地球科学进展

地球科学进展 ›› 2026, Vol. 41 ›› Issue (4): 360 -376. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2026.027   cstr: 32269.14.adearth.CN62-1091/P.2026.027

综述与评述 上一篇    下一篇

宇宙射线影响大气成分的研究进展
杨好1(), 曲奕川1, 王体健1(), 古娇宇2, 王勤耕3, 王婷婷4, Kilifarska-Nedialkova Natalya Andreeva5   
  1. 1.南京大学 大气科学学院，江苏 南京 210023
    2.南京大学 南京赫尔辛基大气与地球系统科学学院，江苏 南京 210023
    3.南京大学 环境学院，江苏 南京 210023
    4.南京工业大学 国家大学科技园，江苏 南京 211816
    5.保加利亚科学院 气候、大气和水文研究所，索非亚 1113，保加利亚
  • 收稿日期:2025-12-23 修回日期:2026-03-11 出版日期:2026-04-10
  • 通讯作者: 王体健 E-mail:502024280041@smail.nju.edu.cn;yhao@smail.nju.edu.cn;tjwang@nju.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金面上项目(42477103);国家重点研发计划项目(2024YFC3711905)

Research Progress of Cosmic Rays on Atmospheric Composition

Hao Yang1(), Yichuan Qu1, Tijian Wang1(), Jiaoyu Gu2, Qingeng Wang3, Tingting Wang4, Natalya Andreeva Kilifarska-Nedialkova5   

  1. 1.School of Atmospheric Sciences, Nanjing University, Nanjing 210023, China
    2.Nanjing -Helsinki Institute, Nanjing University, Nanjing 210023, China
    3.School of Environment, Nanjing University, Nanjing 210023, China
    4.National Science Park, Nanjing Tech University, Nanjing 211816, China
    5.Climate Atmosphere and Water Research Institute, Bulgarian Academy of Sciences, Sofia 1113, Bulgaria
  • Received:2025-12-23 Revised:2026-03-11 Online:2026-04-10 Published:2026-06-09
  • Contact: Tijian Wang E-mail:502024280041@smail.nju.edu.cn;yhao@smail.nju.edu.cn;tjwang@nju.edu.cn
  • About author:Yang Hao, research areas include the interaction between cosmic rays and atmospheric constituents. E-mail: 502024280041@smail.nju.edu.cn
  • Supported by:
    the National Natural Science Foundation of China(42477103);The National Key Research and Development Program of China(2024YFC3711905)
全文 ( 38 ) 下载PDF ( 138 )

宇宙射线作为来自宇宙空间的高能带电粒子，持续轰击地球大气层，是影响地球大气的自然强迫之一，其通量受太阳活动、行星际磁场和地磁场的共同调制。宇宙射线携带的高能粒子电离大气，并通过离子—分子化学过程改变上对流层—下平流层区域臭氧和水汽的浓度水平和垂直结构，进而可能在长时间尺度上影响地球大气成分和气候演变。围绕宇宙射线影响大气成分的研究进展，从大气电离与电导率特征、氮氧化物与自由基生成机制、臭氧响应特征以及水汽反馈路径4个方面进行综述。已有研究表明，宇宙射线可通过诱发大气电离生成NO x 和HO x 等活性物种，对平流层和对流层臭氧产生相反的区域差异效应，并可能通过调节温度垂直结构和云微物理过程间接影响水汽分布。不过，当前对于宇宙射线影响大气成分的定量评估仍存在较大不确定性，相关模式对关键过程的刻画也有待完善。基于此，建议未来应重点加强“宇宙射线—臭氧/水汽—气候”多过程耦合机制的定量研究，并发展更精细的离子化学动力学方案和高分辨率气候化学模拟，以加深对宇宙射线这一自然强迫因子在大气成分变化中作用的系统认识。

关键词: 宇宙射线, 臭氧, 水汽, 上对流层—下平流层, 气候—化学耦合模式

As high-energy charged particles from space, cosmic rays continue to bombard Earth’s atmosphere, which is one of the natural forcings affecting the atmosphere. Their flux is modulated by solar activity, the interplanetary magnetic field, and the geomagnetic field. High-energy particles carried by cosmic rays ionize the atmosphere and alter the horizontal and vertical structure of ozone and water vapor concentrations in the Upper Troposphere-Lower Stratosphere (UTLS) region through ion-molecular chemical processes, which may affect atmospheric composition and climate evolution on long time scales. In this paper, the research progress on the influence of cosmic rays on atmospheric composition is reviewed from four aspects: atmospheric ionization and conductivity characteristics, nitrogen oxide and free radical formation mechanisms, ozone response characteristics, and water vapor feedback pathways. Previous studies have shown that cosmic rays can generate active species such as NO x and HO x by inducing atmospheric ionization, produce opposite regional differences in stratospheric and tropospheric ozone, and may indirectly affect water vapor distribution by adjusting the vertical temperature structure and cloud microphysical processes. However, there remains significant uncertainty in the quantitative assessment of the impact of cosmic rays on atmospheric composition, and the characterization of key processes in relevant models needs improvement. Based on this, future research directions are outlined. Quantitative research on the multi-process coupling mechanism of “cosmic ray-ozone/water vapor-climate” should be strengthened, and more detailed ion chemical kinetics schemes and high-resolution climate-chemical simulations should be developed to deepen the systematic understanding of the role of cosmic rays as a natural forcing factor in changes in atmospheric composition.

