全球变化- 杨学祥工作室分享 http://blog.sciencenet.cn/u/杨学祥 吉林大学地球探测科学与技术学院退休教授,从事全球变化研究。

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正在被证实的预测:太阳风暴、地磁暴、极光和臭氧洞齐聚2023年

已有 3696 次阅读 2023-12-10 08:48 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流

正在被证实的预测:太阳风暴、地磁暴、极光和臭氧洞齐聚2023年

                                                        吉林大学:杨学祥,杨冬红

关键提示

      我们在2022年7月12日指出,太阳风暴、紫外线风暴、极光和臭氧洞:灭杀病毒的四剑客.

      紫外线能杀灭病毒,这是人人皆知的科普知识。可是,说太阳风暴和极光能杀灭病毒,却引起不小的争论,因为人们从来就没有听说过。事实上,太阳风暴可以产生臭氧洞和极光,并且在极夜和极昼交替中都能形成紫外线风暴,杀灭病毒自然也就顺理成章。

      与太阳光在白天杀灭病毒不同,紫外线风暴、极光和通过臭氧洞进入地表的紫外线和太阳高能粒子可以全天候的昼夜杀灭病毒,高效快速地清理全球环境。

      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”

      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”。

       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。

      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,那么我们的疫情就可以彻底搞定!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。

       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,3年周期风暴预判就在近期!另外地球将在 2023-2025 年遭受太阳超级活动的影响,伴随2023-2025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。


https://www.weibo.com/2479435945/LlQhh73hm

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1346957.html

     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

        应该注意到,这7次发生大地磁暴级别的地磁活动,3月23、24日、4月23、24日发生在北极臭氧洞发生期间,9月19日、11月30日、12月1-4日发生在南极臭氧洞发生期间,太阳辐射增强的风险确实存在,必须做好相应的防护准备。

         本次大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和秋分


      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(922-24日)到冬至(1221-23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(320-22日)到夏至(621-22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13日或4日,远日点在72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 


 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。

X射线,γ射线和紫外线,大约占太阳辐射光谱总能量的9%.80400km高度范围的电离层,γ射线和X射线被N2O2/O3所吸收,1555km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

     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。

      根据地球公转轨道,秋分(922-24日)到冬至(1221-23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(320-22日)到夏至(621-22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13日或4日,远日点在72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。    

      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(臭氧洞下观测极光风险巨大)

  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,也是极光频发年,必须做好长期的预防准备。         

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

https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=1413081


参考文献 (References)

杨学祥陈殿友地球差异旋转动力学,  长春:吉林大学出版社,199885-89

杨学祥陈殿友宋秀环太阳风、地球磁层与臭氧层空洞科学(ScientificAmerican 中文版), 1999, 5):58~59

杨学祥地磁层和大气层漏能效应中国学术期刊文摘, 1999, 59):1170~1171

杨学祥陈殿友地磁场强度的轨道调制与自然灾害周期见:中国地球物理学会年刊2000. 武汉:中国地质大学出版社, 2000. 307

杨学祥陈殿友构造形变、气象灾害与地球轨道的关系地壳形变与地震,2000,203):39~48

Yang, Xuexiang, Chen Dianyou, Gao Yanwei, Su Hongliang and YangXiaoying, et al, Geophysical and Chemical Evidence in the Depletion of Ozone.J. Geosci. Res. NEAsia, 1999, 2 (2): 121~133

杨学祥臭氧洞与厄尔尼诺中国学术期刊文摘, 1999, 510):1301~1303

杨学祥臭氧洞漏能效应及其形成原因中国地球物理学会年刊1999, 合肥:安徽技术出版社, 1999, 191

杨学祥陈殿友地球流体运移动力与自然灾害同上, 326

陈殿友杨学祥宋秀环地球轨道效应与重大自然灾害周期同上, 256.*

杨学祥陈殿友地磁场强度的轨道调制与自然灾害周期见:中国地球物理学会年刊2000. 武汉:中国地质大学出版社, 2000. 307

杨学祥大气圈差异旋转及其对臭氧层的影响中国学术期刊文摘, 2000, 62):199~201

杨学祥大气氯粒子层的形成原因中国学术期刊文摘, 2000, 63):370~371

杨学祥太阳活动驱动气候变化的证据中国学术期刊文摘, 2000, 65):615~617

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

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1332936.html

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

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1412976.html

https://wap.sciencenet.cn/blog-2277-1331102.html?mobile=1

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1413081.html




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