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被忽视的巨大危害：太阳风、臭氧洞、极光和地磁暴的综合分析

已有 4155 次阅读 2023-12-8 06:45 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流

被忽视的巨大危害：太阳风、臭氧洞、极光和地磁暴的综合分析

杨学祥，杨冬红

关键提示

电·磁·光的交织：地磁暴对生活的影响

地磁暴除了直接反映地磁场的剧烈扰动，也代表着高能粒子流冲击地球高层大气。

在本次这类大地磁暴活动时，磁极附近的高纬度区域地面会因为磁场的快速变化进一步激发感应电流，并对当地电网等产生一定干扰，此外高纬度区域地磁导航、卫星导航和低频无线电波导航等方式也会受到明显干扰。

由于高能带电粒子流增强，部分带电粒子会深入极地平流层而让这一层面电离辐射增强，对经过极地区域的航班飞行也稍有影响。而根据研究数据汇总而看，单次极地航班飞行时遭遇的剂量为2.5～4μSv/h（上限在太阳活动高峰时达到），虽然这是天然本底辐射（约0.2μSv/h）的12～20倍，但如果只是作为普通乘客的每年数次飞行，即使时间较长、在太阳活动高峰期间飞行，也远低于安全电离辐射剂量阈值（建议普通公众为每年1000μSv，而职业工作者为每年20000μSv），不会造成明显影响，但对于常年工作在极地航线的机组乘务人员，部分研究认为总辐射剂量可能接近安全阈值，也需要更多研究确认。

在大气层之外，高能粒子流和地磁扰动同样对空间站、卫星的电气元件工作、飞行姿态等产生影响，在轨航天员需要注意。甚至对于部分低轨道航天器而言，由于运行区域大气密度稍大，地磁暴期间可能出现大气密度进一步升高而阻力增大，影响航天器轨道变动甚至提前坠落，这些都需要防范。

而以本次大地磁暴级别的事件，对于包括我国在内的中纬度地区日常生活，如电子器件、通讯、飞行航班等，都不会造成任何明显影响。周日曾传出当日上午东航MU721航班飞行故障，事后也证实为发动机叶片自身故障，而非早已在周六结束的地磁暴事件所致。

事实上，今年至今已发生了7次（部分资料为8次）大地磁暴事件，甚至3月24日、4月24日两次达到了更强一级的特大地磁暴，但也未对绝大多数地区日常生活造成影响。

而以本次大地磁暴级别的事件，对于包括我国在内的中纬度地区日常生活，如电子器件、通讯、飞行航班等，都不会造成任何明显影响。周日曾传出当日上午东航MU721航班飞行故障，事后也证实为发动机叶片自身故障，而非早已在周六结束的地磁暴事件所致。事实上，今年至今已发生了7次（部分资料为8次）大地磁暴事件，甚至3月24日、4月24日两次达到了更强一级的特大地磁暴，但也未对绝大多数地区日常生活造成影响。

图1 今年以来Kp指数的逐日演变，红色为大地磁暴或更强级别。图片来源：德国地球科学研究中心

对于更多普通人而言，较强地磁暴的最直观体验，则是在高纬度区域（准确而言，是磁极周边的磁纬度较高区域）更可能看到绚烂极光，且随着高能粒子流向赤道方向扩张，不少中纬度地区，包括我国北部也能看到极光。只是前文已经提及，我国北方的极光视角较低且较为暗淡，必须在足够空旷、能避开城镇灯等光污染区域，如果纬度不够高，在城镇里是很难见到的。

为什么今年在漠河以南地区频繁见到极光？

这个现象的确值得关注。由于该现象是最近数年才出现，而目前尚未有系统性研究；这里仅结合部分文献研究（Chulliat et al.2010;Livermore et al.2020;）给出一个不严谨的猜想：这可能和西伯利亚一带地磁场的增强有关。

https://so.html5.qq.com/page/real/search_news?docid=70000021_648657139f793452

应该注意到，太阳风、地磁暴、臭氧洞和极光是太阳和地球在极端条件下互动的特殊过程，仅就极光无法得出完整的结论。

2023年7次大地磁暴

北京时间12月1日17时到12月2日8时，受太阳日冕物质抛射（CME）爆发影响，地球出现3小时Kp为7的大地磁暴，3小时Kp为6的中等地磁暴，以及9小时小地磁暴，目前地磁活动还在持续中。