Key words: Cosmic ray, Ozone, Water vapor, Upper Troposphere and Lower Stratosphere (UTLS), Coupled climatic-chemical model

中图分类号: 

图1 1981—2023年Lomnický štít中子监测资料及F10.7和Dst指数的长期变化特征［23］
（a）气压校正后的相对中子计数时间序列，并叠加多项式拟合，用来展示其长期变化趋势；（b）F10.7太阳射电通量指数；（c）Dst地磁活动指数。各变量右侧为对应的概率分布直方图。
Fig. 1 Neutron monitoring data from Lomnický štít and long-term trends in the F10.7 and Dst indices during 1981-2023［23］
（a） The relative neutron count time series after pressure correction is superimposed with polynomial fitting to show its long-term trend； （b） F10.7 solar radio flux index； （c） Dst geomagnetic activity index. The corresponding probability distribution histograms are shown on the right side of each variable.
图2 宇宙射线驱动大气电离、影响大气成分和地球气候的关键过程示意图
初级宇宙射线进入大气后会触发大气级联簇射，引起大气电离，影响NO x 和HO x 等活性物种的生成，这些过程会改变臭氧的化学平衡，同时也通过改变云微物理过程，进一步影响地球气候变化。
Fig. 2 Schematic diagram of key processes by which cosmic rays drive atmospheric ionization and influence atmospheric composition and climate
After primary cosmic rays enter the atmosphere， they will trigger atmospheric cascade showers， cause atmospheric ionization， and affect the formation of active species （NO x and HO x ）. These processes will change the chemical balance of ozone and further affect the Earth’s climate by changing cloud microphysical processes.
图3 广延大气簇射（EAS）简化模型
（a）粒子级联簇射的发展过程，显示粒子数逐级倍增的特征；（b）簇射纵向廓线直方图，表现簇射粒子数随大气深度的变化。Xmax是宇宙射线簇射在大气中粒子数或能量沉积达到最大值时所对应的大气深度，单位为g/cm2。Eparticle为级联过程中单个粒子的能量，Ecritical为临界能量。
Fig. 3 Simplified model of an Extensive Air Shower （EAS）
（a） The development process of a particle cascade shower， showing the characteristics of particle number increasing step by step； （b） The longitudinal profile histogram of the shower， which shows the change in the number of shower particles with the atmospheric depth. Xmax is the atmospheric depth corresponding to the maximum number of particles or energy deposition of cosmic ray showers in the atmosphere， and the unit is g/cm2. Eparticle denotes the energy of an individual cascade particle， while Ecritical denotes the critical energy.
图4 FD事件期间AZO（Azores）站与STU（Studenec）站近地面垂直大气电场的变化［50］
纵轴以各自站点的平均垂直大气电场值进行归一化；Ez 为近地面垂直大气电场。粉色阴影表示2017年9月该站其他晴天条件下的四分位范围，作为背景参考。
Fig. 4 Variations in the near-surface vertical atmospheric electric field at the AZO （Azores） and STU （Studenec） stations during the FD event［50］
The vertical axis is normalized by the average vertical atmospheric electric field value of each station. Ez ： Vertical atmospheric electric field. The pink shadow represents the quartile range of the station under other sunny conditions in September 2017 as a background reference.
图5 太阳爆发期间宇宙射线变化对全球大气电路的调制机制示意图［50］
（a）正常条件下的全球电路结构；（b）CME事件期间磁云与激波阻挡宇宙射线后导致近地面垂直大气电场（Ez ）减弱的情形。
Fig. 5 The schematic diagram of the modulation mechanism of cosmic ray changes on the global atmospheric circuit during the solar eruption［50］
（a） The structure of the global electric circuit under normal conditions； （b） Depicts the weakened vertical atmospheric electric field （Ez ）resulting from the suppression of cosmic rays by the magnetic cloud and shock associated with a CME event.
图6 2015年单位大气深度内的离子对产生率空间分布［2］
横坐标为地磁纬度λgeom，纵坐标为以g/cm2为单位的大气深度h的常用对数，即lg（h）。在极区（高λgeom）内，由于地磁屏蔽最弱，低能宇宙射线亦可进入大气，高层（h < 50 g/cm2）直接电离贡献显著；CRII在50~100 g/cm2深度内出现峰值。
Fig. 6 Spatial distribution of the ion-pair production rate per unit atmospheric depth in 2015［2］
The horizontal axis denotes the geomagnetic latitude λgeom， and the vertical axis denotes the common logarithm of atmospheric depth h expressed in g/cm2， i.e.， lg（h）. In the polar region （high λgeom）， due to the weakest geomagnetic shielding， low-energy cosmic rays can also enter the atmosphere， and the direct ionization contribution of high-level （h < 50 g/cm2） is significant. CRII peaks at a depth of 50~100 g/cm2.
图7 强粒子事件诱导离子化学对类地大气关键成分的垂直响应［36］
各子图表示“考虑离子化学—不考虑离子化学”情景下的体积分数差值。（a）H2O减少；（b）HO x 增加；（c）OH增加；（d）CH4减少；（e）NO x 增加；（f）臭氧在200~0.01 hPa呈现分层的增加或减少。
Fig. 7 The vertical response of strong-particle-events-induced ion chemistry to the key components of the Earth-like planetary atmosphere［36］
Each panel represents the volume fraction difference under the scenario of considering ion chemistry-not considering ion chemistry. （a） H2O reduction； （b） Increase in HO x； （c） Increase in OH； （d） CH4 reduction； （e） Increase in NO x； （f） O3 shows a layered increase or decrease at 200~0.01 hPa.
图8 2009年（宇宙射线极大年）银河宇宙射线引起地球大气年平均NO x 和臭氧变化的空间分布［66］
左列为SD-WACCM，右列为GSFC 2-D模式结果。（a）和（b）NO x 变化；（c）和（d）臭氧变化。
Fig. 8 Spatial distribution of the annual mean changes in NO x and ozone in Earth atmosphere induced by Galactic Cosmic Ray （GCR） during 2009 （a year of high cosmic-ray intensity）［66］
The left column shows results from SD-WACCM， and the right column shows results from the GSFC 2-D model. （a） and （b） NO x changes； （c） and （d） O3 changes.
表1 不同模式对宇宙射线影响地球大气成分的模拟对比
Table 1 Simulation comparison of different models on the influence of cosmic ray on the Earth’s atmospheric composition
模型类型模型名称NO x 变化特征HO x 变化特征臭氧变化特征
一维光化学模型［70］

