1-2022研究生空间天气课件 -绪论.pptxVIP

Spaceweather：Historical

;IntroductiontoSpaceWeather;1859年9月1日;IntroductiontoSpaceWeather;19世纪90年代，尼古拉·特斯拉等科学家在这个时候开始研究以无线电发送电报。电话通信行业很早就认识到无线对语音传输的重要性。同时也经历了太空天气对传输的影响。

;1958年2月11日磁暴的影响强调必须立即调查组织有效预警服务的可能性和提供预防措施的手段。

Germaine(1940)在讨论1940年3月风暴的影响时指出，电话电缆的最高电压“通常将在电阻率最高的地区…”。美国大陆的地图，显示了高电阻率地区(图中为黑色)和ATT长线系统中出现异常的位置(图中的白点)。从明尼阿波利斯到法戈的几个小时的大电压波动(高达500伏)的样本。;空间天气过程和影响;这些是由随时间变化的磁场驱动的，特别是由在地球电离层和磁层中流动的电流产生的磁场，并且受到来自太阳的一系列空间天气影响的强烈调制。这些地球电场将意外的电流注入到与地球表面连接的任何金属基础设施中。

电气“接地”是大多数基础设施的基本设计特征，可确保电气安全，有时还可确保与基础设施附近设备的电磁兼容性。电网是这一类的关键基础设施，还包括铁路上的电力和控制系统；用于输送石油和天然气的管道；以及海底光纤电缆上的电力系统（现代互联网和语音通信的支柱）。;90公里以上的高层大气（其中性和电离成分（热层和电离层）的影响）;大气辐射环境;卫星所处的等离子体环境;辐射还会导致卫星上的组件具有放射性。错误将在计算机逻辑系统和固态存储器中引发。

辐射会在光学仪器以及用于航天器姿态控制的太阳和恒星跟踪器中产生错误信号。;无线电频率噪声;1940年3月24日，美国和加拿大的电力公司发现电网上的电压降和无功功率有大的摆动。那是历史上第一个有关地磁暴对电力系统影响的记载。;1989年3月魁北克水电站遭到毁灭性打击的另外两个重大原因：

处在高纬地区

建在火成岩上;GIC将进入变压器并作为准直流电流，并驱动变压器进入半相饱和，导致变压器产生谐波加上振动和加热。GIC本质上是一种催化剂，使通过变压器的一些主要电力转移到不利影响。如果足够大，振动和加热可能??对变压器造成损坏，而电网电流中的谐波则会破坏其他电网设备的运行。;拓扑结构的简单示例：

(A)网格拓扑，(B)树状的拓扑。

网格拓扑通过为许多当前电流提供多条路径来增强一般的网格弹性。;极端GIC的另一个重要驱动因素是在dB/dt中所反映的地磁活动，即地磁场的变化速率。至少有三个不同的物理过程可以产生这样的变化。;1989年3月13日，世界时21点45分出现强烈风暴，英格兰南部牛津郡出现强烈极光。;磁暴期间磁通量的快速变化导致产生的感应电流流过系统。这一效应在1940年3月24日的地磁风暴之后首次报道。

多年来，已报告对电网的许多大、中程度影响，包括1958年停电、设备跳闸和电压稳定问题(1972年8月4日)、

加拿大9小时停电和变压器损耗(1989年3月13日)以及瑞典2003年10月份的停电。;热层提供了卫星在近地轨道上经历的大气阻力，而电离层是许多通过上层大气发送信号的无线电和雷达系统（从地面到卫星，从卫星到地面，通过电离层反射从地面到地面）的一个重要因素。热层比电离层密度大得多；100公里高度的电离水平约为百万分之一，300公里高度的电离水平约为千分之一。

卫星阻力和跨电离层无线电传播通常被视为完全独立的空间天气问题。但是离子-中性碰撞使动量的交换成为可能，因此热层中的风可以驱动电离层中的等离子体运动，而强等离子体运动可以驱动热层中的风。;电离层的整体形态源于三个主要因素的复杂相互作用：

电离层等离子体主要是由太阳EUV对热层的作用产生的。

;1989年3月的大磁暴期间，大气阻力导致位置不明的空间物体数量大幅增加，丢失的空间物体数量达到峰值。这是在风暴导致地磁指数Ap出现峰值之后发生的。;空间天气是大气阻力不确定性的主要原因，因为它可以强烈调节热层的密度。

（1）当地磁活动加热极地高层大气时，密度将发生变化，改变大气阻力，降低卫星位置预测的准确性。

（2）极光加热的波动产生大气重力波，向赤道方向传播；产生的密度波动进一步增加了卫星位置预测的不确定性。

结果导致：（a）许多低轨卫星的位置不清楚、身份不明。可能需要几天时间来重新确定观测到的轨道与卫星身份相符。;

空间天气以多种方式影响无线电通信。在1到30兆赫兹的频率范围内（称为“高频”或HF无线电），电离层密度和结构的变化会改变传输路径，甚至完全阻塞高频无线电信号的传输。

这些频率被业余爱好者（HAM）无线电运营商和许多行业，如商业航空公司使用。一些政府机构，如联邦紧急管理局和国防部也使用它们。