（Kp指数即全球磁场指数，其反映的是每三小时地球磁场活动的情况，数值越大对应的地磁活动越强）这与我们11月30日发布的大地磁暴预警！！！相符。

受地磁暴影响，我国黑龙江、内蒙古、新疆等地均出现极光活动，甚至北京此次都有清晰的极光目击和观测记录。

这是今年继2月27日、3月23、24日、4月23、24日、9月19日，第7次发生大地磁暴级别的地磁活动。

根据最新监测和预报，受太阳冕洞高速太阳风和12月1日CME的共同影响，12月4日可能发生小到中等地磁暴。

https://new.qq.com/rain/a/20231202A05SQG00

https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=1412164

威胁航天器安全、影响导航定位，但对人体健康没影响

当然，地磁暴带来的不仅仅是绚丽多彩的极光，还可能是不可估量的危害。

2022年2月，受地磁暴影响，多颗美国星链卫星未能按照计划进入预定轨道。当时发生了两次地磁暴，刚发射升空的星链卫星还没来得及“舒展筋骨”，就被各种微粒“撞晕”了。

韩大洋指出，除了极光，地磁暴带来的影响有很多。其中之一是驱使地球高层大气微粒运动加剧，最终造成大气整体上受热膨胀，并向着更高的空间扩散，从而对飞行在太空的航天器造成更大的飞行阻力，形成飞行速度减慢——高度降低——阻力更大——进一步减速——高度更快降低的恶性循环，威胁航天器在轨安全。

清华大学天文系副教授蔡峥解释，地磁暴可能会影响无线电波的传播，从而干扰地面通信和卫星信号，这可能影响导航卫星系统的精确度，以及手机和卫星电视的信号质量。同时，强烈的地磁暴可能会对电力传输系统产生影响，增加输电线路的电流负荷，有时甚至可能导致变压器或其他电网设施损坏，引起电力中断。

1989年3月发生的超级地磁暴，导致加拿大魁北克电网系统完全瘫痪，大部分地区9个小时才恢复供电。这次事件还使澳大利亚输油管道受损，大西洋和太平洋海底电缆出现高压脉冲；美国GOES-7卫星损失了一半太阳能电池，致使其寿命缩短一半；日本通信卫星CS-3B异常，卫星上的备用命令电路损坏。

我国的在轨卫星也会受到地磁暴的影响。韩大洋介绍，这次地磁暴造成我国风云三号G星的轨道单日降低约300米，达到日常情况下轨道衰减数值的近四倍。但在准确的预报服务下，卫星运控部门已提前做好准备，因此此次大地磁暴对风云卫星的运行影响不大。

很多人担心，地磁暴是否会影响人类健康和安全。对此，刘勇表示，地磁暴通常对人体健康没有影响。“地磁暴对身体和航空出行不会有什么影响，虽然会对电子通信产品有一定的干扰，但影响都是非常小的，也有应对措施。但在国际空间站工作的宇航员们可能会受到地磁暴更多的影响。”他说。

不过，强烈的地磁活动可能会影响动物的迁徙和导航能力。“对于借助太阳和地磁导航的信鸽而言，地磁暴带来的影响是巨大的。”韩大洋说，最近的这次大地磁暴，给信鸽归巢制造了不小的麻烦，甚至有的赛鸽俱乐部当天的归巢率只有百分之十几。

https://so.html5.qq.com/page/real/search_news?docid=70000021_462657105b123952

本次地磁暴与南极臭氧洞同行

根据美国宇航局和美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的年度卫星和气球测量，2023年南极臭氧空洞的最大面积在9月21日达到1000万平方英里（2600万平方公里），这是自1979年以来的第12大臭氧空洞。