低平流层：↑，约2%

对流层：↑，约4.5%

—

低平流层：↓，约0.5%

对流层：↑，约0.6%

光化学模型［65］

低平流层：↑，约14%

对流层：↑，约3%

低平流层：↓，约25%

对流层：无明显变化

20~50 km：↓，约2.5%

0~20 km：↑，约1.5%

二维*GSFC 2D （Goddard Space Flight Center ）［6］——臭氧柱总量：↓，约26%
GSFC 2D （Goddard Space Flight Center）［66］

低平流层：↑，约6%

对流层：↑，约15%

—

低平流层：↓，约0.2%

对流层：↑，约1%

三维CMAM （Canadian Middle Atmosphere Model）［35］

低平流层：↑，约10%

对流层：↑，约40%

30 km以下：↓

低平流层：↓，约1%

对流层：↑，约15%

SOCOL （SOlar Climate Ozone Links）［18］

平流层：↑，约4%

对流层：↑，约20%

平流层：↓，约3%

对流层：↓，约3%

平流层：↓，约3%

对流层：↑，约3%

SD-WACCM （The Specified Dynamics version of the Whole Atmosphere Community Climate Model）［66］

低平流层：↑，约4%

对流层：↑，约15%（低纬地区转为负效应）

低平流层：↓，约4%

对流层：↓，约2%

低平流层：↓，约0.5%

对流层：↑，约2%（低纬地区转为负效应）

SOCOL （SOlar Climate Ozone Links）［34］对流层：↑，约20%—对流层：↑，约1.5%
图9 1978—2002年基于SOCOL模式的宇宙射线对NO x 、HO x 和臭氧年平均纬向分布的影响［18］
阴影表示95%显著性。
Fig. 9 Annual zonal-mean effects of cosmic rays on NO x， HO x， and O3 during 1978-2002 simulated by the SOCOL model［18］
Shading indicates the 95% significance level.
图10 1900—2010年宇宙射线与70 hPa臭氧体积混合比的相关系数及其气候态［78］
（a）和（c）北半球和南半球的相关系数分布；（b）和（d）为臭氧响应GCR的时间滞后。
Fig. 10 The correlation coefficient between cosmic ray and 70 hPa ozone volume mixing ratio and its climatological state from 1900 to 2010［78］
（a） and （c） The correlation patterns for the Northern and Southern Hemispheres， respectively；（b） and （d） The time lag of the O3 response to GCR.
[1] Wang Dexin， Zhang Rui， Yu Dekang， et al. Observation and research on cosmic ray muons and solar modulation effect based on plastic scintillator detector［J］. Acta Physica Sinica， 2025， 74（5）： 262-269.
王德鑫， 张蕊， 尉德康， 等. 基于塑料闪烁体探测器的宇宙线缪子与太阳调制效应观测［J］. 物理学报， 2025， 74（5）： 262-269.
[2] Usoskin I G， Kovaltsov G A， Mishev A L. Updated model of cosmic-ray-induced ionization in the atmosphere （CRAC： CRII_v3）： improved yield function and lookup tables［J］. Journal of Space Weather and Space Climate， 2024， 14： 20.
[3] Velinov P， Asenovski S， Mateev L. Improved Cosmic Ray Spectrum and Intensity in Middle Atmosphere （CORSIMA） model considering six characteristic energy intervals［J］. Proceedings of the Bulgarian Academy of Sciences， 2022， 75（8）： 1 165-1 174.
[4] Feng Lei. Cosmic ray-driven bioenergetics for life in molecular clouds［J］. Acta Astronomica Sinica， 2024， 65（6）： 26-31.
冯磊. 宇宙射线驱动的生物能量学机制［J］. 天文学报， 2024， 65（6）： 26-31.
[5] Marsh N D， Svensmark H. Low cloud properties influenced by cosmic rays［J］. Physical Review Letters， 2000， 85（23）： 5 004-5 007.
[6] Thomas B C. Photobiological effects at Earth’s surface following a 50 pc supernova［J］. Astrobiology， 2018， 18（5）： 481-490.
[7] Bazilevskaya G A， Krainev M B， Makhmutov V S. Effects of cosmic rays on the Earth’s environment［J］. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics， 2000， 62（17/18）： 1 577-1 586.
[8] Gurevich A V， Zybin K P. Runaway breakdown and the mysteries of lightning［J］. Physics Today， 2005， 58（5）： 37-43.
[9] Kjellgren K， Girichidis P， Göller J， et al. The dynamical impact of cosmic rays in the Rhea magnetohydrodynamic simulations［J］. Astronomy & Astrophysics， 2025， 700： A124.
[10] Mason N J， Nair B， Jheeta S， et al. Electron induced chemistry： a new frontier in astrochemistry［J］. Faraday Discuss， 2014， 168： 235-247.
