我国空间天气科学在观测课件.ppt

1、1空间天气十年空间天气十年魏奉思魏奉思中国空间天气保障能力发展战略建议中国空间天气保障能力发展战略建议咨询专家组咨询专家组中国科学院空间科学与应用研究中心中国科学院空间科学与应用研究中心空间天气学国家重点实验室空间天气学国家重点实验室2009.09.28回顾与展望回顾与展望2、什么是空间天气、什么是空间天气（1 1）空间环境）空间环境二、过去十年二、过去十年跨越发展的十年：科学与应用结合跨越发展的十年：科学与应用结合（1 1）美国十年）美国十年走向体制、机制的跨越发展走向体制、机制的跨越发展（2 2）中国十年）中国十年第一次起步的跨越发展第一次起步的跨越发展三、未来十年三、未来十年提升认知能力

2、向保障能力发展提升认知能力向保障能力发展（1 1）美国总统令）美国总统令目标之一是引领空间天气发展新战略目标之一是引领空间天气发展新战略（2 2）中国的发展战略）中国的发展战略实现第二次跨越发展：进入先进国家之列实现第二次跨越发展：进入先进国家之列空间天气十年空间天气十年（2 2）空间天气）空间天气3日球空间环境日球空间环境 （1 1）空间环境）空间环境日地空间环境日地空间环境 4 空间天气空间天气（Space WeatherSpace Weather）一词始于）一词始于19701970年年（M.M.DryerDryer博士在博士在“太阳活动观测和预报太阳活动观测和预报”一书的前言中说：一书的

3、前言中说：“做出准确的空间天气预报显然是需要有的做出准确的空间天气预报显然是需要有的”），），流行于流行于19951995年美国制定国家空间天气战略计划之后；我国科学家年美国制定国家空间天气战略计划之后；我国科学家大体同时也关注空间天气。大体同时也关注空间天气。空间天气空间天气的概念是在与地球天气类比的基础上发展起的概念是在与地球天气类比的基础上发展起来的（来的（T.M.GeorgesT.M.Georges,1967,1967和和T.Gold,1959)T.Gold,1959)，它研究离，它研究离开地表开地表2030Km2030Km以上直至太阳大气这整个日地空间环境中有以上直至太阳大气这整个日

4、地空间环境中有关关电磁环境电磁环境、粒子环境粒子环境和和大气环境大气环境的那些突发性的暴时变的那些突发性的暴时变化现象，尤如地球天气中的暴风雨、雷鸣闪电现象。化现象，尤如地球天气中的暴风雨、雷鸣闪电现象。太阳风暴示意太阳风暴示意2.2.空间天气空间天气太阳太阳X X射线爆发流量射线爆发流量记录曲线记录曲线太阳质子爆发流量记太阳质子爆发流量记录，流量可为正常值录，流量可为正常值的千万倍以上的千万倍以上行星际太阳风暴行星际太阳风暴V2千公里千公里/秒秒5太太 阳阳 电磁辐射电磁辐射高能粒子高能粒子日冕物质抛射日冕物质抛射地地 球球 空空 间间 环环 境境电磁环境电磁环境粒子环境粒子环境大气环境大气

5、环境突发性、急剧变化突发性、急剧变化空空 间间 天天 气气 灾灾 害害航天航天通信通信导航导航电力电力生命生命空间安全空间安全6地球同步轨道卫星、通讯卫星、地球同步轨道卫星、通讯卫星、GPSGPS、国际空间站、协和式飞机都会受到空间天气的影响、国际空间站、协和式飞机都会受到空间天气的影响l一切轨道高度载人和非载人的空间技术系统，都将受空间天气影响；一切轨道高度载人和非载人的空间技术系统，都将受空间天气影响；卫星故障大约卫星故障大约40%40%与空间天气条件有关，有时一次空间天气事件会使天上与空间天气条件有关，有时一次空间天气事件会使天上5959的的科学卫星受影响；宇航员与极区长航空机组人员和乘

