太阳活动对地球以及地球空间的影响

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1、太阳活动对地球电网以及地球空间卫星的的影响摘要：众所周知，太阳的变化与我们的地球以及地球的空间环境都有密切的联系。而空间天气复杂多变的源头也同样来自于太阳，为太阳的剧烈活动所驱动。本文主要论述太阳的一些常见活动以及太阳活动而导致的空间天气效应对地球电网和对空间卫星系统的影响。关键词：太阳活动、空间天气效应、电网、空间卫星系统引言太阳活动是指太阳大气中局部区域各种不同活动现象的总称。包括太阳黑子，光斑，谱斑，太阳风，耀斑，日珥等。而太阳活动区则是以黑子为主体的太阳活动现象汇聚的区域。太阳活动对于地震、火山爆发、旱灾、水灾、人类心脏和神经系统的疾病，甚至交通事故都

2、有关系。空间天气是基于太阳活动的在太阳表面、行星际空间、磁层、电离层和热层中，某一时刻或短时段内的环境条件。通常以表征空间环境状态的太阳电磁辐射、太阳风、磁层磁场、地球辐射带、电离层电子密度、太阳耀斑、磁暴、磁层亚暴、电离层暴、电离层突然骚扰等空间天气现象来描述。它们的状态可能影响空间和地面的技术系统性能与可靠性,危及人类的生命和健康，恶劣的空间天气可引起电网的崩溃及卫星运行、通信的障碍,造成多方面的经济损失。地球表面是人类赖以生存和发展的场所。作为太阳系中的地球，在它的整个历史上始终受到太阳光和热的作用，它们与地球内部动力所引起的各种现象之间相互作用，驱动着

3、地球表层的演化。当地球的大气圈河水圈形成以后，以太阳能为动力的太阳这台发动机驱动着大气和大洋环流，形成风、云、雨、雪。河流出现了，开始流入大洋，山脉受到剥蚀。这一切都在塑造和改变着地表的环境，影响着地球的生物圈，使地球的气候、生物以及地球化学循环趋于多样化。地球空间环境是指地球大气层以外存在的中性气体、电离层气体、等离子体和各种能量的带电粒子；引力场、磁场和电场；Y射线、X射线、紫外线、可见光至无线电波等电磁辐射；宇宙尘、微流星及人为造成的空间碎片和垃圾等等。地球空间环境具有十分复杂的空间结构和随时间变化特征，并与太阳活动密切相关。”因此日地空间是人类继陆地、

4、海洋和大气层之后新开拓的第四领域，是各类航天器和高科技军事装备的活动区域，也是人类对资源开发利用的新领域。一、强太阳活动（地磁暴）对电网的影响太阳活动（尤其是太阳风暴的地面效应，即地球磁场的剧烈变化，磁暴）对地面影响和危害最大的是电力系统，且电网的规模越大越容易受到灾难性攻击。当发生地磁暴时，作为输电网这样一个闭合的导体回路，穿过电网回路的磁通量发生急剧变化，就在电网回路上产生了强大的感应电流（GIC）。感应电流是大强度直流电，而电网传输的是交流电，这就导致某些输变电设备因局部产生高热而烧毁。例如，1989年3月，空间灾害天气引发了加拿大魁北克大规模停电，使魁

5、北克600多万人9个小时无电可用，仅魁北克水电局的直接经济损失就高达数千万美元。在事故发生后的几年中，魁北克水电局投入的电网防治改造费用高达8.34亿美元。另外，第23太阳周高峰期的几次大磁暴事件，对世界高纬、低纬电网也产生了很大影响。其中2003年10月30日的大磁暴，导致了瑞典马尔默大停电和南非15台大型变压器损坏。当时我国很多电网也发生了强磁暴侵袭事件，直观的现象是变压器发生强烈振动和严重噪音。其中江苏、浙江、广东等发达沿海地区因为电网规模大和“海岸效应”的影响，问题相对比较严重。这些事件都给我国未来大规模电网的安全和防范敲响了警钟。2009年3月，美国

6、科学家警告说，2012年太阳活动周将遭遇强烈的太阳风暴，破坏力极大，将严重影响到包括中高纬各个国家。一方面，我国面临较大空间灾难的可能性相对较小。这得益于我国所处的地理位置。相同电网结构、地质构造条件下，靠近两极的高纬地区，地磁场变化大、影响也大一些。中国地处地球中低纬地区，按目前电网结构和近期中国电网的建设规模，磁暴影响的问题还不至于像北欧、北美高纬区国家那么严重。但另一方面，中国的空间天气影响问题和电网状况与北欧、北美高纬区国家不同，使得我国这样的中低纬、大电网没有先例可借鉴。高纬地区的磁暴是由极光电集流引起的，水平线(面)电流或“U”形电流模型能较好地模

7、拟高纬地区的空间电流，而在中低纬地区，起主要作用的是赤道环电流和场向电流，因此高纬地区的已有研究不适用于中低纬地区。我国地质结构复杂，未来电网将向大规模发展，也增大发生灾难的可能性和研究工作的难度。未来电网将出现距离长、导线单位长电阻小，电网采用东西走向，采用三相变压器等，这些因素都会导致电网抵御空间天气灾害的能力更差。1989年引发魁北克事故大磁暴的Dst指数极小值为-548nT，1859年超级磁暴的Dst指数极小值为-1760nT，其强度分别是2004年11月磁暴的1.94倍和6.24倍。因此，相同地质条件的750kV和1000kV电网，遭遇1989年磁暴

8、GIC可达219A和291A；遭遇18