[11] Belen B. Analysis of relations between solar activity， cosmic rays and the Earth climate using machine learning techniques［D］. Turkey： Middle East Technical University， 2021.
[12] Du Y L， Song X J， Luo X. Deep learning the forecast of galactic cosmic-ray spectra［J］. The Astrophysical Journal Letters， 2025， 978（2）： L36.
[13] Papaioannou A， Belov A， Abunina M， et al. A catalogue of forbush decreases recorded on the surface of Mars from 2012 until 2016： comparison with terrestrial FDs［J］. Solar Physics， 2019， 294（6）： 66.
[14] Chapanov Y， Gorshkov V. Solar activity and cosmic ray influence on the climate［J］. Geomagnetism and Aeronomy， 2019， 59（7）： 942-949.
[15] Nordheim T A， Dartnell L R， Desorgher L， et al. Ionization of the Venusian atmosphere from solar and galactic cosmic rays［J］. Icarus， 2015， 245： 80-86.
[16] Velinov P I Y， Asenovski S， Kudela K， et al. Impact of cosmic rays and solar energetic particles on the Earth’s ionosphere and atmosphere［J］. Journal of Space Weather and Space Climate， 2013， 3： A14.
[17] Usoskin I G， Kovaltsov G A， Mironova I A， et al. Ionization effect of solar particle GLE events in low and middle atmosphere［J］. Atmospheric Chemistry and Physics， 2011， 11（5）： 1 979-1 988.
[18] Calisto M， Usoskin I， Rozanov E， et al. Influence of Galactic Cosmic Rays on atmospheric composition and dynamics［J］. Atmospheric Chemistry and Physics， 2011， 11（9）： 4 547-4 556.
[19] Lockwood M， Stamper R， Wild M N. A doubling of the Sun’s coronal magnetic field during the past 100 years［J］. Nature， 1999， 399（6 735）： 437-439.
[20] Wang Yuqi， He Fei， Wei Yong， et al. Fifty-year investigation of the correlation between the geomagnetic field and climate［J］. Reviews of Geophysics and Planetary Physics， 2024， 55（6）： 705-718.
王誉棋， 何飞， 魏勇， 等. 地磁场与气候相关性研究五十年［J］. 地球与行星物理论评， 2024， 55（6）： 705-718.
[21] Chu Wei， Qin Gang， Huang Jianping， et al. A study on non-vertical geomagnetic cutoff rigidity of magnetosphere energetic particles during geomagnetic quiet period［J］. Chinese Journal of Geophysics， 2021， 64（2）： 410-418.
楚伟， 秦刚， 黄建平， 等. 地磁平静期间磁层高能粒子非垂直地磁截止刚度研究［J］. 地球物理学报， 2021， 64（2）： 410-418.
[22] Newton-Bosch J， González L X， Valdés-Galicia J F， et al. Atmospheric pressure and temperature effects on the Solar Neutron Telescope at Sierra Negra［J］. Advances in Space Research， 2025， 75（8）： 6 543-6 552.
[23] Kisvárdai I， Štempel F， Randuška L， et al. Analysis of 42 years of cosmic ray measurements by the neutron monitor at lomnický štít observatory［J］. Earth and Space Science， 2025， 12： e2024EA003656.
[24] Yanchukovsky V. Response of the mid-latitude atmosphere to sporadic cosmic ray variations in the western Siberian region［J］. Solar-Terrestrial Physics， 2024， 10（4）： 59-64.
[25] Bazilevskaya G A， Svirzhevskaya A K. On the stratospheric measurements of cosmic rays［J］. Space Science Reviews， 1998， 85（3/4）： 431-521.
[26] Kilifarska N A， Bakhmutov V G， Melnyk G V. Energetic particles’ impact on the near tropopause ozone and water vapour［M］//The hidden link between Earth’s magnetic field and climate. Amsterdam： Elsevier， 2020： 133-171.
