[週日閱讀科學大師-2021.11.21]太空也要天氣預報?

電離層位於距地表高度大約90公里到1000公里處，因其導電的特性，在早期衛星通訊技術尚未發展成熟之前，電離層廣泛被用來當做高頻(high frequency, HF)短波通訊的天然導波介質以達到越洋通訊的目的。

現今衛星通訊是利用人造衛星發射無線電訊號給地表或近地球軌道的衛星(Low Earth Orbit, LEO)來進行訊息的傳播與定位服務，因為無線電訊號在通過電離層時，會受到電離層帶電粒子的干擾，而造成信號衰減以至於通訊不良的情況發生。

當電離層發生更劇烈的擾動時(例如磁暴geomagnetic storm，電漿泡plasma bubble的發生)，甚至會造成通訊中斷與無法定位的情形，而這也是目前在衛星通訊上所遇到最大的困難之一。

隨著人類對於科技越來越依賴，如同天氣一樣，電離層對於我們日常生活的影響比起早期來說，近年越來越受到重視。電離層中的電漿會受到太陽活動與低層大氣作用的影響而產生許多不規則或是擾動的現象，因此將整個現象影響的範圍稱之為「太空天氣(Space Weather)」。

近年自動駕駛車輛(自駕車)的發展越來越快速，自駕車上搭載了許多幫助判斷行車資訊與提供行車安全的設備，其中最重要的是衛星導航系統。受到電離層變化的影響，GPS訊號會產生路徑偏折以及訊號衰減甚至是訊號消失，導致定位誤判到達10公尺~100公尺，就像是汽車行駛在中山高速公路上面但是導航卻誤判行駛在五楊高架橋上，這對於自駕車來說是很嚴重的(無法正確掌握自身的位置並造成航線規劃錯誤)。

為了避免與修正電離層對於民生造成的影響，詳細的電離層觀測與太空天氣研究是不可以被忽視的。講者近年與美國國家大氣研究中心等單位合作，結合全球地面GPS接收機觀測之電離層全電子含量(total electron content, TEC)與我國福爾摩沙衛星任務(福衛一號、二號、三號、五號與七號)之觀測資料，以及熱氣層-電離層耦合環流電動模式(TIEGCM)，發展一套即時太空天氣監測與預報系統，用以研究並預測電離層電漿擾動變化的情形與其背後的物理機制。

本次演講內容含蓋電離層簡介、電離層的重要性與應用、太空天氣預報系統的發展與目前最新研究介紹。