家气象局说：“太阳辐射风暴中存在大量高能质子，这种类型的活动自2006年12月以来还是第一次观测到。”

宇航局表示，在8日晚上和9日，极地地区还可能观察到北极光和南极光。

https://tech.sina.com.cn/d/2011-06-09/07475626628.shtml

     事实上，2011年太阳风暴导致了2011年出现了较大的北极臭氧洞和南极臭氧洞。南极臭氧洞面积在1993-2020年28年中排位第8。

图1  1993-2020年南极臭氧洞面积排序前15名记录（网上资料）

2006年12月初连续爆发的太阳耀斑对我国的短波无线电信号传播造成严重影响，短波通信、广播等电子信息系统发生大面积中断或受到较长时间的严重干扰。12月13日北京时间10时40分前后，太阳又爆发一次大耀斑，广州、海南、重庆等电波观测站的短波探测信号从10时20分左右起发生全波段中断，直至11时15分以后才逐步出现信号，13时30分以后基本恢复正常。

2006年太阳耀斑和南极寒流的共同影响，导致南极臭氧洞面积最大，排在第1位。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1331151.html

1998年4月底至5月，太阳风暴不断。在此期间，多颗飞行器发生异常或者失效，最显著的是银河Ⅳ号通讯卫星的失效，它造成美国80％的寻呼业务的损失，无数的通信中断，并使金融交易陷入混乱。

https://www.chinanews.com.cn/cul/2011/03-09/2893113.shtml

1998年的太阳风暴与1998年南极臭氧洞面积排序第2位对应。

2008年12月美国宇航局(NASA)宣布发现磁气圈破了个大洞，比地球宽四倍且还在扩大中。外层空间射向地球的各种有害粒子将更直接的冲击到自然万物和人类社会，过去已经发生过几次。

https://dili.chazidian.com/s13527/

      这可能是2008年南极臭氧洞面积排名第5位的原因。

图 2  太阳风压缩大气层背光流动形成两极地区极昼时臭氧洞（或臭氧稀薄区）和极夜时气尾

表1显示，南极臭氧洞面积最大的前8名都受到较强太阳风暴作用，其中2003年最强烈，2006年、2015年、1998年、2008年和2011年次之。

表1 臭氧洞、太阳活动、异常寒流、月亮赤纬角极值、最热年、厄尔尼诺和拉尼娜对比 

http://finance.ifeng.com/a/20150825/13931633_0.shtml

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-991473.html

参考文献

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Yang, Xuexiang, and Chen Dianyou. Tectonic Movement and Global Climate Change. J. Geosci. Res. NE Asia, 2000, 3 (2): 121~128.

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杨学祥. 厄尔尼诺事件的时空特征及其地球物理解释. 中国学术期刊文摘. 2001, 7（4）：509~510

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杨学祥. 全球气候变化的趋势与灾害经济管理. 中国学术期刊文摘（科技快报）. 2001, 7（6）：730~731

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杨学祥. 流体与固体的差异旋转和能量放大. 中国学术期刊文摘（科技快报）. 2001, 7（8）：1017~1019

相关报道

太阳风暴搅局伦敦奥运？三波攻击让地球很受伤

2011年03月09日 10:01　来源：北京日报　

　　上月中下旬，科学工作者观测到了近4年来最强烈的太阳爆发，它喷出的大量带电等离子体以每秒900多千米的速度向地球袭来。

　　科学家说，目前太阳正进入为期11到12年的自然周期中的最活跃期，而目前我们采用的很多技术都比以往更易受到太空天气的影响。英国《每日邮报》不久前甚至提出这样似乎耸人听闻的警告——

　　北京时间2月18日9时许，在太空穿行了三天之后，太阳风暴如期到达地球。这一切，都被中国气象局国家空间天气监测预警中心研究员薛炳森看在眼里。

　　从事空间天气预报23年的薛炳森早在3天前就监测到了这一次活动。2月15日10时左右，中国气象局国家空间天气监测预警中心的专家监测到，太阳黑子活动区爆发了一次X2.2级耀斑。这是近4年来最大级别的耀斑爆发。