[27] Jia Huanyu. Influence of cosmic rays on Earth’s climate［J］. Nuclear Physics Review， 2004， 21（3）： 218-224.
贾焕玉. 宇宙线对地球气候的影响［J］. 原子核物理评论， 2004， 21（3）： 218-224.
[28] Kirkby J， Curtius J， Almeida J， et al. Role of sulphuric acid， ammonia and galactic cosmic rays in atmospheric aerosol nucleation［J］. Nature， 2011， 476（7 361）： 429-433.
[29] Kirkby J， Duplissy J， Sengupta K， et al. Ion-induced nucleation of pure biogenic particles［J］. Nature， 2016， 533（7 604）： 521-526.
[30] Solomon S， Rusch D W， Gérard J C， et al. The effect of particle precipitation events on the neutral and ion chemistry of the middle atmosphere： II. odd hydrogen［J］. Planetary and Space Science， 1981， 29（8）： 885-893.
[31] Okike O， Nwuzor O C， Akande P I. Catalogues of forbush decreases for the period of 1957-1967［J］. Nigerian Journal of Physics， 2024， 33（1）： 138-151.
[32] Mironova I A， Aplin K L， Arnold F， et al. Energetic particle influence on the Earth’s atmosphere［J］. Space Science Reviews， 2015， 194（1/2/3/4）： 185.
[33] Baumgaertner A J G， Seppälä A， Jöckel P， et al. Geomagnetic activity related NO x enhancements and polar surface air temperature variability in a chemistry climate model： modulation of the NAM index［J］. Atmospheric Chemistry and Physics， 2011， 11（9）： 4 521-4 531.
[34] Rozanov E， Calisto M， Egorova T， et al. Influence of the precipitating energetic particles on atmospheric chemistry and climate［J］. Surveys in Geophysics， 2012， 33（3/4）： 483-501.
[35] Semeniuk K， Fomichev V I， McConnell J C， et al. Middle atmosphere response to the solar cycle in irradiance and ionizing particle precipitation［J］. Atmospheric Chemistry and Physics， 2011， 11（10）： 5 045-5 077.
[36] Herbst K， Bartenschlager A， Grenfell J L， et al. Impact of cosmic rays on atmospheric ion chemistry and spectral transmission features of TRAPPIST-1e［J］. The Astrophysical Journal， 2024， 961（2）： 164.
[37] Ebert V H. Verteilung der electrischen ionen in den höheren schichten der atmosphäre［J］. Terrestrial Magnetism and Atmospheric Electricity， 1901， 6（3）： 97-118.
[38] Gerdien H. Ein neuer apparat zur messung der elektrischen leitfähigkeit der luft. （mit einer figur）［J］. Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen， Mathematisch-Physikalische Klasse， 1905（1 905）： 240-251.
[39] Hess V F. Über beobachtungen der durchdringenden strahlung bei sieben freiballonfahrten［J］. Physikalische Zeitschrift， 1912， 13： 1 084-1 091.
[40] Rosen J M， Hofmann D J. A search for large ions in the stratosphere［J］. Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 1988， 93（D7）： 8 415-8 422.
[41] Ermakov V I， Bazilevskaya G A， Pokrevsky P E， et al. Ion balance equation in the atmosphere［J］. Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 1997， 102（D19）： 23 413-23 419.
[42] Simpson J A. The cosmic ray nucleonic component： the invention and scientific uses of the neutron monitor［M］// Cosmic Rays and Earth. Dordrecht： Springer Netherlands， 2000： 11-32.
[43] Mavromichalaki H， Souvatzoglou G， Sarlanis C， et al. Implementation of the ground level enhancement alert software at NMDB database［J］. New Astronomy， 2010， 15（8）： 744-748.
