浅谈太阳活动对雷暴天气的影响

浅谈太阳活动对雷暴天气的影响摘要：太阳活动对大气电性能可能会产生影响。

本文通过对这种影响的分析，再结合大气电性能和雷暴形成的关系，简要论述了太阳活动对雷暴天气的影响。

本文通过参考1976年—1985年太阳黑子一个完整周期内太阳活动与雷暴活动及地面大气电场之间的可能相关性的分析文章，阐述了雷暴数与太阳耀斑及太阳黑子的变化关系。

关键词：大气电场雷暴天气太阳活动引言太阳是一颗典型的恒星，具有普遍的天体物理过程。

大量观测事实表明，太阳除了稳定和均匀的辐射过程外，还会发生一些存在时间相对比较短暂的事件，例如，黑子、质子和耀斑事件等时间尺度较大的变化。

通常把太阳上所有这些在时间和空间上局部的变化活动、变化现象及其表现出的各种辐射怎讲，统称为太阳活动［1］。

雷电是一种复杂的大气现象，因为它是雷暴天气最基本的特征，它的变化一定程度上反映了雷暴天气的活动规律［2］。

雷电是由积雨云中“温差起电”以及其它起电作用所产生的。

雷电灾害是严重的气象灾害之一，所造成的灾害是多方面的［3］。

比如，雷击可引发森林火灾，给供电设施、高技术电器设备造成严重破坏以致威胁人畜生命安全，造成巨大的经济损失，影响社会生活。

由于一些问题与雷暴天气条件下雷电活动直接相关且它作为全球气候变化的影响因子之一，因此从天气角度出发对其活动的气候特征进行研究是必要的。

一、太阳耀斑和雷暴天气目前大多数研究者认为，太阳活动影响短期天气变化最可能的途径是通过调制大气电环境来实现的［4,5,］。

太阳耀斑是最为激烈的一种太阳活动, 它持续的时间可以从几分钟到数小时, 与其伴随的X射线及反常的紫外辐射可在8min之内到达地球；相伴的高能质子流也可能在1h-2h后达到地球，且持续数小时到数天，它在地球空间可产生宇宙线福布希下降和GLE事件。

研究表明，耀斑爆发及其班队事件均对地球点环境产生明显的影响［6］，并通过磁层-电离层-中性大气层的耦合作用影响大气气场，再通过云中电性质的改变影响云的微物理结构［7］，并直接产生动力作用［7,8,9］，从而影响雷雨云的发展，造成短期天气变化。

许多研究人员针对这一问题，做了大量有关太阳耀斑与地球雷暴活动间的相关统计工作。

郭昌明，刘欣生等，黄更生，刘小宁等，付元芬，黄寅亮等对我国一些地区雷暴活动对耀斑爆发的响应［8,9］。

结果表明，耀斑爆发对这些地区内耀斑爆发后雷暴活动减弱。

它们分别位于东北三江平原、黄河上游、华北中部及渤海湾地区。

这是目前盛行理论，难以解释的［6,10,11］。

图1 河北中部小区闪电次数对2级以上耀斑的响应京津冀地区，1989年-1994年间夏季前后用闪电定位系统进行了27个月的闪电观测，所得到的闪电数据是截止今日在我国最为精确的，它所覆盖的区域恰好在上述负响应区的华北中部及渤海地区之内。

从1971-1980年间我国标准气象站雷暴记录对耀斑的响应，它处于低20-21太阳活动峰年期间。

通过统计分析得到在河北中西部及渤海湾地区存在明显的负响应区［12］。

从而进一步说明，太阳耀斑爆发使得这两个地区雷暴活动减弱的现象很可能是稳定的客观事实。

我国雷暴对太阳耀斑的响应在明显成片出现的正负响应区。

而且这种响应在一些地区明显依赖于太阳耀斑所在日面位置的东西不对称性，雷暴活动对宇宙线的福尔希下降的响应也存在明显成片出现的正负响应区。

二、太阳3级耀斑和大气电场的关系图2为北京市大气平均电场强度相对于3级耀斑爆发日的时序迭加曲线。

选用的是1979-1982年期间共25次3级耀斑和1986年2月4日一次特大4级耀斑和相应的电场强度资料。

由图可见，无论对于3级或是4级耀斑，最大相关日都为+2日，只是4级耀斑的影响更大，增长百分比为61%，而3级耀斑仅为10%。

耀斑强度越强，所导致电场强度的响应变化也大［13］。

图2 北京地区大气电场对3级耀斑爆发时序迭加曲线三太阳黑子数和雷暴活动关系我们以1976年-1985年一个完整的太阳黑子周期为准，统计分析太阳黑子数和漠河、海口、当雄以及宁国4个台站雷暴活动的相关性。