　　三波攻击让地球很受伤

　　太阳风暴，其实就是太阳活动高峰阶段，太阳表面产生的剧烈爆发活动。太阳风暴在爆发时释放大量带电粒子所形成的高速等离子体粒子流将严重影响地球的空间环境，破坏臭氧层、干扰无线通信、影响地球生物……

　　薛炳森表示，“当今的信息化时代是以电、磁为基础的，而且众多的信息传输都依赖卫星开展，因此太阳风暴的影响程度呈日益上升的趋势。”

　　太阳风暴对地球的攻击大致可分为三个波次。

　　第一波是来自超级太阳耀斑的强电磁波，它会在太阳风暴开始后8分钟到达地球。受到重创的将是通信——作为无线通信载体的电离层中电离密度骤然上升，造成短波通信因信号被完全吸收而中断，卫星信号不稳而影响电视转播，数据传输错误不断。而这只是超级太阳风暴影响的开始。

　　第二波攻击将在几小时后到来。大量高能粒子涌向地球，尽管在地面没有任何感受，运行在高空的通信卫星则会在高能粒子的轰击下纷纷转入安全模式而停止工作，没有相应预案的卫星很多会因为辐射强度超标而引发各种故障。

　　最为猛烈的第三波发生在一天以后。太阳风暴所裹挟的太阳日冕物质和强磁场将吞没地球，受到冲击的地磁场严重变形，大气层向外膨胀。卫星控制者将忙于卫星的自保，而无暇顾及转播业务。更为可怕的是，地磁场的快速变化可能在大型电网中激起感生电流，可造成局部电网跳闸现象，严重时，变电站的变压器会发生故障甚至烧毁。1989年魁北克大停电正是地磁场的巨幅波动所引起的。

　　如果我们身处太空，又毫无防护措施，当太阳风暴爆发时，从太阳上喷发出的大量射线和高能粒子，对我们的影响将是致命的。幸运的是，地球上有很好的“保护伞”。薛炳森表示，“地球的大气层和磁场是最好的防火墙，人体感受不到太阳风暴的来袭。”

　　英媒担忧“伦敦准备好了吗？”

　　薛炳森介绍说，一般太阳风速达到900-1000千米/秒的程度，对地球产生的影响才比较严重。2003年的一次强太阳风暴风速达到了2000千米/秒左右。

　　2003年10月底的太阳风暴事件是对人类技术系统影响最为广泛和严重的一次。据不完全统计，该次事件中受到影响的航天器达到50多颗，5颗卫星的轨道显著下降，地面系统也受到了明显干扰。

　　根据最新预报，本次太阳活跃周期的峰年将在2013年到来。此前网上曾流传一则来自美国宇航局(NASA)的警告，说一场超级太阳风暴将在那一年袭击地球，并对人类健康、公共设施和国家安全系统带来毁灭性的影响。

　　针对这一说法，薛炳森表示，现在的科技水平还无法做出这样的预计。人类对太阳耀斑的详细观测只有五十年左右的时间，我们掌握的资料还远远不够完整。但是，随着观测设备日益先进，资料积累得越来越多，相信人类会发现比较完整的太阳活动规律。

　　明年的伦敦奥运会将正处于太阳活动的高峰期，英国《每日邮报》近日报道称，伦敦奥运会组织方表示，在接到英国气象局的警告之后，他们已经开始密切注意太空天气状况。一名伦敦奥运会的女发言人表示：“正在与合作伙伴和利益相关方协作，为一切可能发生的状况制定紧急方案。”

　　大部分可预报也可预防

　　“我们认为太阳风暴是可报、可防的”，薛炳森说。太阳距离地球1亿5千万公里，即便是在2003年10月的严重事件中，太阳风暴也花了十几个小时才到达地球。而耀斑发生后，“只需要8分钟我们就能看见，所以有足够的时间进行判断和准备”。