科学家们每年都在密切关注臭氧空洞的大小和臭氧层，因为它在保护地球上所有人类生命方面具有重要意义。臭氧层的作用就像防晒霜一样，可以过滤掉高达99%的有害太阳紫外线辐射。广泛暴露在紫外线辐射下会导致晒伤、皮肤癌和眼部白内障，还会损害动植物。

https://www.instrument.com.cn/news/20231110/691534.shtml

根据Sentinel-5P卫星最新的测量显示，今年南极洲上空出现记录以来最大的臭氧空洞，这个被科学家称为“臭氧消耗区”的空洞在2023年9月16日达到了2600万平方公里。本动画使用Sentinel-5P总臭氧测量值，显示了2023年9月1日至9月29日南极上空臭氧空洞的演变。（资料来源：ESA/EU）

https://mp.weixin.qq.com/s?src=11&timestamp=1701981793&ver=4942&signature=Ft8eR0zhW6rLfR8uqVVhNYROjCxnlPvNYksZzVHZM9DVtuWC4hW73i2hXdwYkQfx6iB2Q-380Hkuzg0x8Ai2NU-aBZTGGXU3nq*xpnPSTd*e3Ea1Svthljop*S3Pg4bO&new=1

https://www.douyin.com/video/7290403115684105487

一年中南极臭氧空洞最大在南半球的春天，也就是9，10，11月

南极臭氧层空洞只在南极的春季(9-11月)出现，持续一个月左右。

2023年9月19日，12月1-4日发生大地磁暴级别的地磁活动，2023年11月27-28日先后发生四次爆发日冕物质抛射。

太阳风暴、南极臭氧洞、地磁暴、极光在2023年9-11月同时发生。

春分发生的地磁暴与北极臭氧洞对应

今年2月27日、3月23、24日、4月23、24日发生大地磁暴级别的地磁活动与北极臭氧洞或臭氧低值区对应。

根据2023年4月8日的报道，美国宇航局和欧空局的卫星在北极上空发现了一个臭氧层空洞，目前最大的臭氧空洞已经出现，面积约为1万平方公里。这会不会是地球臭氧层的另一个伤口？

https://www.163.com/dy/article/I1Q9G4IJ0537QGGM.html

南极臭氧洞罪魁祸首是太阳风：太阳粒子如何破坏我们的臭氧层？

长春科技大学教授杨学祥1999年撰文指出，造成南极上空臭氧空洞的“罪魁祸首”是太阳风，而不是通常所认为的氟利昂。

上述观点是在他与同事合著的论文《太阳风、地球磁层与臭氧空洞》中提出的，并发表在今年第5期《科学美国人》杂志中文版上。最近，这一新观点经新华社向世界播发后，在国际上产生强烈反响，一些华文报纸纷纷采用，世界四大通讯社之一的法新社，几乎全文转发了新华社英文稿。

1985年，英国科学家首次报道南极上空出现巨大臭氧空洞，后来人们发现这个臭氧空洞早已产生，并一直在稳定、逐步地扩大。大多数科学家认为，这是30年代以来人类大量使用氟利昂造成的，其释放出的氯离子破坏臭氧分子，从而使臭氧浓度急剧减少。

1999年，杨学祥认为，人类使用氟利昂是南极臭氧空洞形成的主要原因，这一观点依据不足。他说，事实上，北半球的大陆面积和人口占全球的大部分，人为产生的氟利昂也集中在北半球。如果是氟利昂的原因，则臭氧空洞应该出现在北极而非南极才能解释得通。

他在论文中指出，有三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。其中，太阳风是地球臭氧空洞的“元凶”。

杨教授说，由于受地磁层的保护，太阳高能粒子中每年仅有一小部分穿越地球磁层，并沿着磁力线集中到南北两极。由于高能粒子中以氢元素为主，到达两极后容易和臭氧结合成水，所以它首先破坏的是两极的臭氧。

学者叶倾城2021年撰文指出，自21世纪初之后，基于陆续发射升空的新型观测卫星，科学家掌握越来越多的证据表明，太阳粒子在影响极地臭氧方面发挥着重要作用。在太阳活动特别活跃的时候，当太阳向太空释放大量粒子时，海拔50千米以上的地区多达60%的臭氧会被消耗，该影响可能持续几个星期。

