标题：日地关系
定义
太阳发射的各种形式能量的变化对地球环境的影响，以及地球表面、低层大气、电离层、磁层的相互关  系。太阳的能量以电磁辐射和微粒辐射两种形式不断地向周围发射出来。这些辐射经过地球时，对地球磁层、等离子体层、电离层和中、低层大气等产生影响，甚至可能影响到生物圈和气象等。日地关系主要研究太阳发射能量的变动部分与地球物理现象之间的关系，也研究日地系统的稳定状态，因为稳定状态给出了衡量变动的基准。
在地球轨道处，太阳电磁辐射的总强度几乎不变，通常用“太阳常数”表示，其值约为1.96卡/（厘米2·分）。太阳电磁辐射对地球表面和大气层的加热，形成了大气层的温度垂直分布结构和大气环流，尤其是在对流层中造成了各种复杂的大气现象。太阳电磁辐射中，波长短于1400埃的紫外部分，是造成地球大气电离层和臭氧层的主要电离源。太阳微粒辐射在稳定状态下即为太阳风，它与地球磁场作用形成了地球磁层。
太阳上经常发生各种复杂的活动过程，如太阳黑子、耀斑、谱斑、暗条、冕洞和射电爆发等。太阳活动时电磁辐射强度发生变化，变化较大的谱段为波长小于100埃的软X射线部分，可变化2～3倍之多。8埃以下的辐射通量，可随太阳活动的增强而增大几百倍。太阳活动还往往伴随着太阳宇宙线的发射。太阳辐射的这些变化，会造成近地环境的变化。
日地关系是一个多学科的课题。日地关系的研究对于认识太阳和行星的相互关系有重要的科学意义。随着日地关系研究的进展，人类将逐渐提高预测环境变化的能力，包括对于天气和气候、宇航环境和生物圈状况的预测。这对工农业生产、交通运输、水文气象、卫生保健、通信广播和开发空间资源以及加强国防事业都有实用价值。
目前，大多数日地关系方面的研究结果都还不是定量的。全世界有关领域的科学工作者，都在致力于解决日地关系根本机制问题。其中认识比较一致的是太阳活动对磁层、电离层的影响，而太阳活动与天气、气候的关系，以及太阳活动和生物圈的关系，也是很活跃的科研领域。
太阳活动与地球物理现象的关系
当太阳耀斑出现时，太阳的软X射线能够到达电离层低层，和中性大气成分相互作用，产生电离，造成短期内电离度突然增加，形成电离层突然骚扰（SID），来自地球外的无线电噪声经过D层时会被强烈吸收。这会在电波传播方面产生一系列异常现象：如低层大气内来自远方雷电的长波或地球表面发出的长波（波长约6000～20000米）信号会被增强；地面发出的甚长波与天波信号间位相差突然增大；地面发出的短波无线电信号被地面接收时，已两次经过D层，信号强度大为减弱等。太阳短波辐射增强的另一地球物理效应，是在电离层电离强度增加后，造成寿命短暂的电流体系，这种电流产生的磁场变化在地磁学中称为钩扰。太阳正处在天顶附近时，钩扰较大，钩扰常常是磁暴出现的先兆。太阳的紫外辐射(1750～2420埃）能在大气中形成臭氧层。根据1974年以前约40年的臭氧观测资料分析，臭氧总含量似有平均11年变化的趋势。太阳黑子极大年以后的第4年前后，臭氧总含量呈现峰值。大气臭氧在生成和消失的过程中，也吸收其他谱段的紫外辐射和地球的热辐射。臭氧吸收电磁辐射以后，最终会把一大部分能量转化为热能，从而对于大气的热平衡产生作用。另外，臭氧吸收电磁辐射后对推动平流层和中层大气的风系，和决定对流层的高度都具有相当大的作用。臭氧层吸收大部分的太阳紫外线，使得地球上的生物免受太阳紫外线的直接的强烈照射，因此对地球上生物的生存有重大意义。太阳风到达地球附近和地磁场相互作用后，把地磁场约束在一个范围内，这个范围就是磁层。磁层是许多地球物理现象发生的区域。  太阳活动有平均约11年变化的周期。在11年内，太阳活动最强的年份称为太阳活动极大年，太阳活动最弱的年份称为太阳活动极小年，极大年和极小年之间平均约隔 5年多。如果把太阳上前导黑子和后续黑子的磁极性的变化也考虑在内，太阳活动的平均周期就是22年。太阳黑子数是量度太阳活动程度常用的一个参数，太阳黑子多就标志着太阳活动强。在太阳黑子极大年附近，太阳上常出现色球爆发现象（即出现耀斑），在短时间内（几分钟到几小时内）太阳的电磁辐射和粒子辐射常有极大的增强，太阳上一些区域发出较强的太阳风粒子。当这样的太阳风到达地球后即形成磁暴。
