日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究

<國家重點根底研討開展規(guī)劃工程>

日地空間災禍性天氣的發(fā)生、開展和預告研討

未來三年調整方案

〔2021－2021〕中國科學院國家天文臺1一.工程義務要求2對科學問題的思索本工程將在上一個973工程的根底上，以研討日地空間災禍性天氣的產活力理和開展規(guī)律為主線，以日地空間系統(tǒng)各層次的相互耦合與相互作用研討為重點，以建立空間環(huán)境擾動的物理模型與預告方式為根本目的，以滿足國家對空間災禍天氣預告的艱苦需求為導向，進展大尺度跨學科的創(chuàng)新與集成研討3主要研討內容空間天氣發(fā)生的驅動源研討導致太陽迸發(fā)和空間災禍性天氣的太陽磁場的構造演化特征和磁流體動力學過程導致空間災禍性天氣的太陽耀斑迸發(fā)、日冕物質拋射的源區(qū)、初發(fā)物理過程，對地有效性空間天氣的開展過程研討太陽和行星際的耦合，太陽迸發(fā)在行星際的傳播和相互作用行星際和磁層的耦合，磁層空間暴太陽、行星際和磁層能量輸入的電離層呼應4空間天氣的預告研討空間天氣的可預告性研討根底研討成果的轉化和災禍性空間天氣過程的預告原理和方法研討我國艱苦空間活動、特別是載人航天和探月工程的平安保證－－〔1〕災禍性預告方式研討：質子事件預告，CME初發(fā)和對地有效性預告，行星際磁場南向和地球空間暴預告；〔2)預告效力保證研討：空間環(huán)境方式，空間天氣預告和效應分析5創(chuàng)新研討思緒經過超越一個太陽周的空間災禍事件的跨學科的結合數據分析和統(tǒng)計研討，在提示空間天氣構成、開展和影響的鏈鎖和因果關系上獲得突破性進展集成太陽、行星際和地球空間暴等迸發(fā)景象研討成果，創(chuàng)建以“磁大氣天氣學〞為根本構架的空間天氣科學研討的實際體系6創(chuàng)新點觀測－對貫穿空間災禍天氣全過程的日冕物質拋射系統(tǒng)研討〔源區(qū)、初發(fā)、傳播、相互作用、磁云和激波構成、對地影響及預告〕實際－以發(fā)生在太陽大氣、行星際和磁層中不同等離子體環(huán)境、不同時空尺度的三維磁重聯(lián)為突破口，開展首創(chuàng)性的實際和模型預告－為載人航天和探月工程效力的空間天氣預告方式〔質子事件預告、日冕物質拋射初發(fā)和對地有效性預告、行星際磁場南向預告〕7五年預期目的根本把握空間災禍天氣發(fā)生和開展總體過程構筑以“磁大氣天氣學〞為根本框架的空間天氣科學研討體系，并在太陽和空間物理假設干根本問題研討中獲得本質性學科進展開展空間災禍天氣研討中的新方法和新方式集成多學科交叉協(xié)作研討成果，開展空間災禍天氣預告的物理根底、方法和規(guī)范為“十二·五〞空間探測做好科學積累8二.義務調整思索9調整的根據兩年來工程有那些主要進展和未完成的任務？國際上近年有那些艱苦空間天氣監(jiān)測設備投入任務？國際上近年空間天氣科學和運用研討的動向如何？對未來三年調整的進一步思索有那些？101.一年多來的進展和問題〔簡表〕研究方面主要進展和代表性工作待完成目標驅動源和發(fā)展過程觀測研究CME源區(qū)和大尺度電流片、耀斑和CME初發(fā)過程、CME磁云聯(lián)系、激波/CME相互作用，CME對地有效性23周完整子樣構建和系統(tǒng)研究；各層次耦合和相互作用,可預報性空間天氣理論研究發(fā)電機理論，三維磁拓撲構架和磁重聯(lián)，磁繩災變磁大氣天氣學理論框架空間天氣模式和預報研究背景太陽風和重聯(lián)模型，CME到達時間預測，電離層氣候學模型，磁活動因素耀斑耀斑預報CME初發(fā)預報，從驅動源到近地空間連鎖（因果）關系，模型集成和預報11SDOApril2021太陽動力學天文臺P2P3P4P5CLFAGTStereo日地關系天文臺2.艱苦設備開展〔2007－〕SDO是美國“與日同在〞方案、即空間天氣方案的50顆衛(wèi)星中的第一顆衛(wèi)星,明年4月發(fā)射。將提供全日面向量磁場觀測和多波段的太陽活動監(jiān)測，和其他艱苦設備一同，將為空間天氣監(jiān)測和研討提供全新的艱苦研討機遇。FOMOSAT-3與GPS衛(wèi)星星座THEMIS磁層亞暴的起始和演化Hinode12Stereo〔日地關系天文臺〕

