福衛七號掩星觀測 成大發現極罕見之南極平流層暖變

▲成大研究團隊藉由福衛七號掩星觀測全球電離層,發現極為罕見之南極平流層暖變,造成低緯度電離層產生意想不到週期異常震盪。(圖/記者林悅翻攝,下同)

▲成大研究團隊藉由福衛七號掩星觀測全球電離層,發現極為罕見之南極平流層暖變,造成低緯度電離層產生意想不到週期異常震盪。(圖/記者林悅翻攝,下同)

記者林悅/台南報導


成大研究團隊藉由福衛七號掩星觀測全球電離層,發現極為罕見之南極平流層暖變,僅僅侷限發生在極區的近地面極端天氣現象,竟然能夠造成台灣與低緯度地區上空之電離層異常震盪。

成大研究團隊說,平流層暖變現象以往多發生在北極,2019年9月卻特別罕見地在南極發生,為氣象觀測史上50年來的第3次在南極發生,除了極為罕見以外,增溫幅度與速度接打破歷史紀錄,短短1週內,南極極區平流層溫度上升超過50°C,還造成當地臭氧洞變小,低緯度電離層產生意想不到的6天週期異常震盪。


除了極為罕見以外,增溫幅度與速度也打破歷史紀錄,短短1週內南極極區平流層溫度上升超過50°C,除了造成南極臭氧洞變小之外,也罕見地對低緯度地區的太空環境造成影響。此一研究已發表於美國地球物理學會之頂尖期刊Geophysical Research Letter((GRL)。研究指出,此電離層異常震盪可以造成25%的太空電漿擾動,遠遠超過過去所想像,這對GPS定位、網路連線及人造衛星通訊產生超過預期的影響。未來人類將運用愈來愈多的高科技產品,例如汽車導航、自動駕駛、航空導航也都會受到影響。

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平流層暖變(Sudden Stratospheric Warming, SSW)是一種常發生於冬天北半球極區平流層之行星尺度的極端天氣現象,使極區平流層溫度於短短數十天之內上升20-50°C不等,除了平流層本身溫度改變外,研究學者指出,在平流層暖變事件發生後數週,往往能夠向下影響至地面天氣,造成負北極震盪,引發中低緯度地區異常的暴風雪與寒冬。2016年霸王級寒流使台灣罕見地各地都下雪,一部分原因就是平流層暖變造成的結果!

▲成大研究團隊藉由福衛七號掩星觀測全球電離層,發現極為罕見之南極平流層暖變,造成低緯度電離層產生意想不到週期異常震盪。(圖/記者林悅翻攝,下同)
成功大學地球科學研究所博士生林佳廷在教授林建宏的建議下,著手分析相關資料。林佳廷原本就對地面極端天氣深感興趣,每到颱風季,他經常上世界各國氣象單位觀看模擬預報,鍵盤追風。林佳廷的博士論文研究主題著重在太空電離層環境,有一次他赴美國華盛頓參加美國地球物理年會,返回台灣的飛航途中經過北極,人生中第一次親眼看見絢麗的極光,讓身處極區平流層的林佳廷,不經意地開始思考行星尺度的平流層暖變是否也能夠影響到電離層。加上林建宏教授在此一領域累積豐富的學術經驗,敏銳地指引林佳廷目前最熱門的研究方向,並提供各種國際學術交流資源,讓林佳廷開始自行探索。師生互相討論確認研究成果有價值後,便開始輪班接力撰寫論文,搶先發表成果,讓國際看見台灣,維護我國衛星任務在國際的領先地位。

▲成大研究團隊藉由福衛七號掩星觀測全球電離層,發現極為罕見之南極平流層暖變,造成低緯度電離層產生意想不到週期異常震盪。(圖/記者林悅翻攝,下同)

成大團隊發現,中低緯度電離層之異常震盪與南極平流層SSW事件息息相關!此一研究已發表於美國地球物理學會之頂尖期刊Geophysical Research Letter (GRL)。此研究指出,這次的事件非常異常,電離層在兩個時段產生最大的擾動,分別是中午12時及下午5時影響全球太空環境最為劇烈。與過去研究認知的下午3時擾動最劇烈,有很大的不同。此次電離層異常震盪可以造25%的電離層電子密度的擾動,這對未來應用人造衛星通訊、網路連線以及導航具有重要的影響。例如:2019年9月的中午12時,我們在台灣用GPS導航,本來誤差沒有這麼大,結果因為此平流層暖變事件,造成更大的誤差、超過預期的誤差,影響到我們的生活。

雖然國外研究學者也利用歐洲太空總署衛星,觀測到此異常震盪,並指出此震盪的來源來自於南極平流層,但由於歐洲衛星觀測地區與時間受軌道限制,某些地方時間觀測到的震盪很強,某些地方時間則沒有觀測到震盪,所以無法觀測到此異常震盪的全貌。然而福衛七號的優勢是,能夠觀測全球電離層,讓成大研究團隊得以一窺此一震盪的全貌。


近年來歐美地區的冬天頻頻大量異常降雪,極區溫度異常高溫,就是平流層暖變讓原本平流層極區渦漩減弱,間接使得中高緯度對流層中噴射氣流減弱,導致極區冷空氣的冰箱門鎖不住,往外宣洩到中低緯度,而中低緯度的暖空氣入侵極區,使得海冰面積無法在冬天順利成長,這也是氣候學家擔憂的議題。福衛七號觀測提升了太空環境監測,未來將可更準確得知近地面天氣對於導航、通訊的影響,成大著實扮演重要角色。

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