[44] Kudela K， Mavromichalaki H， Papaioannou A， et al. On mid-term periodicities in cosmic rays［J］. Solar Physics， 2010， 266（1）： 173-180.
[45] Anderson H R. Cosmic ray total ionization， 1970-1972［J］. Journal of Geophysical Research， 1973， 78（19）： 3 958-3 960.
[46] Neher H V. Cosmic rays at high latitudes and altitudes covering four solar maxima［J］. Journal of Geophysical Research， 1971， 76（7）： 1 637-1 651.
[47] Nicolet M. On the production of nitric oxide by cosmic rays in the mesosphere and stratosphere［J］. Planetary and Space Science， 1975， 23（4）： 637-649.
[48] Bering E A， Few A A， Benbrook J R. The global electric circuit［J］. Physics Today， 1998， 51（10）： 24-30.
[49] Rycroft M J， Israelsson S， Price C. The global atmospheric electric circuit， solar activity and climate change［J］. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics， 2000， 62（17/18）： 1 563-1 576.
[50] Li L， Chen T， Shen C， et al. Near-surface atmospheric electric field changes through magnetic clouds via coronal mass ejections［J］. Geoscience Letters， 2023， 10： 45.
[51] Tinsley B A. Correlations of atmospheric dynamics with solar wind-induced changes of air-Earth current density into cloud tops［J］. Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 1996， 101（D23）： 29 701-29 714.
[52] Ermakov V I， Stozhkov Yu I. Cosmic ray fluxes in the atmospheric processes［C］// Solar variability as an input to the Earth’s environment： vol. 535. Tatranská Lomnica， Slovakia： European Space Agency， 2003： 359-362.
[53] Ermakov V I， Stozhkov Y I. The role of cosmic rays in the formation of lightning［J］. Bulletin of the Lebedev Physics Institute， 2003（9）： 34-40.
[54] Ermakov V I， Stozhkov Y I. Cosmic rays in the mechanism of thundercloud［J］. Bulletin of the Lebedev Physics Institute， 2003（1）： 18-27.
[55] Usoskin I G， Gladysheva O G， Kovaltsov G A. Cosmic ray-induced ionization in the atmosphere： spatial and temporal changes［J］. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics， 2004， 66（18）： 1 791-1 796.
[56] Usoskin I G， Kovaltsov G A. Cosmic ray induced ionization in the atmosphere： full modeling and practical applications［J］. Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 2006， 111（D21）： 2006JD007150.
[57] Usoskin I G， Kovaltsov G A， Mironova I A. Cosmic ray induced ionization model CRAC： CRII： an extension to the upper atmosphere［J］. Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 2010， 115（D10）： 2009JD013142.
[58] Mertens C J， Meier M M， Brown S， et al. NAIRAS aircraft radiation model development， dose climatology， and initial validation［J］. Space Weather， 2013， 11（10）： 603-635.
[59] Agostinelli S， Allison J， Amako K， et al. Geant4—a simulation toolkit［J］. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A： Accelerators， Spectrometers， Detectors and Associated Equipment， 2003， 506（3）： 250-303.
[60] Heck D， Knapp J， Capdevielle J N， et al. CORSIKA： A Monte Carlo code to simulate extensive air showers［R］. Germany： Forschungszentrum Karlsruhe， 1998.
[61] Ferrari A， Sala P， Fasso A， et al. FLUKA： A multi-particle transport code （program version 2005）： CERN-2005-10［R］. Geneva： CERN， 2005.