对地球而言，太阳的自转周期是27天。如果太阳上一个局部区域的活动持续27天以上，而这种活动又能在地球上产生影响，那么随着太阳的自转，若干地球物理现象就有27天重现性，特别是在太阳活动比较弱的年份，这种重现性更明显。例如地磁活动就有这种重现性。
在地球极区，太阳风中的带电粒子到达地球后，经过复杂的电动力学和磁流体力学过程进入离地面100～350公里的高空，与大气相互作用而形成极光。出现极光最频繁的地带是所谓极光带，在中等磁扰情况下，极光出现在磁纬70°附近。在地磁扰动强烈时，极光出现的位置向低纬方向移动；磁暴消失后，才恢复到原来纬度。太阳活动比较强的年份，极光出现的频次多，这种频次的多少，呈现大约以11年为周期的规律。
在极盖区，太阳上出现大耀斑后的几小时到一天多的时间内，离地面50～90公里高度范围内的大气成分被太阳耀斑发出的20～50兆电子伏的质子电离。这时自地球外进入地球大气层内的高频（约 1～50兆赫）无线电波（即宇宙射电噪声），大部分会被这层大气强烈吸收，到达地面时的强度大大减弱，这就是极盖吸收事件。在这种事件出现期间，极区的无线电通信和经过极区的电路的通信会受到影响，严重时通信中断。
地面上接收到的银河宇宙线强度与太阳活动有密切关系。在太阳活动极大年份，地面上能接收到能量在1011电子伏以下强度较低的银河宇宙线；但在太阳活动极小年份，接收到的银河宇宙线强度反而较大，可以大到极大年的两倍。因此，地面上能接收到的银河宇宙线的强度也呈11年的变化。产生这种现象的原因，是行星际空间的介质状况受到太阳活动强弱变化的影响（见宇宙线太阳调制）。
太阳活动的强弱，通过太阳远紫外线的加热作用，对高层大气的密度也有明显的效应。例如在 700公里的高空，1958年（太阳活动极大年）白天大气的密度是1963年（太阳活动极小年附近）的40多倍，即使在同一年内，黑子较多的时候高层大气的密度也比黑子较少的时候大。太阳紫外线强度有11年变化和27天变化，高层大气的密度除有11年变化外也有27天变化。
太阳活动与气象的关系
日地关系另一重要的方面是太阳活动与天气、气候的关系。自20世纪70年代初以来，世界上越来越多的科学家在关心和从事这一方面的工作。但是迄今为止，太阳活动和气象有无关系，仍是一个有争议的问题。天气和气候的变化主要发生在地球大气最下层，即对流层。而太阳的电磁辐射，除可见光和一部分无线电波及近紫外线以外，其余部分如X射线波段和中、远紫外部分，以及绝大部分的太阳粒子辐射，都很难到达大气低层；太阳活动的时间尺度与天气、气候变化的时间尺度也不完全一致。迄今为止，也未发现太阳活动与天气、气候之间有明确的物理、化学过程方面的直接联系，但是也找到过若干事例说明太阳活动的某些指数与天气、气候的某些因素之间存在着统计的相关关系。例如，太阳活动与气温、气压、降水、干旱、洪涝、大气环流、风暴路径、雷暴、涡旋面积指数，甚至冰川进退、湖面水位起伏等，在若干地区和若干时期以内都曾有过现象间的相关联系。但是这些结果所根据的观测资料尚不够全面，时间序列也不够长，并且常常是属于区域性的，还不能解释全球范围内气候、天气与太阳活动的一般关系。这一问题仍在探索中。  70年代以来，通过对于空间电场的探测和研究，还发现在高纬度区域热层高度上存在着因太阳风流动而产生的电场，随太阳风而变化，并能穿透到低纬度区域。大气发电机制在低纬度区域也能产生一种电场。这两种电场向下映射，并叠加在全球雷暴所建立的电场上，对全球大气电路会发生影响。另外，全球大气电路的电导率分布受太阳耀斑活动强弱的调制。这样太阳 X射线辐射、太阳质子事件和银河宇宙线强度等变化因素，有可能形成一种影响地球天气的太阳活动机制。
