电离层骚扰

太阳扰动以及其他原因导致电离层对正常状态的显著偏离。太阳扰动引起的电离层骚扰主要有电离层暴、电离层突然骚扰、极盖吸收、极光带吸收等。它们出现时会严重影响无线电波的传播。

电离层暴

在太阳表面局部地区发生扰动(如出现耀斑)期间喷发的大量带电粒子流同地球高层大气发生相互作用,使F2层状态出现异常变化,称为电离层暴。这种骚扰发生在太阳扰动出现1~2天之后,持续时间可由几小时至几天之久,并常常伴随着磁暴和极光的发生。电离层暴分为负相电离层暴(F2层临界频率下降,如图1所示)、正相电离层暴(F2层临界频率增加,如图2所示)和双相电离层暴(F2层临界频率既有下降又有升高)3种类型。一般地说负相电离层暴多发生在中、高纬度,不仅强度大,而且骚扰持续时间长。在赤道地区上空多发生正相电离层暴。电离层暴的出现次数和强度有11年的周期性变化(与太阳黑子数的变化密切相关),显著的年变化(春秋分电离层暴出现次数较多)和27天的重现性。另外,电离层暴的开始时间和终止时间在各地区也不尽相同。在电离层暴期间,短波无线电通信会受到破坏(见电离层无线电波传播)。

图1 图2

电离层突然骚扰 (SID)

太阳色球在耀斑爆发期间发出的强烈的紫外线X射线辐射,进入地球向阳面电离层的D层,使该处的电子密度突然增大,即为电离层突然骚扰。电离层突然骚扰持续的时间由几分钟到几小时之久。1935年德林杰(J. H.Dellinger)首先把它同太阳活动联系起来加以初步解释,所以又称德林杰效应。

电离层突然骚扰发生时会出现种种现象。在地球向阳面通过 D层的高频电磁波会遭受强烈的吸收,甚至传播中断(短波消逝SWF);当接收高于F层临界频率的宇宙噪声时,发现其强度突然减弱(宇宙噪声突然吸收 SCNA);低频和甚低频经电离层反射的信号,相位会发生突然变化(突然相位异常SPA);当观测由远处闪电产生的天电时,发现其强度明显增加(天电突增SEA)。

极盖吸收(PCA)

在强烈的太阳耀斑爆发时,由太阳喷射出来的高能(约 5~20兆电子伏)质子流沿着地磁力线沉降在极盖区上层大气中,使极盖地区(磁纬64°以上)D层(高度约60~90公里)的电离急剧增大,因而通过极盖地区电离层的无线电波被强烈吸收,这就是极盖吸收。极盖吸收发生在强烈耀斑出现后几十分钟至几十小时之后,吸收的持续时间通常约为3天,但有时可短到1天,最长约为10天,它在太阳活动极大年出现较频繁。极盖吸收常使无线电通信中断。

极光带吸收(AA)

来自太阳局部扰动区的电子和质子沉降到极区上空,使极光带或者较其略宽的环带(宽约6°~15°)内低电离层的电离增加,以至通过它的电磁波被强烈吸收,甚至完全接收不到信号,这种现象称为极光带吸收。它出现最频繁的年份是在太阳活动极大年之后2~3年。

人为骚扰

人为原因也会引起电离层扰动。如核爆炸是一个巨大的多种辐射源,它可发出 γ射线、X射线、可见光直到红外线电磁辐射,以及β射线和中子等粒子辐射。这些辐射具有不同的穿透能力,在大气层的不同高度上产生电离。低空核爆炸影响范围较小,而高空核爆炸几乎作用于整个半球。由核爆炸形成的电离区域会影响无线电波传播。此外,用大功率发射机对电离层加热也能引起电离层局部骚扰(见电离层非线性现象)。

根据对太阳活动和地磁活动的观测,可以适时地进行电离层骚扰预报服务。