[62] Desorgher L， Flückiger E O， Gurtner M， et al. Atmocosmics： a geant 4 code for computing the interaction of cosmic rays with the Earth’s atmosphere［J］. International Journal of Modern Physics A， 2005， 20（29）： 6 802-6 804.
[63] Jackman C H， Marsh D R， Vitt F M， et al. Short- and medium-term atmospheric constituent effects of very large solar proton events［J］. Atmospheric Chemistry and Physics， 2008， 8（3）： 765-785.
[64] Rozanov E V. Effect of precipitating energetic particles on the ozone layer and climate［J］. Russian Journal of Physical Chemistry B， 2018， 12（4）： 786-790.
[65] Larin I K. The effect of galactic cosmic rays on the chemical composition of the atmosphere， greenhouse effect and ozone layer of the Earth［J］. Russian Journal of General Chemistry， 2011， 81（13）： 2 634-2 640.
[66] Jackman C H， Marsh D R， Kinnison D E， et al. Atmospheric changes caused by galactic cosmic rays over the period 1960-2010［J］. Atmospheric Chemistry and Physics， 2016， 16（9）： 5 853-5 866.
[67] Rusch D W， Gérard J C， Solomon S， et al. The effect of particle precipitation events on the neutral and ion chemistry of the middle atmosphere： I. odd nitrogen［J］. Planetary and Space Science， 1981， 29（7）： 767-774.
[68] Jackman C H， DeLand M T， Labow G J， et al. Neutral atmospheric influences of the solar proton events in October-November 2003［J］. Journal of Geophysical Research： Space Physics， 2005， 110（A9）： 2004JA010888.
[69] Aikin A C. Energetic particle-induced enhancements of stratospheric nitric acid［J］. Geophysical Research Letters， 1994， 21（10）： 859-862.
[70] Krivolutsky A， Bazilevskaya G， Vyushkova T， et al. Influence of cosmic rays on chemical composition of the atmosphere： data analysis and photochemical modelling［J］. Physics and Chemistry of the Earth， Parts A/B/C， 2002， 27（6/7/8）： 471-476.
[71] Grewe V. The origin of ozone［J］. Atmospheric Chemistry and Physics， 2006， 6（6）： 1 495-1 511.
[72] Fedulina I N. Changes of ozone content at middle latitudes during forbush decreases in cosmic rays［J］. Studia Geophysica et Geodaetica， 1998， 42（4）： 521-532.
[73] Maghrabi A， Mayson A， Aldosari A， et al. Atmospheric ozone modulation by cosmic ray Forbush decreases： patterns and anomalies across multiple stations［J］. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics， 2025， 270： 106509.
[74] Kilifarska N， Peqini K. Impact of forbush decreases and geomagnetic storms on the atmospheric ozone profiles［J］. Earth and Space Science， 2023， 10（7）： e2023EA002954.
[75] Mironova I， Karagodin-Doyennel A， Rozanov E. The effect of forbush decreases on the polar-night HO x concentration affecting stratospheric ozone［J］. Frontiers in Earth Science， 2021， 8： 618583.
[76] Kilifarska N. Nonlinear reassessment of the long-term ozone variability during 20-th century［J］. Proceedings of the Bulgarian Academy of Sciences， 2011， 64（10）： 1 479-1 488.
[77] Kilifarska N. An autocatalytic cycle for ozone production in the lower stratosphere initiated by galactic cosmic rays［J］. Proceeding of the Bulgarian Academy of Sciences， 2013， 66（2）： 243-252.
[78] Kilifarska N A. Hemispherical asymmetry of the lower stratospheric O3 response to galactic cosmic rays forcing［J］. ACS Earth and Space Chemistry， 2017， 1（2）： 80-88.