太阳活动与生物圈的关系
这也是日地关系的一个重要的方面。地球上的生物，赖以生存的光和热，直接或间接都来自太阳。太阳活动的变化自然会对生物产生若干效应，例如树木年轮的增长、粮食的收获量、蝗虫的飞行、鱼类的繁殖和回游、人体中白血球数的变化和神经病症的发展等，似乎都和太阳活动有一定关系。太阳的电磁辐射中，波长在0.32～0.29微米的这一部分能透过臭氧层到达地面，尽管它的强度已被大大减弱，但它还是能够破坏生物体内的核糖核酸和蛋白质，倘若这种辐射增强，细胞就容易受到破坏。从另一方面来说，人体产生维生素D和植物进行光合作用，也需要一定强度的这种辐射。但是这部分辐射到达地面时的强弱与大气层中臭氧的含量和分布有关，而臭氧层是受太阳活动控制的。太阳活动对于生物的效应中有一部分是间接的，它是通过太阳风和磁层相互作用产生的电磁场来影响生物的。如心血管疾病的发生与磁暴的出现有关，酶在磁暴期间活性减低，有些动物在自然界0.1～1赫的超低频电磁场作用下心脏节律发生变化等等。
在一般的日地关系实验研究中，绝大多数是在自然条件下进行观测。而在太阳活动对生物圈效应的研究中，有一部分实验可以在模拟自然界状况的人工环境内进行，例如在磁暴和超低频电磁脉动模拟装置中，实验血液胶体系统所发生的变化，有利于考察心血管病的发生与太阳活动的关系。由这种模拟实验室所得的资料，可以用来验证在自然条件下由观测统计所得的结果。
太阳活动与生物圈关系的研究，有助于探讨地球和行星上生命的形成和演化，也有助于卫生、保健、农业、宇航等事业的发展。
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日地关系 
solar-terrestrial relationship 
太阳物理学和地球物理学之间的边缘学科，研究太阳活动产生的太阳短波辐射和粒子流对地磁场、电离层的影响，同时也研究太阳辐射、太阳活动和气候变化之间的相关性。
太阳活动对地球电离层的影响
在太阳紫外线、X射线、粒子辐射的作用下，在离地面80～100公里、100～120公里、150～500公里的三个层次内的地球大气分子全部或部分电离，形成称为D层、E层、F层的电离层，其中F层又可分为F1层(150～250公里）和 F2层(250～500公里）。太阳活动增强会引起地球大气分子进一步电离，造成离子浓度增高，使电波吸收增强。在太阳耀斑爆发后，会出现一系列的电离层效应。
电离层突然骚扰（简称SID)
主要是由1～10埃的太阳软X射线爆发引起的。表现为D层电离度急剧增加，引起地球向阳的半球上短波（波长为10～50米）和中波（波长为200～300米）无线电信号立即衰减或完全中断，但一般只持续几分钟到1个小时。与此同时，长波和超长波信号则突然加强。这种突然骚扰有如下五种情况：宇宙噪音突然吸收在一般情况下，宇宙射电噪音穿过D层可以到达地面，在耀斑发生时，可用噪音探测仪在白天记录到电离层对宇宙噪音的吸收加强。对于已知强度的宇宙噪音，测量接收到的强度就可知道电离层吸收的程度，从而得出电离层的电离度。天电突然加强和信号突然加强耀斑发生时，D层电子浓度急剧增大，电波射入 D层的深度降低，甚至会发生类似光线在镜面上反射的现象，吸收因而减弱。此时，天空经常存在的由远方雷电造成的极低频(10～50千赫）信号（天电），反而加强。