日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究课件.ppt

1、2022-8-13日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究日地空间灾害性天气的日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究发生发展和预报研究日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究一.项目任务要求日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究对科学问题的思考对科学问题的思考 本项目将在上一个本项目将在上一个973项目的基础上，以项目的基础上，以研究日地空间灾害性天气的产生机理和发研究日地空间灾害性天气的产生机理和发展规律为展规律为主线主线，以日地空间系统各层次的，以日地空间系统各层次的相互耦合与相互作用研究为相互耦合与相互作用研究为重点重点，以建立，以建立空间环境扰动的物理模型与预报模式为空间环境扰动的物理模型

2、与预报模式为基基本目标本目标，以满足国家对空间灾害天气预报，以满足国家对空间灾害天气预报的的重大需求为导向重大需求为导向，进行大尺度跨学科的，进行大尺度跨学科的创新与集成研究创新与集成研究日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究主要研究内容主要研究内容l空间天气发生的驱动源研究空间天气发生的驱动源研究导致太阳爆发和空间灾害性天气的太阳磁场的结构演化特征和磁流体动力学过程导致空间灾害性天气的太阳耀斑爆发、日冕物质抛射的源区、初发物理过程，对地有效性l空间天气的发展过程研究空间天气的发展过程研究太阳和行星际的耦合，太阳爆发在行星际的传播和相互作用行星际和磁层的耦合，磁层空间暴太阳、行星际和磁层能量输

3、入的电离层响应日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究l空间天气的预报研究空间天气的预报研究 空间天气的可预报性研究 基础研究成果的转化和灾害性空间天气过程的预报原理和方法研究 我国重大空间活动、特别是载人航天和探月工程的安全保障（1）灾害性预报模式研究：质子事件预报，CME初发和对地有效性预报，行星际磁场南向和地球空间暴预报；（2)预报服务保障研究：空间环境模式，空间天气预报和效应分析日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究创新研究思路创新研究思路 通过超过一个太阳周的空间灾害事件的跨学科的联合数据分析和统计研究，在揭示空间天气形成、发展和影响的链锁和因果关系上取得突破性进展 集成太阳、行星际和

4、地球空间暴等爆发现象研究成果，创立以“磁大气天气学”为基本构架的空间天气科学研究的理论体系日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究创新点创新点 观测对贯穿空间灾害天气全过程的日冕物质抛射系统研究（源区、初发、传播、相互作用、磁云和激波形成、对地影响及预报）理论以发生在太阳大气、行星际和磁层中不同等离子体环境、不同时空尺度的三维磁重联为突破口，发展首创性的理论和模型 预报为载人航天和探月工程服务的空间天气预报模式（质子事件预报、日冕物质抛射初发和对地有效性预报、行星际磁场南向预报）日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究五年预期目标五年预期目标基本把握空间灾害天气发生和发展总体过程构筑以“磁大气天气

5、学”为基本框架的空间天气科学研究体系，并在太阳和空间物理若干基本问题研究中取得实质性学科进展发展空间灾害天气研究中的新方法和新模式集成多学科交叉合作研究成果，发展空间灾害天气预报的物理基础、方法和规范为“十二 五”空间探测做好科学积累日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究二.任务调整考虑日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究调整的依据调整的依据两年来项目有那些主要进展和未完成的工作？国际上近年有那些重大空间天气监测设备投入工作？国际上近年空间天气科学和应用研究的动向如何？对未来三年调整的进一步思考有那些？日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究1.一年多来的进展和问题（简表）一年多来的进展和问题

6、（简表）研究方面研究方面主要进展和代表性工作主要进展和代表性工作待完成目标待完成目标驱动源和驱动源和发展过程发展过程观测研究观测研究CME源区和大尺度电流片、耀源区和大尺度电流片、耀斑和斑和CME初发过程、初发过程、CME磁磁云联系、激波云联系、激波/CME相互作用，相互作用，CME对地有效性对地有效性23周完整子样构周完整子样构建和系统研究；建和系统研究；各层次耦合和相各层次耦合和相互作用互作用,可预报性可预报性空间天气空间天气理论研究理论研究发电机理论，三维磁拓扑发电机理论，三维磁拓扑构架和磁重联，磁绳灾变构架和磁重联，磁绳灾变磁大气天气学磁大气天气学理论框架理论框架空间天气空间天气模式和