　　薛炳森表示，人类已经可以通过处在地球上空的卫星直接监视太阳风暴，而大量卫星和地面设备更是织就了捕捉太阳风暴蛛丝马迹的监测网，人类也积累了对太阳风暴的预报经验。

　　我国空间天气预报水平与国际现有水平基本同步。目前，全球空间天气预报及研究信息是完全开放的，全球从事空间天气预报的专家经常交流空间天气信息和空间天气预报技术。中国气象局国家空间天气监测预警中心依靠风云系列卫星和地基监测数据也已基本具备了太阳风暴的预警能力。从已经过去的太阳23个活动周来看，大部分的太阳风暴都是可以被准确地预报出来的。

　　薛炳森称，我国的“夸父计划”将对推动太阳活动的预报预测产生深远影响，该计划完成后将能对太阳到近地空间的整个空间天气进行连续监测，推动太阳活动预报预测能力的提高。

　　尽管依靠现代科技，我们可以做到对超级太阳风暴的预报和警报，但如何应对则是一个复杂的系统工程问题。薛炳森表示，由于我国处于中低纬度地区，电力部门受空间天气的影响程度要小一些，但在地磁暴期间也会出现异常现象，有关部门进行故障排查时应参考有关空间天气参数。我国民航有跨极区飞行的航班，民航部门应关注高能太阳粒子事件的信息，跨极区飞行的航班应尽量避开高能粒子通量较高的时段。

　　■钩沉

　　记录最早的超级太阳风暴

　　赤道上竟看到极光

　　据当时的《纽约时报》报道，1859年9月2日午夜后，落基山的露营者被明亮的极光惊醒，他们甚至可以借助极光看书。

　　而在赤道附近的哈瓦那，当晚的天空也被“神秘的火焰”映得通红。从现代的观点来看，那次超级太阳风暴使地磁场发生了严重变形，在赤道附近看到极光说明地磁场的防护作用在超级太阳风暴的吹袭下，原有的防护效力已丧失殆尽。

　　模拟计算表明，那次太阳风暴的速度超过3000千米/秒，引起的地磁扰动幅度是有精确记录以来历史极值的3倍多。通过分析南极冰样，发现这次事件所伴随的高能粒子的通量也超过了有探测历史以来极值的3倍。

　　当时的社会与电相关的设施还很少，最常用的就是有线电报。费城晚报对当时的情况是这样描述的：“大量邮局从其电报机中收到了大量混乱的代码，空中也不时迸发出点点火花。”这正是地磁场波动所激起的感应电流所造成的。

　　■链接

　　近年太阳风暴案例

　　1972年8月发生的太阳风暴，使大气平流层中的臭氧长期地减少了15%。而臭氧层对人类和生物起着重要的保护作用。

　　1989年3月的太阳风暴，致使美国GOES-7卫星的太阳能电池损失了一半的能源，从而卫星寿命减少一半；日本通讯卫星CS-3B异常，搭载在飞船上的备用命令电路损坏。

　　1989年9月29日的高能太阳质子事件中,协和航空公司的高空飞行旅客受到的辐射剂量相当于进行一次胸部X光检查，超过了警戒线。

　　1998年4月底至5月，太阳风暴不断。在此期间，多颗飞行器发生异常或者失效，最显著的是银河Ⅳ号通讯卫星的失效，它造成美国80％的寻呼业务的损失，无数的通信中断，并使金融交易陷入混乱。

https://www.chinanews.com.cn/cul/2011/03-09/2893113.shtml

历史上有名的几次太阳风暴

查字典地理网 来源|2016-11-24 发表|教学分类：世界地理

趣味地理

1859年，发生了史称“卡林顿事件”的太阳风暴。此次太阳风暴在当时对刚刚形成的电报网路造成了严重影响，甚至引发电报员触电、电报纸燃烧。

1989年3月发生的超级太阳风暴,使美国国防部的一些卫星瘫痪，使加拿大魁北克省和美国新泽西州的供电系统受到破坏，造成的损失超过10亿美元。

2003年10月28日，发生了一次强烈太阳耀斑爆发及与之相伴的强大日冕物质喷射。日本个别卫星出现了信号异常，美国北部和加拿大一些电网出现了电流急冲现象，美国北极光可见区域显著南移。