在更低的地球大气位置，大约低于距离地球表面50千米的区域，太阳粒子是造成极地臭氧水平逐年发生变化的重要因素，太阳粒子袭击将持续导致臭氧损失，然而，最近一项研究表明，太阳粒子还有助于抑制南极臭氧空间进一步损耗。

https://www.kepuchina.cn/more/202104/t20210402_2980297.shtml

据《中国青年报》 2000-08-09报道，太阳风暴给臭氧层带来的影响引起科学家的关注，不过两种截然不同的观点使这个问题成为一桩新的科学悬案。

一种看法认为，太阳风暴有利于臭氧层的恢复；另一种意见则认为，太阳风是导致南极臭氧空洞的“元凶”。提出这两种观点的都是我国从事相关研究的科学家，他们都持之有故、言之成理。

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

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

这一科学悬案现在基本定案，彻底解决有待于进一步的科学研究。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1412383.html

极光集中发生在春分何秋分

从科学统计数据情况看，极光最易发生的时间是在春分和秋分两个节气来临前。造成这种情况的原因就是在春分和秋分两个节气来临前，地球所处的位置与磁索位置容易发生交错情况，进而易引起碰撞放电形成极光。同时从统计数据进一步看，春秋两季出现极光现象的频次会多于夏冬两季出现极光现象的频次。

https://www.tianqi.com/news/314286.html

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1412464.html

臭氧洞为什么发生在秋分和春分之前

臭氧洞的形成

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。

臭氧洞的存在和扩大与地球公转轨道有关

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，地球南北极都出现过臭氧洞，证实了我们的理论。彗星的轨道是一个偏心率很大的椭圆，受太阳风压力作用，在近日点彗尾最长，在远日点彗尾最短。同样，地球轨道也是一个椭圆，在近日点气尾最长，在远日点气尾最短。这是南极臭氧洞比北极臭氧洞面积大，存在时间长的原因（见图1）。

太阳风压缩大气层形成臭氧洞和气尾.png

图 1 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

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1331774.html

“臭氧洞漏能效应”和“地磁层漏能效应”

我们在1999年撰文提出，到达地球的太阳辐射能大约有2%被平流层的臭氧吸收，7%被电离层吸收。当黑子活动高峰发生太阳风暴时，会大量破坏南极臭氧，随之产生“臭氧洞漏能效应”和“地磁层漏能效应”，使被地磁层和臭氧层阻隔的9%的太阳能由平流层进入对流层，导致南极平流层变冷对流层变暖。收缩的平流层自转变快，膨胀的对流层自转变慢，这是赤道高空风产生的一个原因。

正X射线,γ射线和紫外线,大约占太阳辐射光谱总能量的9%.在80～400km高度范围的电离层,γ射线和X射线被N₂和O₂/O₃所吸收,在15～55km高度的臭氧层,99%的紫外线被O₃所吸收.即在地球磁层、大气层和臭氧层被破坏的时候,到达生物圈的太阳辐射能将增大9%,造成地表温度的大幅度波动.与此同时,到达地表的γ射线、X射线和过量紫外线将造成大规模的生物灭绝.这就是臭氧洞漏能效应.

http://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-ZGDW199910001191.htm