7、预模式和预报研究报研究背景太阳风和重联模型，背景太阳风和重联模型，CME到达时间预测，电离到达时间预测，电离层气候学模型，磁活动因层气候学模型，磁活动因素耀斑耀斑预报素耀斑耀斑预报CME初发预报，初发预报，从驱动源到近地从驱动源到近地空间连锁（因果）空间连锁（因果）关系，模型集成关系，模型集成和预报和预报日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究SDO April 2008太阳动力学天文台太阳动力学天文台P2P3P4P5CLFAGTStereo日地关系天文台日地关系天文台2.重大设备发展重大设备发展 （2007 ）SDO是美国是美国“与日同在与日同在”计划、计划、即空间天气计划的即空间天气计划的5

8、0颗卫星中颗卫星中的第一颗卫星的第一颗卫星,明年明年4月发射。月发射。将提供全日面向量磁场观测和多将提供全日面向量磁场观测和多波段的太阳活动监测，和其他重波段的太阳活动监测，和其他重大设备一起，将为空间天气监测大设备一起，将为空间天气监测和研究提供全新的重大研究机遇。和研究提供全新的重大研究机遇。FOMOSAT-3与与GPS卫星星座卫星星座THEMIS磁层亚暴的起始和演化磁层亚暴的起始和演化Hinode日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究 Stereo （日地关系天文台）（日地关系天文台）第一次由两个卫星从不同角度第一次由两个卫星从不同角度 观测观测CME源区、结构、传播方源区、结构、传播方

9、 向、速度向、速度、对地影响的有效性对地影响的有效性 日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究Hinode 第一次在第一次在0.3的空间分辨率的空间分辨率下观测太阳磁场的结构和演化下观测太阳磁场的结构和演化 太阳光学望远镜（FG/SP)远紫外成像光谱仪 X射线望远镜日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究3.空间天气科学和应用的重要动向空间天气科学和应用的重要动向世界空间环境服务组织（世界空间环境服务组织（ISES）非常活跃（）非常活跃（1/2)的成员包括的成员包括11个国家和欧空局个国家和欧空局日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究 空基和地基空间天气数据服务（实时）空基和地基空间天气数据服务（

10、实时）空间环境警报和预报（平均两小时）空间环境警报和预报（平均两小时）空间天气事件记录与总结（每周）空间天气事件记录与总结（每周）空间天气预报和警报规范制订（完整描述空间天气预报和警报规范制订（完整描述空间天气状态的指标体系）空间天气状态的指标体系）6 6类模式预报：类模式预报：涉及行星际、涉及行星际、地磁层、电离地磁层、电离 层。层。目前还没目前还没 有太阳活动模有太阳活动模 式预报。式预报。日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究空间天气预报模型研究非常活跃（空间天气预报模型研究非常活跃（2/2)太阳太阳日冕日冕太阳太阳风风磁层磁层电离电离层层物理为基础的，数值的模型物理为基础的，数值的模型

11、耀斑耀斑CME高能高能粒子粒子激波激波到达到达辐射带辐射带地磁活动地磁活动电子电子轮廓轮廓经验为基础的预报模型经验为基础的预报模型需要更好的提前需要更好的提前13天天CME 预报预报日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究CISM CISM 的主要模型要素的主要模型要素日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究4.调整思路调整思路u利用Hinode、Stereo、SDO、THEMIS等大型设备和国内观测，研究空间灾害天气发生机理是项目最重要的目标之一u空间灾害天气初发的预报在国际上最薄弱，应当成为本项目的重点和特点u日地联系和空间天气域各层次耦合和相互作用的研究

12、前两年努力不够，必须加强u对空间天气背景模式和预报模型的研究必须有系统和协调一致的努力u要着力发展“磁大气天气学”的理论框架日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究第第24太阳周已经在本月开始太阳周已经在本月开始24周黑子周黑子23周黑子周黑子24周黑子北半球周黑子北半球前导极性为负前导极性为负日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究三.调整意见日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究（1）强化数据积累与联合数据分析）强化数据积累与联合数据分析 编制23周期间重大或典型空间天气事件子样目录 提出表征重大或典型空间天气事件的典型空间环境参量，并收集子样目录期间该参量的观测数据 进行常规分析，规范处理，

13、将结果整理成相应的图表等表述形式，并给出分析结论 集合各组提供的观测数据，形成23周灾害性空间天气事件子样（数据库）；编辑整理成23周灾害性空间天气事件集 总结统计规律，以为进一步物理研究之基础 收集24周上升相重大事件，并与23周统计规律比较日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究（2）发展）发展CME源区、初发、传播、相互作用源区、初发、传播、相互作用和对地有效性研究成果，开始和对地有效性研究成果，开始CME预报努力预报努力 项目的一个优势研究方向（课题组3、4)23周完整子样的系统研究（1）对地CME完整子样大尺度源区，与活动区和表面磁活动联系，CME和激波、CMECME相互作用，CME对

