中央氣象署太空天氣作業辦公室

中央氣象署在今(2024)年5月10日所發布的磁暴特報後，實際發生的磁暴(地磁擾動)規模到底有多大呢？科學家為了想要量化地球磁場擾動的等級，利用13個位在高緯度的地球磁場觀測站，紀錄各個測站地球磁場的變化量後，統合成一個全球性的Kp指數。指數的最小值為0、最大值為9，區分的範圍從0、0+、1-、1、1+、……、8、8+、9-、9。而當Kp指數達到5-以上時，就表示此時的地球磁場擾亂相當嚴重，便判定為磁暴(Geomagnetic Storm)發生。以5月的事件為例，除了是太陽活動週期第25週期以來，第一個Kp數值達到9的劇烈磁暴事件外，磁暴持續時間也長達39個小時。回顧過去20多年來的紀錄，要能夠持續如此長時間的磁暴事件，當屬太陽活動第23週期，發生在2003年10月29日的萬聖節磁暴事件，這起事件可是持續了60小時之久。在這兩次的磁暴事件中，雖然仍有Kp指數達到8或9的事件，但持續時間都相當的短暫，僅僅只有1至3個小時。

不過，單單用Kp指數來衡量磁暴的強度，就會發現因為指數的等級最大值為9，因此如果地磁擾動的變化量超過原本所設定的最大值時，數值就只會達到9也不會再有更大的數值。因此，歷史上留名的所有劇烈磁暴事件如果攤開來看，所有的Kp指數都是9，自然也就沒有辦法很明確區分各個磁暴事件的強度。

於是，還有另外一種可以用來評估磁暴等級的監測指數，也稱為地磁擾動(Disturbance Storm Time, Dst)指數。前面提到的Kp指數是將地球磁場的變化減去背景值後分成9個等級，而Dst指數則是改用接近地磁赤道的4個磁力站，將水平方向的磁場強度減去寧靜時刻的背景值之後，就可以得到地球磁場的擾動數值。在沒有磁暴事件發生時，數值就會接近0。以臺灣為例，透過中央氣象署地震測報中心的磁力儀所觀測到的臺灣地磁強度，整體43,000至45,000nT左右，且強度由北向南遞減。當觀測的地磁強度扣除背景值後，雖然沒有磁暴事件的影響，但仍然會有一些自然環境的擾動，所以就會呈現數值在0值微幅變動。當地磁擾動發生之後，地球磁層內的電流系統也會受到影響，造成磁力計所記錄的磁場強度下降，因此就會看到擾動指數往負值走，數值愈小就表示磁暴事件的強度愈強。 

同樣來對比前面提到的兩個磁暴事件，今(2024)年母親節磁暴的Dst最小值為-412nT，而2003年的萬聖節磁暴則是-383nT。雖然持續的時間沒有2003年來的久，但從Kp指數持續在9的時間或是Dst指數的數值來看，這次的磁暴事件可能更勝萬聖節磁暴。而氣象署的臺灣地磁擾動數值(Taiwan disturbance index, TWDI)在這次的事件中，記錄到的最小值則是-485.39nT，與全球多個測站整合的Dst指數變化相比又更為劇烈一些。可惜的是，氣象署的地磁資料只從2012年開始，所以無從得知2003年的變化情況。

雖然中央氣象署的地磁資料從2012年才開始，但其實早期在桃園崙坪便有電信總局設置的地球磁場觀測設備。前幾年在國家通訊傳播委員會的協助之下，將這批觀測資料轉移給中央氣象署並且逐步進行歷史資料數位化的工作。留下來的紀錄紙中，正好有著1989年3月份的觀測資料，也得以重現臺灣在3月12日至13日期間，因魁北克磁暴事件所造成的磁場變化。記錄紙上紅線的部分是地磁場X軸的方向，黑線是Y軸方向，而綠線則是Z軸方向。圖上顯示當磁暴發生後，地球磁場有明顯的擾動訊號，而且X軸方向的數值下降幅度更是超過紀錄紙的範圍。

若是從當年所留下來的紙本數據，取出每個小時的地磁數據資料後，重新計算出TWDI數值並與相同時段下的國際資料比對。1989年魁北克磁暴事件，當時的Dst指數下降到-589nT，臺灣的紀錄則是下降到-571.70nT。從這兩個磁暴的個案可以發現，雖然磁暴發生時所產生的極光現象多在中、高緯度地區，但實際的影響可以說是全球有感。即便臺灣所在的緯度或地磁緯度不算高，但是都能夠把顯著的地球磁場變化記錄下來，這也正是中央氣象署需要發布地磁特報的原因。

最後藉由美國國家海洋暨大氣總署太空天氣預報中心(NOAA/SWPC)所提供的圖卡來回顧歷史上的大事件，除了前面提過的2003年萬聖節磁暴、1989年魁北克磁暴事件外，還有1921年5月的事件以及赫赫有名的1859年9月卡靈頓事件。從圖卡中可以看到發生在1921年和1859年的兩次事件，地磁擾動指數有出現了驚人的負值。因此，雖然這一次的磁暴事件稱得上是20年來最強一次，但從歷史紀錄來看還是得要提防更為劇烈的事件發生。

隨著太陽活動逐漸接近太陽活動極大期，相信近期的太空環境將變得更加不穩定，不僅隨時有可能再有X級的太陽閃焰發生，也可能伴隨發生日冕物質拋射事件，進而產生磁暴事件。同時，未來的這兩年都是屬於太陽活躍期，也逐漸接近這一個太陽活動週期的極大期，太空天氣事件發生的次數或規模都有可能會更加頻繁或更加劇烈。想要知道更多有關太空天氣的訊息或是否會發佈特報，請鎖定中央氣象署的太空天氣資訊。