第一次由兩個衛(wèi)星從不同角度

觀測CME源區(qū)、構造、傳播方

向、速度、對地影響的有效性13Hinode第一次在0.3’’的空間分辨率下觀測太陽磁場的構造和演化太陽光學望遠鏡〔FG/SP)遠紫外成像光譜儀X射線望遠鏡143.空間天氣科學和運用的重要動向世界空間環(huán)境效力組織〔ISES〕非?；顫姟?/2)ＩＳＥＳ的成員包括11個國家和歐空局15空基和地基空間天氣數據效力〔實時〕空間環(huán)境警報和預告〔平均兩小時〕空間天氣事件記錄與總結〔每周〕空間天氣預告和警報規(guī)范制定〔完好描畫空間天氣形狀的目的體系〕6類方式預告：涉及行星際、地磁層、電離層。目前還沒有太陽活動模式預告。16空間天氣預告模型研討非?；顫姟?/2)太陽日冕太陽風磁層電離層物理為根底的，數值的模型耀斑CME高能粒子激波到達輻射帶地磁活動電子輪廓閱歷為根底的預告模型需求更好的提早1－3天CME預告17美國CISM(空間天氣綜合模型中心〕和CESM〔空間天氣模型中心〕

含伯克力、斯坦福、密西根等著名

學府、大氣海洋管理局等國家機構UniversityofCaliforniaStanfordUniversitySAICUniversityofColoradoNCAR/HAONOAA/SECRiceUniversitylabamaA&MUniversiAtyNCSAUniversityBostonDartmouthCollegeFloridaInstituteofTechnology18CISM的主要模型要素194.調整思緒利用Hinode、Stereo、SDO、THEMIS等大型設備和國內觀測，研討空間災禍天氣發(fā)活力理是工程最重要的目的之一空間災禍天氣初發(fā)的預告在國際上最薄弱，該當成為本工程的重點和特點日地聯(lián)絡和空間天氣域各層次耦合和相互作用的研討前兩年努力不夠，必需加強對空間天氣背景方式和預告模型的研討必需有系統(tǒng)和協(xié)調一致的努力要著力開展“磁大氣天氣學〞的實際框架20第24太陽周曾經在本月開場24周黑子23周黑子24周黑子北半球前導極性為負21三.調整意見22〔1〕強化數據積累與結合數據分析編制23周期間艱苦或典型空間天氣事件子樣目錄提出表征艱苦或典型空間天氣事件的典型空間環(huán)境參量，并搜集子樣目錄期間該參量的觀測數據進展常規(guī)分析，規(guī)范處置，將結果整理成相應的圖表等表述方式，并給出分析結論集合各組提供的觀測數據，構成23周災禍性空間天氣事件子樣〔數據庫〕；編輯整理成23周災禍性空間天氣事件集總結統(tǒng)計規(guī)律，以為進一步物理研討之根底搜集24周上升相艱苦事件，并與23周統(tǒng)計規(guī)律比較23〔2〕開展CME源區(qū)、初發(fā)、傳播、相互作用和對地有效性研討成果，開場CME預告努力工程的一個優(yōu)勢研討方向〔課題組3、4)23周完好子樣的系統(tǒng)研討－〔1〕對地CME完好子樣－大尺度源區(qū)，與活動區(qū)和外表磁活動聯(lián)絡，CME和激波、CME－CME相互作用，CME對地有效性；〔2〕行星際磁云完好子樣－日面源區(qū)，與CME的聯(lián)絡，決議磁云構造的日面和CME特征〔2021－2021〕CME可預告性討論，預告判據提取〔2021－〕CME唯像預告模型和物理模型〔2021－〕由第三課題組重點組織相關研討24〔3〕加強三個耦合研討太陽光球和日冕的耦合〔1、2、3〕－災禍性空間天氣的來源問題，由第二課題組牽頭太陽大氣、行星際與地球空間的耦合〔3、4、5〕－災禍性空間天氣的傳播與開展問題，由第四課題組牽頭磁層、電離層、中高層大氣耦合〔5、6〕－災禍性空間天氣的對地球空間有效性研討，由第六課題組牽頭工程專家組和工程首席把耦合研討作為后三年努力的重點25〔4〕進展空間天氣的方式集成及

