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    空間天氣可以監測預報嗎?

    發布時間:2022年06月01日 來源:中國氣象報社

    出門時看一眼手機上的天氣預報,已成為很多人的習慣??臻g天氣可以像地球上的天氣一樣,實現監測預報嗎?

    ????監測篇

    如同地球天氣中的風霜雨雪等,空間環境中也存在著可以探測的環境參數,只不過是粒子、磁場、電磁波等參量。與地面天氣監測系統相比,空間天氣監測具有一些顯著不同的特點。

    首先,監測的空間范圍很大,從監測距地面20—30千米高度的中高層大氣往上直至太陽表面。

    其次,監測的物理對象復雜,既要監測中高層大氣中的溫度、密度、速度等流體力學參數,也要監測電離層、磁層和行星際以及太陽表面的粒子、場和溫度等等離子體參數。

    再次,監測對象的時空尺度變化范圍大,既要監測電離層中局地分布的數分鐘和數千米范圍內不均勻結構的時空變化,又要關注整個日地系統超過1.5億千米范圍內的空間天氣因果鏈上關鍵區域的空間天氣參數的整體分布和變化。

    空間天氣監測的手段很多:對電磁波,可以使用光學遙感和無線電手段來觀察;對磁場,采用磁通門或磁阻技術來感知;對粒子,可以用半導體或靜電分析儀的手段來監測。

    在空間天氣研究和業務中通常關心以下三個主要區域:空間天氣的源頭——太陽,該區域到地球約1.5億千米;空間天氣傳播與演化的日地連線區域——日地行星際和磁層,該區域從太陽表面一直到地面數千千米高空;空間天氣的地球響應區域——電離層和中高層大氣,該區域從數千千米高空一直到距地面20—30千米高度。

    從空間天氣業務需求來說,需要對從太陽-行星際-磁層空間-電離層和中高層大氣這一空間天氣事件因果鏈上的重要區域進行必要監測。監測內容包括:太陽表面的活動區、行星際、磁層和電離層中的粒子、電場、磁場和波動等等離子體和電磁參數,熱層和電離層中的密度、溫度和速度等流體參數。

    ????預報篇

    當貨運飛船和人造衛星要發射到幾百千米至幾萬千米高的近地空間中,當航天員需要出艙進入接近真空的太空環境里,空間天氣預報就成了新的關注點。

    太陽大氣中充滿了五花八門的活動現象,其中一些劇烈的爆發現象會對空間天氣產生顯著影響,比如太陽耀斑、日冕物質拋射、太陽質子事件等??臻g天氣預報就是預測預報空間天氣事件及其影響。

    空間天氣預報員會收集最新的觀測數據,包括各個波段的太陽圖像、太陽X射線流量、太陽磁場、地磁指數、電離層狀態等,對這些數據進行綜合分析,結合觀測數據、數值模擬等做出預報,與首席預報員進行會商,得出空間天氣預報結論,并制作各種預報產品。

    空間天氣預報產品種類很多,包括日報、周報、月報、年報等??臻g天氣日報總結過去24小時的空間天氣情況,并預報未來1—3天的空間天氣狀態,包括太陽活動水平、地磁活動水平以及電離層狀態等;空間天氣周報則是總結最近7天的空間天氣態勢,預報未來7天空間天氣趨勢。當有大耀斑、地磁暴等重要的空間天氣事件發生時,還會發布空間天氣現報等產品。

    早期的空間天氣預報主要關注太陽黑子的外觀變化,比如黑子個數的增減、形態的改變等,有點像過去的看云識天氣,通過云朵的形態和數量預測天氣變化。

    現在,以觀測數據和科學理論為基礎,通過太陽表面物理參數預測耀斑發生的概率、通過數值模型計算太陽風參數等方法正在不斷發展,空間天氣預報開始邁入數值化時代。隨著各國探測飛船和衛星的發射,新的觀測數據源源不斷,空間天氣預報水平也將穩步提高。

    (作者:黃聰?宋喬?責任編輯:閆泓)

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