通常在27千赫波长反应较为灵敏。同理，来自远方发射台的靠 D层反射传播的长波和超长波（频率一般是15～50千赫）信号也会因此增强。太阳耀斑地磁效应又称磁勾或磁绒　在电离层发生突然骚扰期间，E层的底部电离度突然增加，持续达数小时，使 E层的导电率随之增加，大气里的电流增大，从而产生感应磁场，使地磁强度发生突然变化，在地磁仪上可记录到小的起伏，称为磁勾。甚长波突然位相反常甚长波的地波和由 D层反射的甚长波天波之间有一定的位相差，当电离层发生突然骚扰时，D层反射高度下降,这时天波和地波之间的位相差突然改变，叫作突然位相反常。利用这种效应可以测量电离层反射顶的高度。短波衰减（简称SWF）耀斑的X射线使 D层的电离度突然增加，因为D层的大气密度比F层大几万倍以上，所以电子与中性粒子碰撞的次数非常多。经过D层射向E层、F层并反射回地面的短波，经过D层时把能量传给了电子而受到强烈的吸收，因而发生短波衰减，甚至中断。
在耀斑发生时由远紫外辐射增强引起的电离层突然骚扰有如下两类：
①频率突然漂移　耀斑发生时，E层和F层电离度突然增大，接受到的由F2层反射的电波的频率突然增加，到达一个峰值后，又衰减到原来的频率，有时会产生几个峰值。
②F2层临界频率增加。
电离层效应
耀斑的高能粒子造成推迟的电离层效应 　这一复杂现象分为两类：极盖吸收耀斑产生的高能粒子（主要是质子）被地磁场引导到高磁纬地区，使D层电离度增加，导致中频、高频和甚高频带的无线电波的强烈吸收，称为极盖吸收。结果使高纬度雷达工作和无线电通讯处于“极区吸收”。它可以持续几天，并且可能造成信号中断。极光带吸收通常包括在极盖吸收事件里。观测到的频率和极盖吸收一样，仅仅在覆盖的地区、和耀斑发生的相关时间、粒子种类和能量方面与极盖吸收不同。
太阳活动和太阳宇宙线 耀斑发生时发射出1~1,000兆电子伏能量的带电粒子（主要是质子），因此具有能量为 1兆电子伏以上的太阳宇宙线事件常被称为太阳质子事件。美国物理学家福布希在1946年分析了 1942年2月28日、3月7日和1946年7月25日三次宇宙线 μ介子记录表现出的反常增强而发现了太阳宇宙线。这三次事件均与太阳大耀斑有关。太阳大耀斑的第四次宇宙线事件是1949年11月19日用中子探测器观测到的。第五次宇宙线事件发生在 1956年2月23日的大耀斑后，对这次事件，各个台站间的记录有很大的差异，证明宇宙线在行星际空间的传播是各向异性的。与这次事件有关的耀斑，伴随有白光连续辐射和Ⅳ型射电爆发（见太阳射电爆发）。太阳宇宙线伴随Ⅳ型射电爆发，意味着高能电子和太阳宇宙线质子同时加速。人造卫星观测也证实太阳质子事件和耀斑高能电子事件是相联系的。
太阳宇宙线地面增强事件是不多见的，1942～1973年期间共观测到25次。除了两次例外，其他23次都同3级或 4级的大耀斑有关。能量较低的极盖吸收事件次数要多一些，在1952～1973年期间，相当于30兆赫吸收达2.5分贝以上的事件有77次。引起这些事件的耀斑在日面上的分布是不均匀的，比较集中在日面的西半边，对于宇宙线地面增强事件来说就更加明显，这同因太阳自转而造成的行星际磁场的磁力线的走向有关（见太阳磁场）。
太阳活动对地磁的影响
影响最大的是磁暴。在中纬度和低纬度地区有一种典型的磁暴，它可分为四个不同的位相，即急始、初相、主相和恢复相。还有一种类似于急始磁暴的瞬时扰动，它有较小的振幅和较不明显的突然性，这似乎来自激波或其他间断性的行星际物质源引起的地球磁层突然的压缩和膨胀。
此外，某些地磁扰动还有27天重现的现象，这是日地关系中最富有挑战性的课题之一。自从1932年巴特尔斯提出太阳上存在M区作为重现性磁扰源以来，此问题长期未得解决。直到七十年代，从太阳X射线和空间探测结果才确定这个能持续发射低能粒子（高速太阳风）的源泉是冕洞。