6、客的健康与生命常受威胁；科学卫星受影响；宇航员与极区长航空机组人员和乘客的健康与生命常受威胁；l一切波段的通信、导航、定位都将受到空间天气的影响，严重时会全面中断；一切波段的通信、导航、定位都将受到空间天气的影响，严重时会全面中断；l空间天气影响电力、油气输运系统，特别是高纬地区，电网常损毁、断电；空间天气影响电力、油气输运系统，特别是高纬地区，电网常损毁、断电；l空间天气影响高技术战争和军事行动的所有任务领域，是军力倍增器；空间天气影响高技术战争和军事行动的所有任务领域，是军力倍增器；空间天气影响经济社会平稳运行、科技进步和空间安全，开始成为一门新兴的空间天气影响经济社会平稳运行、科技进步和

7、空间安全，开始成为一门新兴的 空间天气事业。空间天气事业。空间天气对人类活动的影响空间天气对人类活动的影响71.1.起步起步 1965-19951965-1995：了解日地空间自然现象的科学探索时期：了解日地空间自然现象的科学探索时期IQSY、IMS、SMY、STP、MAP、STEP等等2.2.跨越跨越 1995-20061995-2006：科学与应用结合的时期：科学与应用结合的时期以国家利益需求牵引的基础研究以国家利益需求牵引的基础研究（2）发展历程）发展历程美国空间环境实验室成立美国空间环境实验室成立美国空间天气十年战略计划美国空间天气十年战略计划 欧空局、俄罗斯、日本、加拿大、澳大利亚等

8、相继制欧空局、俄罗斯、日本、加拿大、澳大利亚等相继制定国家空间天气起步计划定国家空间天气起步计划空间天气研究成为国际科技活动热点之一！空间天气研究成为国际科技活动热点之一！83.3.腾飞腾飞 2007-20202007-2020：开始进入建立空间天气保障体系新时期：开始进入建立空间天气保障体系新时期国际国际ILWSILWS计划计划美国已制定新的十年计划美国已制定新的十年计划向向实时、精确、可靠的方向发展实时、精确、可靠的方向发展我国我国“夸父夸父”空间天气卫星探测计划将做出核心贡献空间天气卫星探测计划将做出核心贡献我国应建立地球空间天气保障体系我国应建立地球空间天气保障体系 美国气象服务和支撑

9、研究联美国气象服务和支撑研究联邦协调办公室（邦协调办公室（OFCMOFCM）建议了一）建议了一个积极的、融合的、部门间的个积极的、融合的、部门间的SWxSWx架构（架构（architecturearchitecture）在未来）在未来1010年内提供实时、精确和可靠的空年内提供实时、精确和可靠的空间环境观测、规范和预报。间环境观测、规范和预报。(国家安全空间架构国家安全空间架构/空间天气架空间天气架构研究构研究/转变战略，转变战略，1999.3.22)1999.3.22)4.4.服务服务2020-20302020-2030：国际化的全球空间天气保障服务体系将建立国际化的全球空间天气保障服务体系

10、将建立空间天气进入持续发展，为人类社会的文明进步服务，尤如今天的空间天气进入持续发展，为人类社会的文明进步服务，尤如今天的气象事业。气象事业。l 聚焦日地系统全球过程与集成建模研究；聚焦日地系统全球过程与集成建模研究；l 向局部空间区域精细化探测、建模和预报方向发展。向局部空间区域精细化探测、建模和预报方向发展。91.1.美国十年美国十年走向体制、机制的跨越发展走向体制、机制的跨越发展1995-20061995-2006：美国空间天气十年战略计划：美国空间天气十年战略计划以国家利益需求牵引的基础研究以国家利益需求牵引的基础研究 结论结论2.1 2.1 头十年。自头十年。自19951995年起，

11、国家空间天气计划年起，国家空间天气计划（NSWPNSWP）有若干显著的成就，其大多数成就若没有这个计）有若干显著的成就，其大多数成就若没有这个计划是不会取得的。美国有关安全、商贸和科学进步所信赖划是不会取得的。美国有关安全、商贸和科学进步所信赖的许多重要技术系统会受到空间天气事件的影响，的许多重要技术系统会受到空间天气事件的影响，制度化制度化的预报和防护机制业已取得了重要的跨越（的预报和防护机制业已取得了重要的跨越（stridesstrides）。）。二、过去十年二、过去十年跨越发展的十年：科学与应用结合跨越发展的十年：科学与应用结合10美国空间天气十年评估委员会美国空间天气十年评估委员会的的