14、地有效性；（2）行星际磁云完整子样日面源区，与CME的联系，决定磁云结构的日面和CME特征（20082009）CME可预报性探讨，预报判据提取（2009）CME唯像预报模型和物理模型（2010）由第三课题组重点组织相关研究日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究（3）加强三个耦合研究）加强三个耦合研究n太阳光球和日冕的耦合（1、2、3）灾害性空间天气的起源问题，由第二课题组牵头n太阳大气、行星际与地球空间的耦合（3、4、5）灾害性空间天气的传播与发展问题，由第四课题组牵头n磁层、电离层、中高层大气耦合（5、6）灾害性空间天气的对地球空间有效性研究，由第六课题组牵头项目专家组和项目首席把耦合研究作

15、为后三年努力的重点日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究（4）进行空间天气的模式集成及）进行空间天气的模式集成及空间天气预报研究空间天气预报研究 项目第7课题组在空间天气预报研究和为国家重大空间计划服务上作了大量工作，但在模式集成研究方面面临挑战，加强第7组的集成研究力量成为后三年的重要任务。拟吸收（1）“国家空间天气监测预警中心”熟悉高能粒子预报的研究人员，（2）吸收熟悉太阳风磁层联系的研究人员参加相应工作 项目第4、6组在空间环境背景和扰动传播模型研究中均取得显著成绩。4、5、6组与第7组的结合，将加强“空间天气的发展和太阳活动的效应预报”的研究，并形成以磁流体力学为基础的CME传播、到达

16、时间和磁层、电离层响应的预报模型。预报集成等强化研究需要增加预报集成等强化研究需要增加3 35 5位新成员位新成员 为筹办我国自己的空间天气模型中心做好准备为筹办我国自己的空间天气模型中心做好准备日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究太阳耀斑模型示意图地球磁层示意图约约40RE日面日面350角秒角秒一个太阳活动区的尺度一个太阳活动区的尺度日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究（5）发展磁大气天气学理论框架）发展磁大气天气学理论框架 空间天气科学的复杂性。我们今天的努力方向是否正确，是否抓住了本质？空间天气预报提出的是一个新的科学问题。单单在各自领域的努力很难导致实质性的学科进步。经验模型和数值

17、模拟模型都不能取代新思路和新的理论框架。真正推动相关学科进步的是提出新的物理思路和理论框架，并为实验和观测所证实。“磁大气天气学”可能更代表了学科的性质和问题的本质。组织磁大气天气学研究小组，由项目首席负责组织扩展的学术讨论和攻关研究，每年平均组织2次合作研究，探寻其中的基本问题和主导性的科学规律。日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究（6）重大空间项目科学预研）重大空间项目科学预研项目有责任组织对我国重大空间天气探测计划的科学目标凝练和科学问题预研 中法太阳小卫星计划（SMESE）（国家立项，已完成A项研究）Kuafu空间天气监测计划（预研国家立项）空间太阳望远镜计划（SST）（处在凝练科学

18、目标和偏振光学核心技术研究阶段）国家大科学工程“子午工程”（国家立项）日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究四.未来三年目标日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究未来三年的目标（未来三年的目标（1/2）基本把握空间灾害天气发生和发展总体过程，特别是对空间灾害天气的决定性因素CME源区、初发过程、传播和相互作用、对地有效性作出国际上有重要影响的工作集成多学科交叉合作研究成果，发展和建立空间灾害天气预报的空间环境背景模式，预报的观测判据和物理基础，为我国重大航天任务服务的主要预报模型：（1）太阳耀斑和CME发生的预报模式（2）CME在背景太阳风中传播和对地影响的预报模式，（3）磁暴和空间粒子暴预报模式，（4）电离层扰动和通讯保证预报模式日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究未来三年的目标（未来三年的目标（2/2）构建“磁大气天气学”的基本理论框架，并在太阳和空间物理若干基本问题研究中取得实质性学科进展做好现有几个重大空间天气探测项目的科学目标凝练和科学预研，并在项目科学进展的基础上提出12项未来空间探测的新概念和新思路培育就重大科学问题进行多学科合作研究的科学传统，培养能组织和领导交叉学科领域创新研究的优秀学者日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究五.加强学术管理2022-8-13日地空间灾害性天气的发生发展和预报研究