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国家空间天气业务服务体系加快构建与应用——
给太阳“把脉”测空间“风云”

发布时间:2024年04月03日 来源:中国气象报社

“北京能不能看到极光?”“信鸽也会迷路?”“地磁暴有哪些影响?”3月24日,国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心)发布的地磁暴消息,引发了网友关于空间天气的热烈讨论。频繁出圈的空间天气,虽然发生在遥远的太空中,但影响却广泛深远——生活中的通信导航、能源电力、飞行安全等诸多方面,都受到它的影响;它的存在,也给人们带来极光等美好体验。

什么是空间天气?生活在地面上的我们,已经习惯了阴晴雨雪的天气变化,而远在“九霄之外”接近真空的宇宙空间里,同样存在着“天气”,这便是空间天气。空间天气研究的对象是距地球表面30公里以上的空间领域,主要包括日地空间的太阳日冕、行星际、磁层、电离层和中高层大气等。大部分的航天、卫星、通信、导航活动都发生或依赖于这个空间领域。为了更好地预报“太空天气”,2002年6月1日,国家空间天气监测预警中心(以下简称“空间天气中心”)成立,承担着我国空间天气监测预警、预报发布和应用服务等职责。经过20余年的建设,我国已基本建成监测、预报、服务三位一体的空间天气业务体系,形成了以定量预报为主的规范化预报预警业务,应用服务效益日益显著的同时,不断开拓新的应用领域。同时,“国家空间天气业务服务体系构建与应用”项目于近日获评2023年度中国气象服务协会科学技术奖气象科技创新类一等奖。

图为天地一体化空间天气综合业务观测网 空间天气中心 供图

在空间天气监测领域,空间天气中心已形成天地一体化的监测格局——地基监测方面,在15个省(自治区、直辖市)布设了地基空间天气观测设备84台(套),初步形成“三带六区”地基空间天气专业网布局;天基监测方面,依托风云系列气象卫星装载的12类49台(套)空间天气监测仪器,不断提升探测能力和精度,初步实现了对太阳、地磁、电离层和中高层大气重要参数的业务化监测。这些“上天入地”的气象监测“利器”,为精密监测空间天气打下了坚实的基础,我国也由此成为除美国外唯一具备空间天气全链条自主业务化监测能力的国家。

除了监测更精密,空间天气预报准确率也处于国际先进水平,其中部分预报技术领先国际水平。2023年,空间天气预警加入了国家突发事件预警发布体系,并于当年3月1日,通过国家突发事件预警信息发布平台首次发布太阳耀斑的信息提示。

为了推动空间天气灾害作为一种新型灾害纳入国家防灾减灾体系,空间天气中心首次系统提出空间天气灾害的概念及应对减缓策略,创新性设计了监测、预报、服务为主要内容的空间天气业务服务体系框架,让空间天气灾害应对策略和服务体系更加完善。

太阳活动引发灾害的同时,亦能带来令人叹为观止的视觉“盛宴”——极光。在2023年4月24日和12月1日、2024年3月25日等多个时段内,我国新疆、内蒙古、黑龙江等多地出现极光现象。针对极光,空间天气中心积极开展极光预报,根据极光产生的原理,通过对太阳爆发活动如日冕物质抛射的监测,获取其爆发位置、爆发强度、物质传输速度等要素,大致判断极光带的范围变化,并及时对外发布。预报内容包括极光可能发生的日期,结合地方气象部门给出的云图和天气预报信息,可以综合判断得到适合观测的位置区域、观测地区云图等信息,让极光爱好者有了“追光指引标”。

面向航天、航空、通信、导航与长距离管网等行业用户,空间天气中心开展了“气象+”服务,借助先进的业务服务技术和规范的业务服务模式,建立了《空间天气预警等级》《灾害性空间天气事件应急响应启动等级》等服务标准规范,开发了空间天气航空服务应用系统、空间天气手机应用软件等服务业务软件,使空间天气服务保障领域不断拓宽,经济社会效益显著。

2021年,应国际民航组织(ICAO)邀请,空间天气中心加入全球服务序列,成为ICAO全球空间天气服务的四大中心之一,并已完成七次14天×24小时的轮值挑战,以亮眼的成绩单证实了服务全球的能力,得到了国际、国内同行的广泛认可。

图为国际民航组织全球空间天气中心(中国)

此外,强烈的地磁活动可能会影响动物的迁徙和导航能力。如信鸽主要是借助地磁感应等完成导航飞行,地磁暴的发生会干扰其寻找方向,导致信鸽“找不到北”,进而出现归巢困难等问题。针对国内广大信鸽运动参与者,空间天气中心专门推出了“信鸽飞行指数预报”专业服务,根据信鸽远距离飞行的导航理论,结合太阳未来活动趋势、爆发可能性、时间跨度以及强度等,预判可能造成的信鸽导航误差,帮助指导信鸽司放运动,减少不必要的信鸽丢失。当然,太阳活动虽然会影响信鸽,但其对人体健康和日常航空出行的影响微乎其微。

日益精准的空间天气预报,让神秘的太空不再遥远未知。作为提升我国空间天气业务服务能力的重要平台,下一步,空间天气中心将以气象科技能力现代化和社会服务现代化为指引,大力推进全球空间天气中心能力建设,加强关键技术攻关突破,补齐能力短板,为人类驶向星辰大海不断贡献气象智慧。

(作者:李倩 责任编辑:张林