空間天氣預告研討工程第7課題組在空間天氣預告研討和為國家艱苦空間方案效力上作了大量任務，但在方式集成研討方面面臨挑戰(zhàn)，加強第7組的集成研討力量成為后三年的重要義務。擬吸收〔1〕“國家空間天氣監(jiān)測預警中心〞熟習高能粒子預告的研討人員，〔2〕吸收熟習太陽風－磁層聯(lián)絡的研討人員參與相應任務工程第4、6組在空間環(huán)境背景和擾動傳播模型研討中均獲得顯著成果。4、5、6組與第7組的結合，將加強“空間天氣的開展和太陽活動的效應預告〞的研討，并構成以磁流膂力學為根底的CME傳播、到達時間和磁層、電離層呼應的預告模型。預告集成等強化研討需求添加3－5位新成員為籌辦我國本人的空間天氣模型中心做好預備26太陽耀斑模型表示圖地球磁層表示圖約40RE～日面350角秒一個太陽活動區(qū)的尺度27〔5〕開展磁大氣天氣學實際框架空間天氣科學的復雜性。我們今天的努力方向能否正確，能否抓住了本質？空間天氣預告提出的是一個新的科學問題。單單在各自領域的努力很難導致本質性的學科提高。閱歷模型和數值模擬模型都不能取代新思緒和新的實際框架。真正推進相關學科提高的是提出新的物理思緒和實際框架，并為實驗和觀測所證明?！按糯髿馓鞖鈱W〞能夠更代表了學科的性質和問題的本質。組織磁大氣天氣學研討小組，由工程首席擔任組織擴展的學術討論和攻關研討，每年平均組織2次協(xié)作研討，探尋其中的根本問題和主導性的科學規(guī)律。28〔6〕艱苦空間工程科學預研工程有責任組織對我國艱苦空間天氣探測方案的科學目的凝練和科學問題預研中法太陽小衛(wèi)星方案〔SMESE〕〔國家立項，已完成A項研討〕Kuafu空間天氣監(jiān)測方案〔預研國家立項〕空間太陽望遠鏡方案〔SST〕〔處在凝練科學目的和偏振光學中心技術研討階段〕國家大科學工程“子午工程〞〔國家立項〕29四.未來三年目的30未來三年的目的〔1/2〕根本把握空間災禍天氣發(fā)生和開展總體過程，特別是對空間災禍天氣的決議性要素CME源區(qū)、初發(fā)過程、傳播和相互作用、對地有效性作出國際上有重要影響的任務集成多學科交叉協(xié)作研討成果，開展和建立空間災禍天氣預告的空間環(huán)境背景方式，預告的觀測判據和物理根底，為我國艱苦航天義務效力的主要預告模型：〔1〕太陽耀斑和CME發(fā)生的預告方式〔2〕CME在背景太陽風中傳播和對地影響的預告方式，〔3〕磁暴和空間粒子暴預告方式，〔4〕電離層擾動和通訊保證預告方式31未來三年的目的〔2/2〕構建“磁大氣天氣學〞的根本實際框架，并在太陽和空間物理假設干根本問題研討中獲得本質性學科進展做好現(xiàn)有幾個艱苦空間天氣探測工程的科學目的凝練和科學預研，并在工程科學進展的根底上提出1－2項未來