最新空间研究描绘空间天气云图

　　本报记者操秀英

　　聚焦创新研究群体

　　在中科院空间科学与应用研究中心5楼的一间实验室里，一块巨大的屏幕显示了太阳风与地球磁层相互作用的过程。这就是王赤带领的“空间天气基本物理过程和集成预报模式研究”创新群体利用三维太阳风数值模式描述的太阳风暴扫过地球空间，引起地球空间环境剧烈变化的情形。

　　空间天气连锁变化过程和集成模式研究是当代空间天气研究中极富挑战的前沿课题之一。它涉及太阳大气、行星际空间、磁层、电离层和中高层大气科学的多学科交叉、渗透和交融。“我们这个群体里的5名国家杰出青年基金获得者，是这5个领域的研究骨干，空间天气连锁变化过程将我们有机联系在一起，这是我们群体的最大特点。”群体学术带头人、中国科学院空间天气学国家重点实验室主任王赤说。

　　具体说来，太阳上所发生的一切现象都影响着地球的空间环境，也影响着人类的日常生活和生存发展，太阳的磁场剧烈变化和物质抛射是空间天气的重要组成部分。王赤介绍说，空间天气包括太阳爆发活动、太阳风暴、磁暴、磁层亚暴、电离层暴和粒子暴等。由于日地空间环境是由太阳日冕、行星际和地球空间共同构成，因此太阳的任何一个活动如太阳黑子、耀斑、日冕物质抛射等都会造成空间环境的剧烈变化。

　　日地系统的空间是人类生存发展的重要活动场所，卫星、通信、导航、气象、资源、海洋利用和减灾防灾等领域都因它而获益；另一方面，太阳活动产生的巨大能量和物质抛向地球，引起空间环境发生灾害性变化，对高技术系统和国防安全构成越来越严重的威胁。例如，运行在300—400公里以上高度的卫星很容易受到这些空间天气变化的影响。据统计，40%的航天故障都由空间天气变化引起。空间天气还严重影响通信、导航和定位，定位精度通常在10米左右的民用GPS也可能由于电离层扰动出现几百米的误差。因此，从上世纪90年代后期开始，空间天气研究迅速成为国际科技活动的热点和重大前沿领域之一。

　　承担“地球空间双星探测计划（简称双星计划）”和“东半球空间环境地基综合监测子午链（简称子午工程）”两个重大项目的中科院空间天气学重点实验室，也将发展太阳大气—行星际—地球磁层的统一、集成的数值模式和日地空间天气综合预报模式和方法作为主攻方向。在此背景下，“空间天气基本物理过程和集成预报模式研究”创新团队得到基金委的支持。

　　“我们的目标是分别建立这5个区域的模型，并在此基础上创建贯穿5个区域的空间天气集成预报的大模型。”王赤说。

　　目前，5个区域的独立模型均已完成。其中，该群体建立的高效稳定的三维太阳风数值模式和磁重联模式，被美国空间天气预报中心科学家认为是国际上三大日冕—行星际磁流体模型之一，其开发的基于太阳活动观测的预报日冕物质抛射渡越时间的SPM方法，预报精度优于目前流行的其他模型。

　　他们合作建立了全球三维磁流体力学数值模型，使我国成为国际上少数拥有能描述太阳风—磁层—电离层耦合系统数值能力的国家之一。定量描述了行星际激波与磁层的相互作用，预测了地球空间磁场变化的特征，得到了卫星观测数据的证实。并且首次发现弓激波给场向电流和越尾电流供电，提供了地球空间大尺度电流体系的整体图像。

　　此外，该团队利用最新的卫星探测数据，研究了全球大气动力学结构和过程，提出了分解全球纬圈平均背景场和潮汐波以及它们季节和长期变化特征的新方法，建立了自主的基于大气探测数据的平流层—中间层—低热层大气动力学第一代模式，与观测数据比较表明，该模式比现有国际上公开的大气模式具有更高的可信性和精度。

　　与此同时，群体的成立加强了实验室的国际合作。“以前只是科研人员之间点对点的交流，现在是以团队为基础的全方位的合作，”王赤说，“比如说，在力量比较薄弱的中高层大气热层领域，我们考虑和美国国家大气研究中心合作，希望引进他们的模式。”

　　“国内也有不少实力很强的空间天气研究和建模的团队，我们下一步的目标是，以我们的创新群体为核心，联合全国的优势力量，形成一个大团队。”王赤表示。

　　对于最终目标，王赤指着文章开头的那块大屏幕告诉记者：“这块屏幕将继续扩大，演示太阳大气的爆发，太阳风是如何传播到地球的，将引起地球上的哪些变化。我希望这个设想10年内能实现。”

　　群体名片

　　“空间天气基本物理过程和集成预报模式研究”创新研究群体：王赤、冯学尚、曹晋滨、沈超、徐寄遥、史建魁、秦刚。该群体依托于中科院空间天气学国家重点实验室，致力于开展空间天气事件连锁过程及因果链模式研究，在空间天气过程所涉及的所有空

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