2008年12月美国宇航局(NASA)宣布发现磁气圈破了个大洞，比地球宽四倍且还在扩大中。外层空间射向地球的各种有害粒子将更直接的冲击到自然万物和人类社会，过去已经发生过几次，而即将来临的下一次太阳风暴，科学家已经准确预测，时间就在2012年9月22日。不过美国宇航局一名局资深科学家指出，这个可能出现的“末日景象”，并非发生在2012，而是2013，那时太阳活动将从沉睡的静止期苏醒，发生大规模日冕喷发现象，巨大威力瞬间撞击地球磁层。

https://dili.chazidian.com/s13527/

太阳风暴 - 爆发记录

发布时间：2012-03-13 阅读量：94

(ufo110线索网ufo110.net讯:)

太阳风暴 - 爆发记录

2010年8月

太阳风暴2010年8月3日，NASA公布了太阳动力学观测卫星（SDO）1日通过极紫外线相机拍摄到的太阳北半球耀斑爆发。各国天文工作者目睹了一场剧烈的太阳耀斑爆发，耀斑下的太阳黑子足有地球大小，这次爆发随后引发了太阳表面更大范围内的太阳风暴，向上亿公里外的地球喷发出大量带电粒子，形成一股强烈的太阳风。科学家预测，携带大量带电粒子的太阳风暴预计于4日抵达地球，在两极产生强烈的极光现象。

 美国宇航局的科学家预测，太阳风暴产生的带电粒子流将在8月3日“击中”地球，冲击地球磁场，同时在地球两极产生强烈的极光，那将是非常壮观绚丽的景象。然而，专家警告，如果太阳风暴过分剧烈，将会破坏地球卫星，导致全球大范围的电力和通信系统中断。 　　

2011年2月

3月30日拍摄的极紫外线多波长太阳全景图2011年2月，天文学家称，地球即将迎接一场猛烈的“太空风暴”，它将导致地球卫星通讯中断、地面航班停飞和大范围地区断电，带来数千亿美元的经济损失。 　　

天文学家警告指出，在面对较大的太空风暴，人类则变得非常渺小和脆弱，这在任何历史时期都已得到证实。人类现在应当做好迎接一场全球性灾难。太阳风暴朝向地球释放大量放射线和带电粒子，将损坏人造卫星、影响航班和手机网络系统，专家称，如果该太空风暴非常强大，甚至能够严重影响股市和全球经济，切断电力供给数周或者数月时间。 　　　

2011年3月

中国气象局国家空间天气监测预警中心监测显示，3月7日12时至8日12时，太阳表面连续发生了9次中等级别的耀斑，并伴随有太阳风暴事件。专家表示，此次耀斑的高密度爆发对地球的影响轻微。　

监测显示，3月6日，太阳表面同时出现多个复杂的黑子活动区，能量迅速积聚。从3月7日12时至8日12时，黑子活动区相继爆发9次M级耀斑。其中3月8日凌晨4时左右，位于太阳表面西半球的黑子活动区（11164）爆发的M3.7级耀斑还伴随有太阳风暴事件。预计太阳风暴将于10日至11日影响地球，并引发磁暴和电离层的扰动。 #p#副标题#e#　　

据中国气象局国家空间天气监测预警中心研究员薛炳森介绍，多个黑子活动区同时在太阳表面出现，且活动区磁场分布复杂，是造成本次连续耀斑爆发的主要原因。经过集中爆发后，整个黑子活动区能量已迅速减弱。他表示，虽然此次高密度耀斑爆发事件在本期太阳活动周尚属首次，但从整体上来看只是相对普通的太阳爆发过程，是太阳活动周期性的正常表现，对地球造成的影响轻微，公众不必恐慌。

2012年3月，美国宇航局图像所显示的太阳表面上的极紫外线波长2012年3月

2012年3月初，美国气象专家表示，最近五年内最强烈的一次太阳风暴会于3月8日袭击地球。

这次风暴会在格林尼治标准时间8日6点至10点间（北京时间：14至18时）发生，届时太阳将会释放出大量的带电粒子。此次太阳风暴可能会扰乱电网、卫星导航系统（GPS）和飞机航线。[7]

