全國中小學科展

太陽短期活動對地球磁場與大氣溫度異常的影響

科展類別

臺灣國際科展

屆次

2007年

科別

地球與太空科學

學校名稱

高雄市立高雄女子高級中學

指導老師

蔡靜誼

作者

鄭年芳、葉如育

關鍵字

太陽 大氣溫度異常

摘要或動機

This study analyzed how short-term solar activities interact with the earth atmosphere, by using two statistic methods: Diffusion Entropy Analysis (DEA), and Standard Deviation Analysis (SDA). Since solar activities influence the Earth atmosphere in its radiating heat and magnetic field, we use DEA and SDA to calculate the exponents, H and δ, of the scaling law in three time series: “the intensity of solar flare” (representing by SOLAR H-alpha flare index), “magnetic anomaly of magnetosphere” and “sea surface temperature anomaly”. The values of H and δ show the time memory and correlative relationship between the event and next event happening in time series. When H = δ = 0.5, events occur in random. When 0.5 < H <1, the occurrence of events has a long-term memory in time, on the contrary, 0 < H < 0.5, the occurrence of events only exists a short-term memory. And if δ is greater than 0.5, the event of time series will show a positive correlation with the next event, on the contrary, it will have a negative correlation. Two different results shown before and after 2002 A.D can be identified from the comparison between the time activities of solar flare and variations of H and δ. Before 2002 A.D, the traits between earth atmosphere which includes “intensity of solar flare” and, “magnetic intensity of magnetosphere” are opposite; however, after 2002 A.D, the traits become almost the same. A possible deduction is generated: when the “intensity of solar flare” becomes greater, it possesses a greater strength of the correlation and memory in time to interfere with the correlation and memory of the “anomaly of magnetosphere” and the “anomaly of sea surface temperature”. 本研究採用「擴散熵分析」(DEA)及「標準偏差分析」(SDA)分析太陽短期活動對地球短期大氣及地下地層狀況的影響,其中以「太陽閃焰強度」(以Solar H-alpha flare index 表示)的大小表示太陽短期活動強度,以「地表溫度異常」及「電離層磁場」代表地球大氣狀況,以大地電磁法測到地層之「電磁強度」代表地下地層電性及磁性改變,並接著以DEA 及SDA兩種方法分析上述時間序列的尺度率指數H 和δ ,檢測序列在時間上是否具相關性及記憶性。結果顯示「太陽閃焰強度」、「地表溫度異常」及「電離層磁場異常」三者均為在時間上具正相關及弱的長程記憶的時間序列。比較三者之δ 和H,發現在2003 年出現明顯的分界,在2003 年前後日地間溫度及磁場的變化不同。其中在太陽磁場如何影響地球磁場的比較方面:2003 年之前,「太陽閃焰強度」與「電離層異常」的H 和δ 變動情形相反;2003 年之後,「太陽閃焰強度」與「電離層異常」的變動情形相同。以線圈的感應實驗做模擬,推測當「太陽閃焰強度」太大,具高記憶性及相關性的訊號反而讓電離層內帶電離子振盪變劇烈,而使相關性持續性變差。但當「太陽閃焰強度」較弱時,太陽的記憶性及相關性增強時,因電離層有蓄積電荷的能力,使其和太陽有同步的改變。至於對太陽輻射對於地面溫度的分析結果發現:在2003 年之前,「太陽閃焰強度」較大,此時「太陽閃焰強度」和 地面溫度異常的H 的變化相反,但「太陽閃焰強度」地面溫度異常的δ 變化接近一致。推測太陽活動較強時,較易出現記憶性及相關性均強的升溫現象的群聚出現,此特性會使大氣出現即時短暫的升溫(正相關),但也因此阻斷了大氣原本自有調整的能力,使長程記憶性被突然打斷。大地電磁訊號主要來自1.太陽閃焰2.地磁3.電離層活動,分析這三種訊號與大地電磁低中高頻訊號的關係,有助於釐清上述分析結果是否單純為太陽閃焰影響電離層的結果。

太陽短期活動對地球磁場與大氣溫度異常的影響

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