中央大學揭電離層「飽和效應」 有助提升GPS可靠性

記者黃朝琴／綜合報導

中央大學和日本京都大學合作分析全球電離層觀測資料，證實電離層對太陽活動存在「飽和效應」，有助提升GPS、衛星通訊、航空導航的可靠性，成果論文近期發表於國際期刊Geoscience Letters（地球科學通訊），獲得學界重視。

「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，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，呈現「飽和效應」。中大今（20）日表示，太空科學與工程系講座教授劉正彥、統計所教授陳玉英、京都大學博士黃俊雁等人組成研究團隊，使用1999年至2024年的全球電離層圖資料，分析地球上空的總電子含量，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」。

研究發現，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。在低緯度地區，特別是磁赤道（指地球表面上，地磁場方向完全水平的各個點所連成的曲線）附近，春分與秋分季節較容易出現飽和。在夏季半球（因地軸傾斜，正朝向太陽的北半球或南半球，即正經歷夏季），中高緯度地區也會出現明顯的飽和特徵。這些現象與赤道電離層異常、威德爾海異常、雅庫茨克異常等已知電離層結構有關。

團隊指出，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。這項研究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。科學家未來可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（全球定位系統）、衛星通訊與航空導航的可靠性。