太阳活动和地球气候变化的关系 　太阳辐射和太阳活动现象随着时间的变化引起地球上气候的变化。这种因果关系目前虽然没有查明，但从统计材料分析，二者肯定是有关的。
太阳活动对气候影响的研究，已有将近180年的历史。1801年英国天文学家F.W.赫歇耳第一次提到，当太阳黑子少时，地面上的雨量也减少。这是在发现太阳黑子11年周期前关于太阳活动和气候关系的最早论述。此后，瑞士天文学家R.沃尔夫研究了黑子相对数和苏黎世城历史上气象要素的关系，发现黑子多时气候干燥，农业丰收，反之，黑子少时气候潮湿，暴雨成灾。近年来，国际上对这个问题研究的兴趣与日俱增。
太阳活动对气候变化影响的统计研究 　从图1、2、3中可以看出太阳活动与气象的关系。图1表示北半球三个不同地理纬度带的降水量和黑子相对数之间的关系，可看出它们都具有11年周期。图2虽然也表示降水量和黑子相对数的关系，但反映了太阳黑子周期中的22年磁周。图3是大气环流型和太阳活动的关系，反映出太阳活动的80年周期。
太阳活动对气候变化影响的物理解释
太阳对地球大气的影响，从直观来看，就是太阳的总辐射量或是某种特殊辐射（如 X射线、紫外线等）量的长期变化或瞬时变化在大气中引起的影响。前者以太阳常数的测量作为衡量标准，后者则要借助于空间探测器和地面的各种观测仪器才能得到比较完整的资料。对太阳常数的长期测量结果证实它的变化小于 1%。空间探测也表明太阳常数变化是很微小的。按照一般推测，全球气温变化1°需要太阳常数变化1%，因此，全球性的气候变化似乎不能用太阳常数的变化来解释。
另一种观点认为影响气候的原因可能是某种特殊辐射或粒子流的变化。它们在11年周期中变动很大，有的相差几十倍。这些增加的能量，通过直接或间接的方式传输到地球低层大气就可能影响气候的变化。二十世纪六十年代以来，在日地空间发现了太阳风和行星际磁场的扇形结构以及磁层。这些发现为上述的观点提供了有利的依据。一些研究者设想太阳风把能量经过磁层直接传递到地球大气中而引起气候变化，这就是通常所说的直接耦合机制。另一些研究者认为，直接能量耦合不足以驱动低层大气的运动，应该有某种“触发机制”或是“放大机制”，把在高层大气中的较小能量扰动转变成在低层大气中的较大能量扰动，这就是通常所说的间接耦合机制。这两种机制的具体过程目前仍在探索。
太阳和天气关系研究的重大进展
天气变化基本上取决于对流层中的快速过程，其时间尺度远比气候变化为短。据几十年的统计证明，太阳的某些快速活动过程对天气有明显的影响。如图4所示，在孤立磁暴发生后三、四天内，欧洲和苏联的一些地区气压增加，而另一些地区气压减小。图5反映1964～1970年的6个冬季内扇形边界受太阳风影响 54次扫过北半球时的涡度变化：a的实线为边界磁场极性从向日转为背日时的情况，虚线为反向转换时；b的实线为前半季的情况，虚线为后半季；c的实线为前三年的情况，虚线为后三年。
这些新发现，开辟了天气学研究的新领域，为改进天气预报展示了广阔的前景。为了说明太阳和天气关系的物理背景，已提出了几种机制。例如海因斯曾设想由磁层对流产生的力矩能引起热层以上高层大气的环流状况的变化，而这种变化又会改变其中行星波的反射系数。这样，行星波就会通过反射把多余的能量从高层大气带回到低层大气中来，促使涡度产生变化。特别有趣的是从大气电学角度所作的解释。图6所示的大气全球电路，这条电路从电离层到地面，经过雷暴回到电离层。当耀斑发生或磁场扇形边界扫过地球时，发自太阳的增强电离辐射改变了雷暴到电离层之间的电阻，因而使雷暴活动增强。伴随着雷暴增强，还有云的形成和降水等一系列过程。同时，这些过程中释放出来的巨大潜热，又推动大气环流变动，进而造成涡度的变化。