12、四项建议四项建议（A A）加强统一的计划管理，建立国家资金优先权，增加国家空间天气计划加强统一的计划管理，建立国家资金优先权，增加国家空间天气计划NSWPNSWP的有效性的有效性u 在白宫科技政策办公室和管理与预算办公室在白宫科技政策办公室和管理与预算办公室（OMBOMB）中为计划建立一个专项中为计划建立一个专项（B B）关于空间天气预报和业务的关键数据源的持续性）关于空间天气预报和业务的关键数据源的持续性（C C）强化科学与用户链）强化科学与用户链u保持和加强任务性和战略性的空间天气研究保持和加强任务性和战略性的空间天气研究u加强模型到业务用户转变的重点和资源加强模型到业务用户转变的重点和资

13、源u联邦政府应保证联邦政府应保证NSWPNSWP关键数据源的连续性，特别是关键数据源的连续性，特别是L L1 1探测；探测；u新的、低簾的微小卫星技术的利用潜力应予考察新的、低簾的微小卫星技术的利用潜力应予考察（D D）提升公众和用户有关空间天气关系国家重要需求的认知）提升公众和用户有关空间天气关系国家重要需求的认知u量化由量化由NSWPNSWP产生的国家利益产生的国家利益u加强对新的空间天气专业人员的科学与专业的教育计划加强对新的空间天气专业人员的科学与专业的教育计划存在问题：存在问题：管理体制管理体制 关键的数据获取关键的数据获取 建模建模研究向业务转变研究向业务转变 专业人才不足专业人才

14、不足11红红没有能力满足给定区没有能力满足给定区域事件的要求；域事件的要求；红红/黄黄很有限的能力；很有限的能力；黄黄有一些能力但还不能有一些能力但还不能满足需求；满足需求；u建模与预报能力尚处发建模与预报能力尚处发展之中展之中u未来十年会迎来新飞跃！未来十年会迎来新飞跃！122.2.我国十年（我国十年（1997-20071997-2007）实现第一次起步的跨越）实现第一次起步的跨越l 双星计划、子午工程、前沿研究、体系建设双星计划、子午工程、前沿研究、体系建设目前位置目前位置199720072015一次跨越一次跨越 二次跨越二次跨越 进入前列进入前列 2020欧欧美美起步起步体制体制观测观测

15、研究研究13双星计划双星计划国家重大项目支撑国家重大项目支撑国家重大工程任务相继实施与启动国家重大工程任务相继实施与启动（A A）空间天气天基探测开始上轨道）空间天气天基探测开始上轨道14“夸父夸父”计计划划15空间环境监测系统空间环境监测系统l无线电无线电l地磁（电）地磁（电）l光学光学l探空火箭探空火箭u2020余种手段余种手段u2020余种参数余种参数为为项目项目提供提供120120E E子午链地基自主观测数据子午链地基自主观测数据“子午工程子午工程”监测监测120E子午链上空间环境的变化。子午链上空间环境的变化。（20072007年开工建设，地磁年开工建设，地磁/电离层电离层/中高层大

16、气链于中高层大气链于2008-2008-20092009建好，非相干散射雷达建好，非相干散射雷达20102010年全部建成）；年全部建成）；(B)(B)地基建设进步很快地基建设进步很快16v武汉大学武汉大学建成世界上第三台瑞利铁共振荧光激光雷达，建成世界上第三台瑞利铁共振荧光激光雷达，可测量可测量252580km80km的大气密度和温度。将中、高层大气测风的大气密度和温度。将中、高层大气测风精度最高的探测设备精度最高的探测设备VHFVHF、MSTMST雷达也在武汉大学进成；雷达也在武汉大学进成；v中国科技大学中国科技大学也正在建设瑞利钠激光雷达等地基观测；也正在建设瑞利钠激光雷达等地基观测；v