https://www.doc88.com/p-4317663607230.html

https://www.docin.com/p-344676587.html

https://wap.sciencenet.cn/blog-2277-1346460.html

https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=1412383

当极光与臭氧洞同行：太阳粒子集中攻击两极地区

地磁暴会对短波通信等产生影响，但由于持续的时间不会太长，对人体的影响是很小的（病毒和细菌不在其列），可以忽略不计。

臭氧洞的危害是显著的。地磁暴、臭氧洞和极光的同时出现，表明更多的太阳粒子攻入两极地区大气层，杀灭病毒的作用不可忽略。

臭氧层空洞的危害

　　臭氧层是地的大气防护层，能有效防止某些太阳射线对地球生物的伤害。但如果臭氧层出现空洞，会造成以下危害：

　　1、增加皮肤癌：臭氧减少1%，皮肤癌患者增加4%-6%，主要是黑色素癌。

　　2、损害眼睛，增加白内障患者。

　　3、削弱免疫力，增加传染病患者。

　　4、使农产品减产及其品质下降。

　　5、减少渔业产品。紫外线辐射可杀死10米水深内的单细胞海洋浮游生物（病毒和病菌也在其中）。

　　6、臭氧层空洞会使冰川因为受不住高温而融化，使海平面上升，给沿海城市带来巨大灾害。

　　除了影响人类健康和生态外，因臭氧减少而造成的紫外辐射增多还会造成对工业生产的影响，如使塑料及其他高分子聚合物加速老化。

https://www.tianqi.com/video/3364.html

https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=1412383

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1412464.html

臭氧洞和极光同时发生的危害不能忽略

太阳风和地磁暴除了直接反映地磁场的剧烈扰动，也代表着高能粒子流冲击地球高层大气，以及进入地表的太阳高能粒子增多。这需要科学实验来证明。

　形而上学是一个哲学分支学科，指研究存在和事物本质的学问。其分为两层含义，一个是指以用超经验的思辨方式研究非客观或者无形世界的哲学体系，而非科学研究现实世界的现象及规律；另一个是指与辩证法对立的，用孤立、静止、片面的观点观察世界的思维方式。

臭氧洞和极光的形成是密不可分的，太阳风暴和地磁暴也是相互关联的。

综合分析表明，臭氧洞和极光同时发生的危害不能忽略。

应该注意到，太阳风、地磁暴、臭氧洞和极光是太阳和地球在极端条件下互动的特殊过程，仅就极光无法得出完整的结论。

就在人们毫无防备地欣赏极光美景的同时，你已经暴露在地磁层漏能效应和臭氧洞漏能效应的威胁之内。

关注2024年春分的太阳风、北极臭氧洞、地磁暴和极光，有报道称2024年是太阳黑子峰年。

https://www.bilibili.com/video/BV1aj411j7tf/

相关报道

据中国气象局国家空间天气监测预警中心消息，11月30日、12月1日、2日三天，可能出现地磁暴活动，其中12月1日可能发生中等以上地磁暴甚至大地磁暴，预计地磁活动将延续到12月2日。太阳活动和地磁暴有什么关系？它会如何影响我们？历史上我们遭遇的最强太阳风暴造成了什么影响？一起来了解。

地磁暴，是地球磁场全球性的剧烈扰动现象，当太阳风暴中的带电粒子冲击地球磁场，就会使地球磁场的强度和方向发生急剧不规则变化。经过近四百年的研究，人们发现，大约每11年，太阳活动就会由高峰进入低谷再返回到高峰，从未停止过。而在每一个周期内，太阳都会爆发几次强太阳风暴，随之而来的超级耀斑和几十次强地磁暴，对于已经习惯现代科技生活的我们来说，这些来自太阳的看不见又感受不到的威胁恰恰会给我们带来“致命一击”。

https://news.ifeng.com/c/8VAaI2Toycj

多地拍到极光！地磁暴会对人体健康有影响吗

都市快报橙柿互动

1小时前

极光，在一般人印象里似乎都是到南北极附近才能看到，但就在12月1日晚上，我国多地都传来了观测到极光的消息。

不仅纬度较高的东北多地，甚至在河北的承德、张家口的山区天文台、北京北部山区都瞥见了极光的疾驰旋舞，“北京极光”话题也一度攀登上热搜。

12月1日网友拍摄到的北京极光。图片来源于微博

大部分地区所见的极光都呈现绚烂的红色，但在偏北的漠河等地还能看到绿色极光的明灭。图片来源：漠河市委宣传部

尽管本轮极光活动已经结束，我们仍然可以借着这一罕见现象，来聊聊极光与地磁暴～

呼唤洪荒的太阳风：极光与地磁暴的产生

1极光是什么

极光是一类发光的空间天气现象。大量来自太阳的高能带电粒子流（也称作太阳风）在进入地球磁场后，多数被磁力线集中偏转到磁极周边并下落，当它们与高层大气（100千米或以上）的粒子碰撞后，大气粒子获得能量而被激发或被电，当这些粒子回复到初始基态或复合为中性粒子时，部分释放的能量会以可见光形式发出。