2013年太阳风暴预测

2010年，美国宇航局（NASA）提出警告，地球可能遭遇强烈的太阳风暴，时间点在2013年。到时候全球将陷入大停电，网络电子通讯将全部无法使用。即将来临的下一次太阳风暴，科学家已经准确预测，时间就在2012年9月22日。

由于担心太阳风暴对地球带来严重影响，科学家开始密切监测太阳，同时打算在太阳风暴较频繁的期间，及早将人造卫星切换到安全模式，以便能减少损害。实际上，科学家早在几十年前就不断追求提升太空气象预报技术的准确性，希望能避开太阳风暴的威胁。

本文转自【ufo110线索网】：http://www.ufo110.net/Mysteries/yuzhou/1571.html

　　太阳不断经历着活动周期，因此我们可以看到太阳风暴的数量增加和减少。几天前，太阳表面爆发了一场大规模的太阳风暴，将数百万吨极高热的气体从太阳表面吹向地球方向。这种类型的爆发被称为日冕物质喷射，不过在宇宙范围内来看，这次爆发并不是特别强大。

　　然而，不需要一个特别强大的太阳风暴就能在地球上造成明显的结果。当从太阳表面喷出的物质击中地球周围的磁场时，会引发了多年来看到的最强的地磁暴。由于太阳风暴并不是特别强大，大多数人可能甚至不知道它的发生。

　　然而，这场空间风暴的意义在于，它标志着太阳在基本沉睡多年后正进入一个更加活跃的时期。太阳风暴产生的地磁波可以中断电网，干扰无线电通信，产生给航空公司机组带来健康危险辐射水平，并破坏关键的卫星通信。

　　太阳的活动周期大约11年，其活动增加的周期在2020年拉开序幕。预计该周期在2025年达到高峰，强大的空间天气有可能在地球上造成问题。

　　太阳系气候可能大大影响地球上的生命。科学家们指出，2017年，就在飓风艾尔玛袭击加勒比海的时候，一场太阳风暴导致Ham无线电玩家几乎无法正常通信。2015年，一场太阳风暴使美国东北部的GPS系统瘫痪。有史以来危害最大的太阳风暴发生在1859年，被称为卡灵顿事件，当时电报线都甚至通上了电，令电报操作员被电击，北美和欧洲的多个电报办公室发生火灾，而到了今天，这种规模的风暴带来的影响只会更大，可能会使数百万或数十亿人失去电力供应。

https://www.kepuchina.cn/more/202105/t20210524_2996456.shtml

强烈太阳风暴"擦撞"地球 高频无线电广播或受干扰

2015年03月19日 15:04　来源：扬州晚报　 参与互动()

　　可能造成输电网络电压波动、干扰高频无线电广播

　　一场强烈的太阳风暴17日至18日“光临”地球。

　　美国太空天气预报人员说，这是过去一年半中最“生猛”的太阳风暴，预计将持续24小时至36小时，可能会对太空中运行的部分卫星及地球上的某些电网造成短暂影响。

　　强烈太阳风暴已抵达地球

　　此次太阳风暴源自15日发生的两次日冕物质抛射。美国空间天气预报中心主任伯杰说，电脑模拟表明，这两次太阳喷发后来合二为一，结果形成了比预期大得多的太阳风暴，并提前14小时到15个小时抵达地球。他还指出，此次太阳风暴没有直接对准地球，仅从一侧擦过。　　这场太阳风暴于美国东部时间17日10时许(北京时间17日22时许)抵达地球，由此产生的地磁暴强度被美国空间天气预报中心评估为G4(强烈)级别，仅次于最高级别G5(极强)。该机构将地磁暴从弱到强分为G1(弱)、G2(中等)、G3(强)、G4(强烈)及G5(极强)5个级别。

　　这场太阳风暴于美国东部时间17日10时许(北京时间17日22时许)抵达地球，由此产生的地磁暴强度被美国空间天气预报中心评估为G4(强烈)级别，仅次于最高级别G5(极强)。该机构将地磁暴从弱到强分为G1(弱)、G2(中等)、G3(强)、G4(强烈)及G5(极强)5个级别。