17、中国极地研究中心中国极地研究中心建成了中国南、北极综合观测站，获得建成了中国南、北极综合观测站，获得了该站三波段同时观测的极光全天空图像；了该站三波段同时观测的极光全天空图像；v信息产业部信息产业部2222所所也开始在全球部署电离层闪烁接收监测网也开始在全球部署电离层闪烁接收监测网等等；等等；v中科院地质与地球所中科院地质与地球所的地磁台链建设初见成效，负责牵头的地磁台链建设初见成效，负责牵头的电离层链也初具规模；的电离层链也初具规模；v中科院空间中心中科院空间中心在海南岛更新了先进的电离层数字测高仪、在海南岛更新了先进的电离层数字测高仪、地磁和其它综合观测；地磁和其它综合观测；17(C)(C

18、)基础研究开始站到国际前沿基础研究开始站到国际前沿u组织和参予了多项国家基础研究项目组织和参予了多项国家基础研究项目l国家基金委重大国家基金委重大“八五八五”、“九五九五”、“十五十五”、“十一五十一五”l国家国家973973：“十五十五”、“十一五十一五”l等等等等u 亮点工作：太阳大气磁天气过程、中阳风中磁流体湍动本质、亮点工作：太阳大气磁天气过程、中阳风中磁流体湍动本质、行星际扰动传播、磁层能量传输与释放、磁重联过程、中高行星际扰动传播、磁层能量传输与释放、磁重联过程、中高层大气的探测与研究、电离层区域异常与建模、太阳活动、层大气的探测与研究、电离层区域异常与建模、太阳活动、地磁、电离层

19、天气预报方法以及极区空间环境的探测研究等；地磁、电离层天气预报方法以及极区空间环境的探测研究等；u 获国家自然科学奖、陈嘉庚奖、何梁何利奖多项；获国家自然科学奖、陈嘉庚奖、何梁何利奖多项；u 国际空间研究委员会、欧空局、日地物理委员会多项奖励；国际空间研究委员会、欧空局、日地物理委员会多项奖励；u 国际国际SCISCI文章数和影响力快速提升，具一定规模和影响。文章数和影响力快速提升，具一定规模和影响。18(D)(D)学术交流活动助推学科发展学术交流活动助推学科发展v召开了六次全国空间天气学研讨会召开了六次全国空间天气学研讨会(1997-2007)(1997-2007)v第一届全球华人空间天气科

20、学大会（澳门第一届全球华人空间天气科学大会（澳门2005.112005.11）v第二届全球华人空间天气科学大会（南京第二届全球华人空间天气科学大会（南京2009.102009.10）v“中国空间天气发展战略计划建议中国空间天气发展战略计划建议”（20042004，科学，科学出版社）出版社）v空间天气学十问（科学时报发表，空间天气学十问（科学时报发表，200200）v科教片科教片“空间天气与人类活动空间天气与人类活动”已拍样片已拍样片提出提出“中国空间天气保障能力发展战略建议中国空间天气保障能力发展战略建议”，等等19(E)(E)队伍建设欣欣向荣队伍建设欣欣向荣新建设的有关空间天气研究的单位新建

21、设的有关空间天气研究的单位v国家空间天气学重点实验室国家空间天气学重点实验室v北京大学的空间天气分析中心北京大学的空间天气分析中心v中国气象局的国家空间天气监测与预警中心中国气象局的国家空间天气监测与预警中心v南京解放军理工大学空间天气专业设置南京解放军理工大学空间天气专业设置v大连海运学院等单位大连海运学院等单位v山东大学威海分校山东大学威海分校v湖南长沙大学：空间等离子体研究所湖南长沙大学：空间等离子体研究所v北京航空航天大学宇航学院空间物理专业北京航空航天大学宇航学院空间物理专业v等等等等。涌现出一批优秀中青年学术带头人（按姓氏笔画）涌现出一批优秀中青年学术带头人（按姓氏笔画）万卫星、马