一种是以月平均作为统计单位，每月雷暴频数或持续时间以11年中月平均值作为单位。

分析表明，对于以月平均值为单位，4个站在11年时间序列中和太阳黑子数无任何联系。

为进一步考察，又分别统计和分析了高年和低年的情况，高年期间，黑字数9月份出现峰值，低年5月份出现峰值。

而雷暴活动无任何响应变化，其年变化无论是高年、低年或者整个太阳黑子周期内都相同，没有任何联系［14］。

对于以年平均为单位，4个站的相关性也都是很微弱，漠河、海口、宁国和当雄的相关系数为+0.04，+0.05，-0.14，-0.09（雷暴数和雷暴持数时间的结果相同）。

高纬度和低纬度地区是很弱的正相关，中纬度地区是负相关，其相关性比高、低纬度地区略强些，尤其是中纬度平原地区［15］。

四太阳活动对雷暴天气影响的大气电理论分析从上述资料分析可知，太阳活动可以引起全球大气电参量的变化，这种大气电效应主要是通过改变大气电离即大气电导率的分布来实现。

在全球范围内，太阳活动主要是增强行星际磁场和地球磁场，从而对来自银河系进入地球大气的宇宙射线进行调制。

一次强烈的太阳耀斑爆发会导致全球宇宙射线强度显著减少（称Forbush减小），地面减小30%-50%，在10-15km高度处可减小40-70%［16］。

太阳耀斑除了对宇宙射线强度进行调制以外，它所喷射的高能带电粒子流还能进入地球高纬度地区，且随着耀斑强度增大而向中低纬度地区移动，影响高中层大气电离［17］。

因此，在低纬度地区，太阳耀斑主要通过Forbush减小来影响全球电参量，而高纬度地区主要是通过耀斑所喷射的高能粒子流增大了中层大气电导率来改变雷暴发展的电环境，显然后者比前者强得多。

因此，耀斑对高纬度雷暴影响比低纬度的强。

另外，由资料的统计分析可知，雷暴活动的增强是大气电场增长的结果，耀斑爆发所引起的Forbush减小和中层大气电导率增加可使中层气-地电流和地面晴天电场强度增大越50%左右。

近代研究发现，雷暴中强烈的电活动可以产生和动力涡度相比拟的电涡度，而涡度和上升运动之间存在很强的正反馈，因此雷暴中电活动的加强无疑能促进雷暴的动力发展［18］。

最后，本文浅显讨论了太阳活动与雷暴天气之间的关系，主要是从太阳耀斑，太阳黑子等主要太阳活动入手，也介绍了一种大气电的理论试图用来分析太阳活动和雷暴天气之间的关系。

五、主要参考文献［1］林章元．太阳物理导论［M］．北京：科学出版社．2000。

7-8［2］张敏锋，冯霞．我国雷暴天气的气候特征［J］．热带气象学报．1998，（14）:156-163［3］吴恒强．广西雷暴活动特点分析［J］．热带地理．2004，（24）：123-128［4］Herman J R,Goldberg A．太阳、天气、气候（中译本）［M］．北京：气象出版社，1982［5］Eddy J A.Solar Variability,Weather and Climate．［M］．Washington,D,C:National Academy Press,1982［6］Mc Comac, B. M(ed), Weather and Climate Responses to Solar［C］．Danve: Variations, Colorado Associated University Press, 1983.［7］梅森 B J．云物理学（中译本）［M］．北京：科学出版社，1978［8］黄寅亮，黄更生．云中电荷对大气水平散度产生率的影响［J］．科学通报．1984，（22：1380［9］黄寅亮，陈济民，黄更生，不同发展阶段雷暴云中电荷静电力散度分布及其动力作用［J］．地球物理学报．1986，29，520［10］Markson R. Tropical convection ionospheric potentiaes ane globle circuit variation [J],Nat,1986,320-588［11］Hays P B, Roble R G. A guasi static model of globle Atmospheric electricity 1[J]. The lower Atmosphere,J.Geophys.Res.1979,84:3291.［12］付元芬，李双喜，黄寅亮等，京津冀地区闪电计数对太阳耀斑爆发的响应［J］．天津理工学院学报．2000，（16）：1-4［13］言穆弘，申巧南，周春科等，我国部分地区雷暴活动、大气电场等与太阳活动的关系［J］．高原气象，（07）：156-166［14］庄洪春，吕锡从．北京和东北地区雷暴与太阳活动的关系［J］．空间科学学报．1986，（06）:52-59［15］言穆弘，葛正谟，雷雨云极化降水起电机制的一种计算［J］．高原气象．1983，（03）：26-39［16］Herman J R,Goldberg A．Initiation of non-tropical thunderstorms by solar activity.J.Atoms.Terr.Phys,1978;40:121-134［17］Markson R.Solar modulation of atmospheric electrication and possible implication for the sun-weather relationship.Nature,1978,273-103［18］徐文俊，风流垂直切边环境中对流运动和水平涡度的数值研究[J]，高原气象，1982（01）：43-52。