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中央大學太空系團隊  電離層赤道異常區域觀測新發現

發布日期: 2021-08-05    文/太空科學與工程學系、秘書室
中央大學太空科學與工程學系博士生吳宗祐(左)在劉正彥教授指導下於電離層赤道異常區域觀測提出全新觀點,其成果於今年發表於《科學報導》(Scientific Reports)。陳如枝攝。
中央大學太空科學與工程學系博士生吳宗祐(左)在劉正彥教授指導下於電離層赤道異常區域觀測提出全新觀點,其成果於今年發表於《科學報導》(Scientific Reports)。陳如枝攝。

 中央大學太空科學與工程學系博士生吳宗祐在劉正彥教授的指導下,利用全球定位系統資料分析平流層驟暖(Sudden Stratospheric Warming, SSW)及月球引力效應,發現兩者各自獨立對電離層赤道異常區(EIA)造成影響,為全球首個提出此觀點的團隊,其成果於今年發表於《科學報導》(Scientific Reports)。    

 2020年3月,吳宗祐提出月球引力會顯著影響電離層動力機制,並發表於美國地球物理學會期刊Geophysical Research Letter (GRL),此次的研究則是接續前篇成果,加入平流層驟暖進行分析。平流層驟暖則是一種行星尺度的極端天氣現象,多發生於北半球冬天,期間的高緯度平流層溫度會在數天內增加20-50°C不等。過往研究報告大多將電離層電子濃度與結構改變歸於平流層驟暖現象造成。  

 在地磁赤道附近的電離層,由於中性風的吹拂而產生電場,其帶電粒子的傳輸過程軌跡像是噴泉,故稱之為赤道噴泉效應。經由長時間的觀測,發現因赤道噴泉效應影響,造成10°到15°地磁緯度範圍內反而成為電離層濃度最高的區域。劉正彥教授提到,臺灣則正好位於北赤道異常區,電離層濃度為全球最高,在臺灣進行相關研究,深具意義。    

 有別於以往研究結果,中大太空系團隊藉由全球定位系統分析電離層全電子濃度,提出平流層驟暖及月球引力應是兩者獨立且各自影響電離層赤道異常區的生成時間與區域位置。本次發表於《科學報導》的研究成果顯示,平流層驟暖效應造成電離層赤道異常區領先於平常0.47小時,而月球引力效應則是規律地依據月相調節電離層赤道噴泉效應至多1小時,其結果更是全球首次成功地將兩者獨立量化。  

 此創新觀點能夠順利提出,中大太空系張起維教授、博士生邱奕中及成功大學地科系林建宏教授在過程中給予許多專業建議。吳宗祐提到,在過往及未來的物理模式模擬中,都應加入月球引力效應一同分析,才能使成果更加完善。平流層驟暖通常發生於北半球冬季,未來也將針對南北半球的差異進行分析。

電離層月球引力效應。圖左為每日電離層於不同時間的濃度變化。圖右則為去除背景值後的分析成果。摘自Wu et al.,2021 Scientific Reports。太空系提供。
電離層月球引力效應。圖左為每日電離層於不同時間的濃度變化。圖右則為去除背景值後的分析成果。摘自Wu et al.,2021 Scientific Reports。太空系提供。
研究過程中中大太空系張起維教授(右)團隊也給予許多專業建議,使研究成果更臻完善。圖左及圖中分別為劉正彥教授及博士生吳宗祐。太空系提供。
研究過程中中大太空系張起維教授(右)團隊也給予許多專業建議,使研究成果更臻完善。圖左及圖中分別為劉正彥教授及博士生吳宗祐。太空系提供。
更新日期: 2021-08-11 文章分類: 學術新聞 瀏覽人次: 1735