22、志伟、王赤、王劲松、王传兵、邓晓华、宁百齐、冯学尚、万卫星、马志伟、王赤、王劲松、王传兵、邓晓华、宁百齐、冯学尚、付绥燕、史建魁、刘立波、陈鹏飞、陈耿雄、陈耀、陈涛、吕建永、付绥燕、史建魁、刘立波、陈鹏飞、陈耿雄、陈耀、陈涛、吕建永、陆全明、吴健、沈超、汪毓明、李义、李涛、肖伏良、杨惠根、张绍陆全明、吴健、沈超、汪毓明、李义、李涛、肖伏良、杨惠根、张绍东、张北辰、张效信、易帆、郑惠楠、夏利东、胡虹桥、赵华、秦刚、东、张北辰、张效信、易帆、郑惠楠、夏利东、胡虹桥、赵华、秦刚、徐寄遥、曹晋滨、赵振宇、窦贤康等徐寄遥、曹晋滨、赵振宇、窦贤康等20(F)(F)最佳国际合作架构开始形成最佳国际合作架构开

23、始形成v国际国际“双星双星Cluster”Cluster”合作计划的实施合作计划的实施v“夸父夸父”空间天气探测计划的诸多国家合作实施空间天气探测计划的诸多国家合作实施v“国际空间天气子午圈计划国际空间天气子午圈计划”的组织和实施的组织和实施v全球华人空间天气领域交流、合作框架的逐步建立，等等。全球华人空间天气领域交流、合作框架的逐步建立，等等。过去十年，我国空间天气科学在观测、研究、预报和队伍过去十年，我国空间天气科学在观测、研究、预报和队伍的能力方面实现起步的跨越发展，为下一个十年实现保障的能力方面实现起步的跨越发展，为下一个十年实现保障能力的跨越发展奠定了基础！能力的跨越发展奠定了基础！

24、21（1 1）美国总统令）美国总统令目标之一是引领空间天气发展新战略目标之一是引领空间天气发展新战略探索精神的复兴：美国空间探索远景规划探索精神的复兴：美国空间探索远景规划基本目标是：基本目标是：“通过有力的空间计划推进美国的通过有力的空间计划推进美国的科学科学、安全安全和和经济发展经济发展”u美国宇航局美国宇航局2006-2016战略计划之战略目标战略计划之战略目标3“将空间探索重新作为人类空间飞行计划的重将空间探索重新作为人类空间飞行计划的重点，制定平衡的科学、探索和航空总体计划点，制定平衡的科学、探索和航空总体计划”。三、未来十年三、未来十年飞跃发展：全球行为飞跃发展：全球行为226个子

25、目标：个子目标：3A 3A 从空间研究行星地球，加深科学认识，满足社会需求从空间研究行星地球，加深科学认识，满足社会需求地球科学地球科学3B 3B 认识太阳及其对地球和太阳系的影响认识太阳及其对地球和太阳系的影响日球层物理日球层物理3C 3C 增加有关太阳系起源和历史，地外生命存在的可能性，人增加有关太阳系起源和历史，地外生命存在的可能性，人类探索空间面临的灾害和资源的科学知识类探索空间面临的灾害和资源的科学知识行星科学行星科学3D 3D 发现宇宙的起源、结构、演化和命运，寻找类地行星发现宇宙的起源、结构、演化和命运，寻找类地行星天体物理学天体物理学3E 3E 增加航空基础领域的知识，发展技术

26、，提高飞机安全性能，增加航空基础领域的知识，发展技术，提高飞机安全性能，增强空域系统能力增强空域系统能力3F 3F 认识空间环境对人类行为的影响，测试新技术、新措施，认识空间环境对人类行为的影响，测试新技术、新措施，保障人类长期的空间探索保障人类长期的空间探索23在美国宇航局战略计划中描述其目标之一在美国宇航局战略计划中描述其目标之一“认识太阳及其对地球和太阳系的影响认识太阳及其对地球和太阳系的影响”时写到时写到 “人类的生命与太阳的活动紧密相关，太阳的人类的生命与太阳的活动紧密相关，太阳的变化严重影响地球上生命的生存。太阳亮度的长变化严重影响地球上生命的生存。太阳亮度的长期变化造成了冰川纪；