　　此次太阳风暴源自15日发生的两次日冕物质抛射。美国空间天气预报中心主任伯杰说，电脑模拟表明，这两次太阳喷发后来合二为一，结果形成了比预期大得多的太阳风暴，并提前14小时到15个小时抵达地球。他还指出，此次太阳风暴没有直接对准地球，仅从一侧擦过。

　　地球正经历剧烈的地磁暴

　　“今天，我们正经历一场剧烈的地磁暴，”伯杰在电话记者会上说，“这是此次太阳周期(从2008年开始)内我们遇到的两次强烈地磁暴之一。”

　　太阳风暴中的带电粒子冲击地球磁场，使地球磁场的强度和方向发生急剧不规则变化，称为地磁暴。该预报中心官员介绍说，上一次G4级别的地磁暴发生在2013年下半年，而最近一次G5级地磁暴约在10年前扫过地球。(新华社)

　　影响

　　高频无线电广播或受干扰

　　G4级别的地磁暴可能会干扰人造卫星的运行，并造成输电网络电压波动，一些输电网络保护设备会发出假警报，受影响的可能还包括高频无线电广播。但伯杰说，目前尚未有此类损失报告。

　　除了这些不利影响外，北极光可见区域将会南移，美国中北部地区、北欧和俄罗斯部分地区将看到这一自然奇观。

【编辑:唐云云】

https://www.chinanews.com.cn/cul/2015/03-19/7142930.shtml

由北极“史上最强” 臭氧洞说起

原创 魏科 百科知识 2020-07-20 10:30

【臭氧洞为何频现南极和北极？臭氧洞到底是怎么出现的？臭氧洞何时才能消失？】

臭氧层位于地面以上15～35千米的大气层中，它能有效阻挡来自太阳的紫外线辐射，给地球上包括人类在内的生物提供保护，是地球的保护层。

在地球表面，臭氧层并不是均匀分布的，而是会随着季节发生变化。如果某处臭氧层中的臭氧含量减少到某一数值，比如220 DU（多布森单位，用来度量大气中臭氧柱尺度的单位，它等于在标准大气状态下千分之一厘米臭氧层的厚度）以下，科学家们会形象地称之为“臭氧洞”。世界的“三极”地区,即南极、北极和青藏高原上空是最容易发生臭氧层变稀薄的地区，南极更是臭氧洞频繁光顾的区域。  2020年3月，国际顶级学术刊物——《自然》杂志刊发《北极上空出现罕见臭氧洞——它实在太大了》一文，披露北极上空出现“史上最强”的臭氧洞。遗憾的是，这则消息尚未引起人们的关注，就被淹没在新冠肺炎疫情的新闻洪流里了。

北极最强臭氧洞

与南极每年春季（南半球）都会出现臭氧洞不同，北极臭氧洞的出现频次非常少，基本上每10年才会有一次。北极上一次出现大规模臭氧洞的时间还是在2011年，当时曾引起广泛关注，从国际顶级学术刊物——《自然》《科学》到街边小报，都报道了此次北极臭氧洞事件。

今年春季，北极上空的臭氧减少面积达到了600多万平方千米，其中满足臭氧洞标准的面积超过100万平方千米，成为史上最大的北极臭氧洞。这次臭氧洞的产生主要源自平流层极区异常强大的极涡，它隔绝了高中纬度间的热量交换与空气交换，致使极区在低温环境里形成臭氧洞。不过，随着春末极涡的分裂，北极臭氧洞也随之消失。

一般而言，极区的臭氧总量超过300DU，当这一数值低于220DU时，即可以看作臭氧洞形成。

今年1月25—27日，北极极区的臭氧最小值达到187DU，只是持续时间比较短，区域范围也很小，并没有引起太大关注。进入3月份，北极上空强大的极涡始终维持不变，致使臭氧洞逐渐发展到了可观的规模；尤其是在3月12日，臭氧洞中心的臭氧总量最小数值达到205DU，该数值也成为此次北极臭氧洞的臭氧最低值，创下了历史新低。在本次臭氧洞发展的最鼎盛时期，臭氧低值区面积超过3个格陵兰岛面积，达到600多万平方千米，臭氧洞面积达到100多万平方千米。