[79] Kilifarska N， Wang T， Ganev K， et al. Decadal cooling of East Asia-the role of aerosols and ozone produced by galactic cosmic rays［J］. Comptes Rendus de L’Academie Bulgare des Sciences， 2018， 71（7）： 937-943.
[80] Zhao Tianbao， Tu Kai， Yan Zhongwei. Advances of atmospheric water vapor change and its feedback effect［J］. Progressus Inquisitiones de Mutatione Climatis， 2013， 9（2）： 79-88.
赵天保， 涂锴， 严中伟. 大气水汽变化及其反馈效应研究进展［J］. 气候变化研究进展， 2013， 9（2）： 79-88.
[81] Liu Ruixia， Liu Jie， Liu Yueli. A spatial-temporal distribution characteristics study on the water vapor of upper troposphere over China using AIRS data［J］. Climate Change Research， 2016， 12（1）： 1-9.
刘瑞霞， 刘杰， 刘月丽. AIRS反演中国区域上对流层水汽分布特征研究［J］. 气候变化研究进展， 2016， 12（1）： 1-9.
[82] Heikkilä U， Beer J， Feichter J. Modeling cosmogenic radionuclides 10Be and 7Beduring the Maunder Minimum using the ECHAM5-HAM General Circulation Model［J］. Atmospheric Chemistry and Physics， 2008， 8（10）： 2 797-2 809.
[83] Galkin V D， Nikanorova I N. Solar activity and atmospheric water vapor［J］. Geomagnetism and Aeronomy， 2015， 55（8）： 1 175-1 179.
[84] Tian W S， Tian H Y， Dhomse S， et al. A study of upper troposphere and lower stratosphere water vapor above the Tibetan Plateau using AIRS and MLS data［J］. Atmospheric Science Letters， 2011， 12（2）： 233-239.
[85] Chasson R L， Kisselbach V J， Sharma T C. Atmospheric water vapor and attenuation of the cosmic-ray nucleonic component［J］. Journal of Geophysical Research， 1966， 71（21）： 5 183-5 184.
[86] Hubert G， Ricaud P， Favier V， et al. Impact of the atmospheric river occurring in March 2022 on east Antarctica on Cosmic-Rays measurements［C］// Proceedings of 38th International Cosmic Ray Conference—PoS（ICRC2023）. Nagoya， Japan： Sissa Medialab， 2023： 233.
[1] 邱玉珺, 陆春松. 低空急流与云降水系统耦合机制研究综述：观测、模拟与前沿挑战[J]. 地球科学进展, 2026, 41(4): 343-359.
[2] 叶泽昱, 周心易, 乐旭. 地表臭氧与植被相互作用的研究进展与展望[J]. 地球科学进展, 2026, 41(1): 11-24.
[3] 韦馨杰, 黄小倩, 管晓丹, 马婷婷, 杨坤. 水汽内外循环对黄河流域上中游夏季降水的影响[J]. 地球科学进展, 2024, 39(9): 930-944.
[4] 许健, 张卓, 饶兰兰, 王雅鹏, 闫欢欢, 胡斯勒图, 石崇, 刘嵩, 格根塔娜, 王文煜, 石恩涛, 姚舜, 朱军, 王咏梅, 董晓龙, 施建成. 对流层臭氧卫星遥感反演综述[J]. 地球科学进展, 2024, 39(1): 56-70.
[5] 王宁, 郭海龙, 曾新民. 箱式水汽循环模型构建研究进展[J]. 地球科学进展, 2023, 38(8): 852-865.
[6] 龚咏琪, 于海鹏, 周洁, 任钰, 魏韵, 程姗岭, 杨耀先, 罗红羽. 东亚干旱半干旱区水汽来源研究进展[J]. 地球科学进展, 2023, 38(2): 168-182.
[7] 田子晗, 张勇勇, 赵文智, 王丽莎, 王川, 康文蓉, 吴绍雄. 宇宙射线中子技术的中尺度土壤水研究进展及在荒漠绿洲区的应用[J]. 地球科学进展, 2022, 37(9): 979-990.
[8] 李虎, 潘小多. 青藏高原水汽输送过程及水汽源地研究方法综述[J]. 地球科学进展, 2022, 37(10): 1025-1036.
[9] 杨晓新. 水体稳定同位素在青藏高原大气环流研究中的应用[J]. 地球科学进展, 2022, 37(1): 87-98.
[10] 李修仓,姜彤,吴萍. 水分再循环计算模型的研究进展及其展望[J]. 地球科学进展, 2020, 35(10): 1029-1040.
[11] 黄平, 周士杰. 全球变暖下热带降水变化研究回顾与挑战*[J]. 地球科学进展, 2018, 33(11): 1181-1192.
[12] 于宗仁, 王彦武, 王小伟, 赵林毅, 郭青林, 王旭东. 壁画盐害水汽来源研究——以隆兴寺为例[J]. 地球科学进展, 2017, 32(6): 668-676.
[13] 张红梅, 吴炳方, 闫娜娜. 饱和水汽压差的卫星遥感研究综述[J]. 地球科学进展, 2014, 29(5): 559-568.
[14] 刘旸，蔡波，班显秀，袁健，耿树江，赵姝慧，李帅彬. AIRS红外高光谱资料反演大气水汽廓线研究进展[J]. 地球科学进展, 2013, 28(8): 890-896.
[15] 肖子牛, 钟琦, 尹志强, 周立旻, 宋燕, 韩延本, 黄聪, 潘静, 赵亮. 太阳活动年代际变化对现代气候影响的研究进展[J]. 地球科学进展, 2013, 28(12): 1335-1348.
阅读次数
全文


摘要

地址：甘肃省兰州市天水中路8号
QQ：114723517
电话：0931-8762293　E-mail：adearth@lzb.ac.cn
陇ICP备2021001824号-5　 甘公网安备62010202000687