27、期变化造成了冰川纪；11年太阳活动周期造成的年太阳活动周期造成的强耀斑和日冕物质抛射，影响地球，干扰通信和强耀斑和日冕物质抛射，影响地球，干扰通信和导航，威胁航天员的生命，毁坏卫星，造成电网导航，威胁航天员的生命，毁坏卫星，造成电网故障。对太阳活动性及其对太阳系影响的研究将故障。对太阳活动性及其对太阳系影响的研究将为非载人和载人探索提供安全保障。为非载人和载人探索提供安全保障。”24 25人类历史上的第一次人类历史上的第一次 太阳探测器太阳探测器（Solar ProbeSolar Probe）将飞往太阳系尚未被探测的区域之）将飞往太阳系尚未被探测的区域之一一太阳大气或日冕，第一次飞近到离太阳太

28、阳大气或日冕，第一次飞近到离太阳9.5Rs9.5Rs（或（或4Rs4Rs）去看太阳，）去看太阳，这将是人类历史上的第一次这将是人类历史上的第一次具有划时代意义的飞行任务具有划时代意义的飞行任务。2627指导思想指导思想l 以基本能力建设为主线以基本能力建设为主线l 以凝练国家重大项目任务为核心以凝练国家重大项目任务为核心l 以提升自主创新能力和国家空间安全保障能力为目标以提升自主创新能力和国家空间安全保障能力为目标l 以减轻或避免空间天气灾害，服务经济社会发展和人类和平进步以减轻或避免空间天气灾害，服务经济社会发展和人类和平进步事业为宗旨事业为宗旨战略目标战略目标l 发展空间天气全球整体行为的

29、发展空间天气全球整体行为的监测能力监测能力l 提升空间天气提升空间天气科学前沿研究的创新能力科学前沿研究的创新能力l 增强空间天气增强空间天气集成建模和预报能力集成建模和预报能力l 拓展空间天气拓展空间天气效应与服务的应用能力效应与服务的应用能力十年计划：建设地球空间天气保障体系十年计划：建设地球空间天气保障体系（2 2）中国将努力实现第二次跨越发展：进入先进中国将努力实现第二次跨越发展：进入先进国家之列国家之列28l“夸父夸父”计划、磁层计划、磁层/电离层电离层/热层（热层（MITMIT）计划、小卫星计划）计划、小卫星计划l 子午工程二期子午工程二期l 重大研究计划重大研究计划l 体系建设体

30、系建设目前位置目前位置199720072015一次跨越一次跨越 二次跨越二次跨越 进入前列进入前列 2020中国中国欧欧美美起步起步体制体制观测观测研究研究体制体制观测观测研究研究主要标志主要标志29已批准为预研：已批准为预研：l“夸父夸父”空间天气探测卫星计划；空间天气探测卫星计划；正在推动：正在推动：l空间天气小卫星序列计划；空间天气小卫星序列计划；l空间天气重大研究计划；空间天气重大研究计划；l地球空间环境综合监测网地球空间环境综合监测网(子午工程二期子午工程二期)；l磁层磁层/电离层电离层/热层热层(MIT)计划；计划；l地球空间天气保障体系专项计划地球空间天气保障体系专项计划(十年计

31、划十年计划)。正在实施：正在实施：l国家重大基金研究项目；国家重大基金研究项目；l国家重点研究计划国家重点研究计划(973项目项目)；l子午工程子午工程(2010建成建成)。战略任务战略任务 管理、计划、预报、防护体系建设管理、计划、预报、防护体系建设30十十 年年 愿愿 景景 实现我国空间天气科学（在监测、研究、预报和建模等）实现我国空间天气科学（在监测、研究、预报和建模等）进入先进国家之列的跨越发展；进入先进国家之列的跨越发展；初步具有应对严重空间天气灾害的保障能力，为减轻或避初步具有应对严重空间天气灾害的保障能力，为减轻或避免空间天气灾害做出中国人应有的贡献。免空间天气灾害做出中国人应有的贡献。期盼多一些人期盼多一些人仰望星空仰望星空 “一个民族都只关心脚下的事情，那是没有未来的；多一一个民族都只关心脚下的事情，那是没有未来的；多一些人仰望星空，这个民族才有希望。些人仰望星空，这个民族才有希望。”（温总理在同济大学建校（温总理在同济大学建校100100周年庆祝活动期间的讲话）周年庆祝活动期间的讲话）恭祝恭祝 参加本次会议的全球华人代表在南京度过一段难忘时光参加本次会议的全球华人代表在南京度过一段难忘时光