二氧化碳上升可能以令人惊讶的方式加剧太空风暴
根据美国科学家领导的新研究，高层大气中二氧化碳浓度的上升将改变地磁风暴撞击地球的方式，对数千颗轨道卫星产生潜在影响。 美国国家科学基金会国家大气研究中心 （NSF NCAR）。 地磁风暴是由太阳表面带电粒子大量喷发冲击地球大气层引起的，对我们来说是一个日益严峻的挑战技术依赖的社会。 风暴暂时增加了高层大气的密度，从而增加了卫星的阻力，从而影响了卫星的速度、高度以及它们保持运行的时间。 这项新研究使用先进的计算机模型来确定，与当前相同强度的风暴相比，未来地磁风暴期间高层大气的密度会更低。 这是因为基线密度会更低，未来的风暴不会将其提高到与当前风暴发生的水平一样高。 然而，密度增加的相对幅度——在多日风暴期间从基线上升到峰值——将随着未来的风暴而更大。 “来自太阳的能量影响大气的方式在未来会发生变化，因为大气的背景密度不同，这会产生不同的反应，”主要作者、NSF NCAR 科学家 Nicolas Pedatella 说。 “对于卫星工业界，这是一个特别重要的问题，因为需要针对特定的大气条件设计卫星。 这项研究是与日本九州大学合作的，发表在地球物理研究快报. 空气更冷、更稀薄 由于社会对先进导航系统、在线数据传输、国家安全应用和其他技术的依赖， 地球的高层大气近几十年来变得越来越重要依赖卫星作。 与随着二氧化碳排放而变暖的低层大气不同，高层大气变得更冷。 这与二氧化碳的不同影响有关：二氧化碳不是在地球表面附近相对致密的空气中吸收热量并将其重新发射到附近的分子，而是将热量重新释放到空气稀薄的高海拔地区的太空中。 先前的研究已经估计了二氧化碳和其他温室气体会导致高层大气的中性密度或氧气和氮气等非电离颗粒的浓度降低。 但佩达泰拉和他的同事提出了一个有些不同的问题：在强大的地磁风暴期间，未来的大气密度将如何变化？ 研究人员瞄准了 2024 年 5 月 10 日至 11 日的地磁超级风暴，当时一系列被称为日冕物质抛射的强大太阳扰动受到冲击地球大气层。 他们分析了大气层在 2016 年以及未来三年将分别发生在 11 年太阳周期（2040 年、2061 年和 2084 年）的最小值左右的同一场风暴的反应。 为了进行分析，他们求助于基于 NSF NCAR 的建模系统，即具有热层-电离层张力的社区地球系统模型全大气群落气候模型，该模型模拟了从地球表面到上层热层的整个大气层，距地表 500-700 公里（约 310-435 英里）。 这使科学家能够确定低层大气的变化（例如更高浓度的温室气体）如何影响远处大气的偏远区域。 他们在 NSF NCAR-怀俄明州超级计算中心的 Derecho 超级计算机上运行了模拟。 研究人员发现，在本世纪晚些时候，在风暴高峰期，高层大气的各个区域的密度将降低 20-50%，与此相当假设二氧化碳水平明显更高，则比去年发生的那一次。 但是，与风暴前后的大气密度相比，密度的相对变化会更大。 虽然这样的风暴现在在峰值时的密度增加了一倍多，但未来可能会增加近三倍。 这是因为同一场风暴对密度较低的大气层的影响也相应更大。 Pedatella 表示，需要更多的研究来更好地了解如何太空天气将发生变化，包括研究不同类型的地磁风暴，以及它们的影响是否会在 11 年太阳周期的不同时间（大气密度发生变化）发生变化。 “我们现在有能力利用我们的模型来探索低层大气和高层大气之间非常复杂的相互联系，”他说。 “了解这些变化将如何发生至关重要，因为它们对我们的大气层产生了深远的影响。” 该材料基于由美国国家科学基金会国家大气研究中心支持的工作，该中心是美国赞助的主要设施。 美国国家科学基金会，由大气研究大学公司管理。 本材料中表达的任何意见、发现和结论或建议并不一定反映 NSF 的观点。