太阳地磁大气电扰动与天气气候相关研究.pdf

第18卷第3期Vol.18,No.3

1999年8月August1999

PLATEAUMETEOROLOGY

太阳、地磁、大气电扰动与天气、

气候相关研究

言穆弘孙安平张义军

(中国科学院兰州高原大气物理研究所甘肃省兰州市730000)

摘要从日际、年际及世纪尺度统计分析了太阳活动与大气电参数及气象参数之间的

相关性及其可能机制。结果表明,太阳活动与全球气温、云量、VAI、雷暴及平流层温度之间有

很好的相关性。Mev-Gev高能粒子流是影响大气的主要太阳载体,在平流层通过对臭氧的调

制,低层大气则通过对全球地—气电流和大气电场的调制,改变了中层大气电导率,云顶附近

过冷水滴电量和极性气溶胶浓度。通过电冻结过程,增大了云内成冰核率和冰化过程,潜热释

放增加从而使云体增强发展。由于全球云状、云量的变化而导致辐射平衡和云体反照率的变

化可能是影响天气气候变化的重要原因。对于长时间尺度,是通过地核和地幔之间的磁耦合,

改变了地球自转速率,最终影响大气层活动。

关键词太阳活动大气电扰动地磁气候

+

分类号P427.315

1引言

太阳和地球大气之间的相关性研究(日地关系)已持续了一个世纪之久,迄今尚属争

论,其一是相关性不肯定,其二是缺乏合理的耦合机制。因太阳活动只能导致总辐射的

0.1%～0.2%变化,用加热机制无法解释。太阳活动能引起高层大气特性变化,但高低层

之间耦合很微弱,且还存在时间匹配问题。但近代更多事实发现日地之间存在着某种联

系。作者认为研究日地耦合的首要问题是确定能影响地球的主要太阳载体:(1)总太阳

辐射,变化仅0.1%,对于世纪尺度,通过能量累积或会有影响,短周期影响可忽略。(2)

紫外辐射,约10%变化,存在27日和11年变化周期。(3)高能Mev-Gev粒子流,变化幅度

约20%～30%,源于银河宇宙线及耀斑,受太阳磁场调制,有27日和11年周期及日际变

化。(4)太阳风磁场,太阳磁场有4个扇形区,极性交叉相反,故存在四个磁扇边界。日

面磁通密度约3高斯。当边界扫过地球时,进入地球的太阳风磁场增强,地球磁场也随之

增加,会发生磁暴。有27日和11年周期。

收稿日期:1999-04-06

国家自然科学基金资助项目

第一作者简介:言穆弘,男,1940年3月出生,研究员,主要从事大气物理研究

378高原气象18卷

表征太阳活动的参量例如太阳黑子数,黑子周期长度,太阳耀斑及太阳风等基本上都

是通过上述载体来影响地球的。这些载体如何影响地球?大气对紫外辐射通量的吸收率

-52·s),紫外辐射是产生平流层臭氧的主要能源,而臭氧是平流层的热源。紫

是10J/(cm

外辐射可以改变臭氧分布来影响平流层的热动过程,并通过与对流层耦合来影响大气活

动。这可能是一种连接过程,这种耦合作用还与赤道低平流层风场的QBO位相有关[1],

W型意味着有较强的向下输送,E型则相反。

具有Mev-Gev能量的微粒流是大气电离的主要能源,能进入地球大气的粒子流受太

-102·s),但会改变全

阳风磁场调制,尽管中低层大气对高能离子流的吸收率很低10J/(cm

球大气电参量的时空分布。这种变化能否影响大气活动?例如改变全球云量分布的时空

特征?改变对流层中某些特性(例如涡旋面积指数VAI,雷暴活动等)?也就是说,太阳活