4月下旬，随着平流层极涡的分裂，富含臭氧的中纬度空气大量涌入极区，持续了1个多月的平流层极涡——历史上最大的北极极涡——随之消失。

北极臭氧洞相关信息。上图：极区臭氧总量数值，中图:平流层极区温度，下图：平流层极涡面积

臭氧洞不只南极有

为什么南极的臭氧洞每年都会出现，但北极很少出现臭氧洞？

北极这次出现臭氧洞的原因是什么，又会产生什么影响呢？

一提到臭氧洞，大家首先想到的就是南极臭氧洞。没错，人类确实首先是在南极发现的臭氧洞。

1985年，美国“雨云-7号”气象卫星监测和证实了臭氧洞的存在。从那时起，每年的9、10月份，人们都可以观测到南极臭氧洞的出现。1994年，南极臭氧洞中心数值达到创纪录的92DU，不足正常值的1/3；2006年，南极臭氧洞面积达到了创纪录的2700万平方千米。

臭氧洞的发现成为当时最重要的国际环境危机，为解决这一问题，全球各国合作签订了《保护臭氧层维也纳公约》（该公约签订于1985年3月）和《蒙特利尔破坏臭氧层物质管制议定书》（简称为《蒙特利尔议定书》，签订于1987年9月），呼吁采取全球行动，共同应对臭氧损耗，逐步停止生产和使用损耗臭氧的氟利昂和哈龙类物质。

南极臭氧洞最强数值出现在1994年，臭氧总量数值降低到92DU；而最大面积数值出现在2006年，其面积达到2700万平方千米。2019年，该臭氧洞仅有900万平方千米，是过去30年的最低值

我国政府于1989年9月加入了《保护臭氧层维也纳公约》，并于1991年6月加入《蒙特利尔议定书》。1993年1月，国务院批准实施《中国逐步淘汰消耗臭氧层物质国家方案》（简称《国家方案》），作为履行《蒙特利尔议定书》的行动纲领。《国家方案》规定，我国将在2010年1月1日实现“消耗臭氧层物质”（ODS）生产和消费的同步淘汰。2007年7月1日，我国宣布已经全面停止了氟利昂和哈龙两类物质的生产和消费，提前两年半实现规定目标。

尽管臭氧洞主要出现在南半球；但如文章开头提到的，北半球也可能出现臭氧洞事件，历史上，北极在1997年和2011年都出现了较大规模的臭氧洞。

缘何出现臭氧洞

低温、太阳辐射和臭氧损耗物质的存在，是臭氧洞出现的必要条件。这样的条件只出现在平流层极区。在我们头顶10~50千米的平流层，冬季盛行西风，其中环绕北极的西风时速可达350千米以上（超强台风17级风的时速约为210千米），环绕南极的西风时速甚至可以超过400千米。由于两极各自的冬季没有太阳照射，环绕极区的强大西风被称作极夜急流。
在强大的绕极西风的作用下，极区与中纬度地区被隔离开来，不仅导致中纬度地区富含氧气的空气无法进入极区，而且使得中纬度的热量同样无法进入极区，由此形成了异常寒冷的平流层极区。正常情况下，南半球冬春季（6~10月）的南极平流层最低温度可以达到-130℃，北极隆冬（12月、1月、2月）的最低温度也可以低于-80℃。

在极低温条件下，可以形成极地平流层云。它与近地面的云差别很大，包含了冰晶、水合硝酸（硝酸三水合物）和水合硫酸。极地平流层云的存在，可以把氯贮存物质（主要是氯化氢HCl）吸收到颗粒的界面上，通过分解反应，释放出活性氯。当早春来临时，在太阳紫外线的照射下，氯原子会更容易分解出来，进而引发化学反应侵蚀臭氧层，形成臭氧损耗和臭氧洞现象。

南北半球相比，南半球平流层极区温度更低，最低可以达到-130℃，北极最低温度可以达到-80℃，当温度低于-78℃时，即逐渐形成极地平流层云。图片来自于联合国环境署《2018年臭氧层耗损科学评估》

