挑戰傳統認知！中央大學與京都大學揭開電離層「飽和效應」全球樣貌

(中央社訊息服務20261020 15:14:19) 中央大學太空系講座教授劉正彥（左）與統計所陳玉英教授（右）合作，揭開電離層「飽和效應」全球樣貌，成果刊載在國際期刊《Geoscience Letters》。陳如枝攝 「太陽愈強，電離層就愈活躍」一直是許多人對太空天氣的直觀印象，但最新研究發現並非如此。中央大學太空系講座教授劉正彥、統計所陳玉英教授與京都大學博士黃俊雁合作，透過分析25年全球電離層觀測資料，首次證實電離層對太陽活動存在「飽和效應」，即當太陽活動增強至一定程度後，電離層電子含量不再等比例增加，而會逐漸趨於平緩，研究成果刊登於國際期刊《Geoscience Letters》。 研究團隊使用1999年至2024年、超過20年的全球電離層圖資料，分析地球上空的總電子含量，即GPS訊號穿過電離層時會遇到的電子數量。團隊並結合經驗模態分解與兩段式迴歸方法，從長期資料中找出電離層何時開始從「隨太陽活動增加」轉為「逐漸飽和」。 結果發現，飽和效應不是只出現在某一個地區，而是一種具有全球性的電離層現象，但它出現的位置與時間並不平均。低緯度地區，特別是磁赤道附近，在春分與秋分季節較容易出現飽和；而在夏季半球，中高緯度地區也會出現明顯的飽和特徵。研究也指出，這些現象與赤道電離層異常、威德爾海異常，以及雅庫茨克異常等已知電離層結構有關。 這項發現的重要性在於，提醒科學家電離層不是一個只受太陽照射強弱控制的簡單系統。除太陽極紫外線帶來的電離作用之外，高空大氣中的中性風、氧與氮分子的比例，以及電漿沿磁力線的移動，都可能影響電離層是否進入飽和狀態。也就是說，太陽很重要，但不是唯一的控制因素。 研究團隊指出，了解飽和效應有助於改善電離層模型與太空天氣預報，尤其在太陽活動高峰期，若模型仍假設「太陽越強，電離層就等比例變強」，可能會高估或誤判電離層的實際變化。透過這項研究，科學家可以更精準掌握高太陽活動期間電離層的全球反應，進一步提升GPS定位、衛星通訊與航空導航的可靠性。 這項研究也延續台灣在電離層與太空天氣研究上的長期優勢。從過去觀測磁暴期間的電漿密度空洞，到這次建立全球飽和效應的長期統計圖像，研究團隊逐步揭開地球高空電漿環境如何受到太陽活動影響，並為未來太空天氣監測與預警技術奠定基礎。 電離層「飽和效應」示意圖，太陽愈強，電離層不一定等比例變強。圖劉正彥教授提供

中央大學太空系講座教授劉正彥（左）與統計所陳玉英教授（右）合作，揭開電離層「飽和效應」全球樣貌，成果刊載在國際期刊《Geoscience Letters》。陳如枝攝

「太陽愈強，電離層就愈活躍」一直是許多人對太空天氣的直觀印象，但最新研究發現並非如此。中央大學太空系講座教授劉正彥、統計所陳玉英教授與京都大學博士黃俊雁合作，透過分析25年全球電離層觀測資料，首次證實電離層對太陽活動存在「飽和效應」，即當太陽活動增強至一定程度後，電離層電子含量不再等比例增加，而會逐漸趨於平緩，研究成果刊登於國際期刊《Geoscience Letters》。

研究團隊使用1999年至2024年、超過20年的全球電離層圖資料，分析地球上空的總電子含量，即GPS訊號穿過電離層時會遇到的電子數量。團隊並結合經驗模態分解與兩段式迴歸方法，從長期資料中找出電離層何時開始從「隨太陽活動增加」轉為「逐漸飽和」。

結果發現，飽和效應不是只出現在某一個地區，而是一種具有全球性的電離層現象，但它出現的位置與時間並不平均。低緯度地區，特別是磁赤道附近，在春分與秋分季節較容易出現飽和；而在夏季半球，中高緯度地區也會出現明顯的飽和特徵。研究也指出，這些現象與赤道電離層異常、威德爾海異常，以及雅庫茨克異常等已知電離層結構有關。

這項發現的重要性在於，提醒科學家電離層不是一個只受太陽照射強弱控制的簡單系統。除太陽極紫外線帶來的電離作用之外，高空大氣中的中性風、氧與氮分子的比例，以及電漿沿磁力線的移動，都可能影響電離層是否進入飽和狀態。也就是說，太陽很重要，但不是唯一的控制因素。

研究團隊指出，了解飽和效應有助於改善電離層模型與太空天氣預報，尤其在太陽活動高峰期，若模型仍假設「太陽越強，電離層就等比例變強」，可能會高估或誤判電離層的實際變化。透過這項研究，科學家可以更精準掌握高太陽活動期間電離層的全球反應，進一步提升GPS定位、衛星通訊與航空導航的可靠性。

這項研究也延續台灣在電離層與太空天氣研究上的長期優勢。從過去觀測磁暴期間的電漿密度空洞，到這次建立全球飽和效應的長期統計圖像，研究團隊逐步揭開地球高空電漿環境如何受到太陽活動影響，並為未來太空天氣監測與預警技術奠定基礎。

電離層「飽和效應」示意圖，太陽愈強，電離層不一定等比例變強。圖劉正彥教授提供