由于当前磁极也均位于地理上的南北两极附近，因而这类发光现象集中在高纬度地区（尤其是环绕磁极的“磁纬度”较高地区，这里也被称作极光带），极光也因此得名。

太阳高能粒子流（太阳风）对地球周边区域/地磁场相互作用的示意图

2为什么极光会有不同的颜色？

极光的缤纷颜色与不同的大气粒子和发光过程有关，也处在不同的高度。

如最常见的绿色极光，是氧原子被激发到激发态后，较短时间（1秒内到数秒）回复到基态时发出的光，通常在100～200千米高；而红色极光同样是激发态氧原子回复后的发光，但这一过程需要较长时间（数十秒到百余秒），其间一旦与其它粒子碰撞将损失这部分能量而无法发光，因而红色极光最主要在粒子密度更低、高度更高的层面相对常见（约200～350千米）。

通常而言，由于高空能发光粒子较为稀薄，红色极光的强度相较绿色极光偏弱，但由于极光带在我国以北数百千米甚至更远，我国北方能看到的极光高度角都较低，加之地球表面的弧度、地形等遮挡，因而对于我国北方等中纬度地区，反而高度较高、强度相对较弱的红色极光更容易被看到。

此外，蓝色为氮原子激发/电离后发出的光，但氮原子更难被激发电离，它出现的频率也不如红/绿色极光高。

极光高度和颜色的关系，以及我国在内的中纬度地区可视范围示意图。图片来源：中国国家地理

3地磁暴是什么

而这来自太阳的高能带电粒子流主要起源自太阳大气最外层——日冕层。日冕层温度极高的同时物质极其稀薄，此时物质以带电的等离子体形式存在。通常情况下，这些带电粒子被封闭的太阳磁场所束缚，难以成规模地逃离，但有两类情况下，它们会顺利喷薄而出：

一是日冕存在较稳定（持续数日）的特定结构，如冕洞这类温度较低、磁场线较为开放的结构，带电粒子流会在这里成功逃脱太阳磁场束缚，形成冕洞高速流；

而比其更为剧烈的，则是强烈太阳活动（包括但不限于耀斑爆发）引发的异常磁场扰动，导致磁力线出现局部开放，此时这些“磁场缺口”处更容易出现带电粒子流的快速喷薄而出，并形成日冕物质抛射（CME）事件——后者往往会引发更显著地磁暴。

当前太阳的远紫外线波段影像图。图中右下部分的暗色区域正是温度较低、磁力线较为开放的冕洞，它对高能带电粒子流的产生和最近的地磁暴与极光活动有一定贡献。图片来源：美国航天局（NASA）下属太阳动力学天文台（SDO）

当CME对应的高能粒子流进入地球磁场范围后，会使地磁场压缩变形，并将大量带电粒子注入磁层区域，引发磁层环电流急剧变化；而由于变化的电流会产生变化的磁场，这一部分带电粒子流会给地磁场额外附加一部分感应磁场，这额外附加的部分就被称作地磁扰动，其中较强者会称作地磁暴。

所以地磁暴和极光是这些太阳高能粒子流影响的两面，可以通过监测地磁暴事件的强度预报极光的强度。

通常而言，越正对地球、速度越快的CME，会产生越强烈的地磁暴；而CME也具有不同形态，通常以CME两端夹角衡量，完全成环（360°）者被称作晕状CME——这类通常是正对地球、速度极快的CME事件，往往会引发强地磁暴事件。

这次极光与大地磁暴事件的源头，正是北京时间11月29日凌晨，由一次太阳耀斑爆发引发、面向地球的晕状CME事件。虽然这次CME事件对应的太阳耀斑事件不强（仅为M9.9级），但由于特殊的晕状结构，也在12月1日抵达地球时造成了大磁暴事件。

北京时间11月29日清晨的晕状CME事件记录

美国空间天气预测中心（SWPC）的CME模型图，上半部分为高能等离子体密度，下半部分为粒子流径向速度。左侧图中，黄道极坐标平面中心黄点为太阳，右侧绿点为地球，其余二者为探测卫星。图片来源：SWPC