南北半球相比，南半球的中高纬度以海洋为主，地面均一度比较好，不容易产生大尺度大气波动（行星波），因而形成的极涡也不容易受到扰动破坏，所以南半球极夜急流里的低温极区非常稳定。与之相反，北半球的中高纬度地形复杂，海陆对比明显，容易发生各种尺度的扰动。因此，北半球极涡容易受波动影响而扭曲、变形或者偏心，从而导致极夜急流所形成的极涡极易遭到破坏，所以北半球的极低温环境不易维持。 

这两种情况意味着，由于南半球的极涡非常稳定，因此每年都会在9、10月份形成严重的臭氧洞；而北半球的极涡变化较大，不易形成稳定的低温区和极地平流层云，致使臭氧洞不易形成，或者即便形成了臭氧洞，其规模和维持度也远不如南极。

自2011年出现明显的臭氧洞之后，直到2020年春季，北极才形成典型的臭氧洞。即使是这次被认为“史上最强大”的北极臭氧洞，其面积也仅有约100万平方千米；而在2019年，南极的臭氧洞即便被认为是南极史上“最小”臭氧洞，其面积也在900万平方千米以上，远大于北极臭氧洞。更遑论南半球动辄2000万平方千米的臭氧洞，远不是北极臭氧洞所能比拟的，绝对是“小巫见大巫”。

南极上空出现的臭氧洞往往远大于北极上空出现的臭氧洞
换句话说，即使大气中存在大量臭氧损耗物质，北极每年臭氧洞的大小和强度也有所不同。 这主要是因为平流层的极涡强度存在着变化。在有些年份，极涡会更强一些，这些年份的臭氧损耗就会严重些，甚至出现臭氧洞；而在另外一些年份，极涡相对弱一些，这些年份的臭氧损耗就少很多。
平流层极涡强度和范围的变化受多种因子的影响，除了大气内部的复杂波动变化之外，热带海洋的热力学状况（厄尔尼诺或者拉尼娜现象）也是一个重要影响因子。一般而言，当热带东太平洋发生厄尔尼诺事件时，北极极涡偏弱；反之，当热带东太平洋发生拉尼娜事件时，北极极涡偏强。   

  另外一个影响极涡强度的因子是赤道平流层准两年振荡现象（QBO）。当热带平流层处于西风时，北极极涡偏强；反之，当热带平流层处于东风时，北极极涡偏弱，容易发生暴发性增温。其他诸如北极海冰面积、欧亚大陆雪盖和陆面过程、北大西洋海洋热力状况等，也都可以影响极涡的变化。影响因子越多，极涡的变化特征就更为复杂。因此，如果讨论某一年的极涡状况，需要具体问题具体分析。

1997年3月、2011年3月和2020年3月，北极地区都出现了臭氧洞（图片来自于https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/ ）

臭氧洞几时恢复

尽管极涡强度变化会影响某一年臭氧洞的强度和大小，但未来臭氧洞的趋势变化主要受大气中臭氧损耗物质的数量影响。
《蒙特利尔议定书》签署于1987年，在1989年1月1日生效。该议定书规定，发达国家在2000年全面停止生产和使用8种氟利昂和哈龙类物质，发展中国家的控制时间表比发达国家相应延迟10年。这份议定书得到了联合国所有成员国的签署和贯彻执行，这在人类历史上是空前的。因此，联合国前秘书长科菲·安南称该协议为“可能的唯一最成功的国际协议”。不过，“病来如山倒，病去如抽丝”，人类近百年排放到大气中的损耗臭氧的物质不仅数量巨大，而且其生命期长达50~100年，它们的减少将会极其缓慢。
2018年，联合国环境署发布《2018年臭氧层损耗科学评估》报告，评估了有关臭氧的损耗问题。该报告指出，经过30年的努力，人类避免进入一个更严重的臭氧损耗危机；不过，要使南极臭氧恢复到20世纪80年代的水平，大概要到2060年之后，而要想恢复到20世纪60年代初的水平，则需要到2100年左右。
这注定是一场保护环境的长期战争。

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