电·磁·光的交织：地磁暴对生活的影响

地磁暴除了直接反映地磁场的剧烈扰动，也代表着高能粒子流冲击地球高层大气。

今年以来Kp指数的逐日演变，红色为大地磁暴或更强级别。图片来源：德国地球科学研究中心

为什么今年在漠河以南地区频繁见到极光

不过如果注意到磁极与磁纬度分布图会发现，当前多数模型图里磁极是偏向北美一侧，我国相比世界同地理纬度地区磁纬度偏低，理应更难看到极光（过去数十年的强极光事件的确如此）；但为何今年在漠河在内的东北地区北部、新疆北部（甚至更靠南的地区）等地已频繁见到极光？

当前通用的地磁纬度模型

地磁场是相当复杂的系统，其中最大的分量，是高中物理曾介绍过的偶极磁场（约占总体地磁场强度的90%），它如条形磁铁般呈现半球对称分布，磁极分别位于地理两极附近且关于地心对称。

但除此之外，各地还有一些局地的磁场，部分假说认为是由地球外核-下地幔之间的环流驱动，类似于大气层里的局地环流圈。

于是，主要的磁极也有两种：一种是“总地磁极”（Magnetic Pole），它是经过实测确定的、地磁场线方向垂直于地表且磁场强度水平分量为0的两个点，可以代表总体磁场的特征。而另一种，则是前文提及、最主要的偶极磁场磁极（Geomagnetic Pole），它是实际地磁场经过展开分解得到，它的磁极就关于地心对称。

在2020年发布的世界地磁图上，亚洲一侧已出现总磁场强度显著增强的趋势。结合总地磁极正在快速向西伯利亚方向移动，而偶极磁场磁极相对稳定，依然在加拿大北极群岛一带，表明这可能正是一个由西伯利亚深处核幔边界对流所引起的非偶极子分量发生变化，并导致西伯利亚和东北亚更容易看到极光的原因——当然，这些仅为很初步、不严谨的猜想，需要后续专业研究的确认。

全球地磁场强度在2015-2020年间的年变化分布（单位：nT/a），正值（红线）为增强，负值（蓝线）为减弱。图片来源：世界地磁地图（2020版）

北极附近的总磁极（绿线）和偶极磁场磁极（红线）在1900年以来的移动（2025年的位置为预测结果）。图片来源：京都大学

而在当前，太阳活动第25周期仍在增强，预计在2024年到2025年初迈向活动峰值。或许我们也将在未来一两年里，在中国的北境看到更多绚烂的极光旋舞明灭。

2012年以来，每月太阳黑子数的变化（折线）、早前预测的均值（红线）与1倍标准差的误差范围（灰色阴影，但现在看来预测比实际情况明显偏低了……）图片来源：SWPC

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不寻常！北极现迄今最大的臭氧层破洞，面积达100万平方公里！

2023-04-08 13:23:35　来源: 东光剪辑山东

在距地面约10至50公里的大气层中有一层臭氧层，可以保护生命免受太阳有害紫外线的辐射，相当于地球生命的一道屏障。早在20世纪80年代，南极上空就出现了的臭氧层空洞，至今仍未愈合。然而，科学研究预测，南极洲上空的臭氧层空洞有机会在1960年代恢复。

但是根据4月8日的报道，美国宇航局和欧空局的卫星在北极上空发现了一个臭氧层空洞，目前最大的臭氧空洞已经出现，面积约为1万平方公里。这会不会是地球臭氧层的另一个伤口？

在过去的几周里，德国航空航天中心(DLR)的科学家们注意到北极地区的臭氧异常消耗。于是科学家们利用欧空局于2017年发射的“哨兵5P”卫星对北极上空的臭氧进行了监测。

卫星数据显示，今年以来，北极上空臭氧浓度明显下降，形成臭氧空洞。截至4月初，北极上空的臭氧空洞面积已达约100万平方公里。

其实以往北极上空偶尔会出现迷你臭氧空洞，这本身并不奇怪。

因为北极和南极上空的大气每年都会失去臭氧。臭氧空洞是由极低温度（低于-80°C）、阳光和风场共同作用在两极上空形成的云团造成的；二是CFC、HCFC等物质会加速分解平流层臭氧分子，形成臭氧空洞（这在南极洲比较常见）。但北极的气温通常不会像南极洲那样下降，这就是为什么科学家通常不会在北极观察到太多臭氧消耗的原因。