新兴的交叉科学——空间天气学
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季 的。
对 流层 顶 以上 的 大 气处 于 什 么样 的状 态 ,是 否
会 影 响 人 类 的 生 存 和 发 展 ? 随 着 空 间技 术 的 发 展 ,人
1 Sp c n e n t al 4 a e Itr ai on /国 际太 空 2 O1 01 .2
▲ 一 次 大 的 日冕 物 质 抛 射
上 ,与 日 常所 说 的 天 气 一 样 ,空 间 天 气 也 有 好 、 差 和 恶 劣 之 分 。所 谓 好 的 空 间 天 气 是 指 太 阳 表 面 、行 星 际 空 间 、 磁 层 、 电 离 层 和 高 层 大 气 处 于 平 静 的 状 态 ,有
一
面 是 由 于空 间技 术在 最 近 2 年 才 普遍 地 进等 。
对流 层 是大 气 紧 贴地 面 的一 层 。它 的 下界 是地 面 。上 界 因纬 度 和 季节 而 不 同 。在低 纬 度地 区其上 界 为1 7—1 k m;在 中纬 度地 区 为1 8 0—1 k 2 m;在 高 纬 度地 区 仅 为8~9 m。 夏 季 的对 流 层 厚 度 大 于 冬 k
进入 第2 个峰年 ,因此在 2 1 - 0 4 - 间,是探 测 和研 究太 阳高能粒子 事件 、 日冕物质 抛射 和太 阳风 ,及 它 4 00 2 1# 期
们 对 空 间 环 境 影 响 的 最 佳 时 期 。 我 国 也 很 重 视 对 空 间 天 气预 报 的研 究 。 2 1 年 7 7 0 0 月2 日一 月2日, 中 国地 球 物 8
理学会 空间天气 学委 员会在上海 召开 了第七次全 国空间天 气学研 讨会 。此 次学术研 讨会 的规模 是历次会 议最 大 的 ,与会代表2 ( 4 多人 ,共提 交论 文近2 0 ,这反映 出我 国空 间天 气学事业 正呈现 蓬勃发展 的局 面 。 ) 0篇
1 什 么是 空 间天气
日常 所讲 的天 气是 指 发生 在 对流 层 内 、影 响人 类生活 、生产 的 中性 大气物理 图像 和物理状 态 ,例如
热 层 的 状 态 。 它 们 的状 态 可 影 响 空 间 和 地 面 技 术 系 统
就是 各种空 间暴 ,如强 的 日冕 物质抛射 、大耀 斑 、高 速太 阳风 、磁暴 、亚暴 和 电离 层突然骚 扰等 。研究 空 间天 气最重 要 的社 会和 经济方 面效益 ,在于通 过有 效
的警报 和预报 以及合 理 的系统设计 ,可 避免或 减轻恶
一
词 在 过 去 很长 一 段 时 间 内都 没有 被 公 众 所 了解 , 方 面 是 由于 当 时 空 间技 术 主 要 用于 军 事 ,另一 方
的性能和 可靠性 ,危及 人类 的生命 和健 康。恶 劣的 空 间天气 可 引起 卫星 运行 、通信 、导航 以及 电站输 送 网 络 的崩 溃 ,造 成各方 面的社会 经济 损失 。 上 述 空 间天气 定 义强 调 了其 消极 的 一面 。 实 际
新兴的交 叉科学 空间天气学
焦 维 新 ( 京 大 掌地 球 与 空 I 学 学 院 ) 北 司科
口 口通过 长期的 实践和研 究 ,人 们越 来越深刻地认 识到 , 太阳活动 变化 对空 间的 天 气影 响 巨大,并经常对人 类
社 会 尤其 是 运 行 中 的航 天 器造 成 威 胁 。 所 以 , 目前 对 空 间 天 气的 研 究 正 日益 受 到 重视 。 k 2 1 年 起 ,太 阳 活动 L 0( 1
类对从 对流层 顶一直 到太 阳大气 表面 这一广 阔空 间区 域 的物理 状态 有 了深 入 的了船 。这一 区域 既含有 中性 气体 ,又有 电离气体 和高 能带 电粒 子 ;既存 在稳定 的 重 力场 ,又 有 以各 种 时 间 尺 度 变化 的 电磁 场 。 在 大 约6 k 0 m以上 ,中性 大气 密度 和 温度 、电离 气体 的电 子密度等 参数 对太 阳变化 的响应极 为敏 感 ,幅度 变化 大。这些 参数迅 速而 大幅度 的 变化 还 能进一 步衍生 许 多效应 ,对地 面和空 间 的技 术 系统 产 生 明显 的影 响 , 甚 至使之 失效 。因此 ,人们 需要像 关心 日常 天气那 样 关心 对流 层 以上 的环境 状 态。这样 ,天气 概念 所涉 及 的空 间范 围 自然要扩展 。空 间天气 的概念 就是 在这 一 背 景下产 生的。 空 间天 气 是 一个 比较 新 的概 念 , 它的 内容 和 含 义仍 在发展 中,最普遍 的一种 理解 是 :空 间天 气是指 瞬 时或短 时间 内太 阳表 面 、太阳风 、磁层 、电离层 和
的 日常 生 活 。具 有 广 阔基 础 的 国家 空 间 天 气服 务 的 概 念 是 由代表 美 国 的 国家 基金 委 、国 防部 、航 空 航 天 局 、内 务部 、能 源 部 及 海洋 与大 气 管理 局 的一 个 小 组 于 1 9 年 提 出 的。 在此 之前 ,包括 中国 在 内的 9 4 许 多 国 家 的有 关 研 究部 门在 提 供 空 间 天气 信 息 方面 已做 了 大量 工 作 ,但 这些 工 作 没 有 组织 到 一 个协 调
劣 空 间 天 气 造 成 的 不 良后 果 。
历 史 上 ,第 一 个 有记 载 的空 间天气 损 害 技 术 系 统 的事件发 生在 1 4 年3 1 日 ,那天 在英格 兰观察 87 月 9
到 电报装置 上 的指 针 自发地偏 转。第一 个有记 载 的磁
暴 影 响电力 系统 的事件发 生在 1 4 年3 4 ,美 国 9 0 月2 日
和加拿 大 的电力 系统 在磁 暴期 间受到很 大影 响。这些
相 关事件 是空 间天气效 应 的早 期实例 。 人 类进 入 空 间时 代 以后 ,对 各 种空 间天 气现 象 开始 进 行 直 接观 测 , 因而 对 太 阳表 面 的 扰 动 、这 些
扰 动 在 行 星 际 空 间 的演 变 及 其 对地 球 空 间 的 一 系列 效 应 ,都 有 了 更深 入 的 了解 。 然而 , “ 间 天气 ” 空
对 流层 顶 以上 的 大 气处 于 什 么样 的状 态 ,是 否
会 影 响 人 类 的 生 存 和 发 展 ? 随 着 空 间技 术 的 发 展 ,人
1 Sp c n e n t al 4 a e Itr ai on /国 际太 空 2 O1 01 .2
▲ 一 次 大 的 日冕 物 质 抛 射
上 ,与 日 常所 说 的 天 气 一 样 ,空 间 天 气 也 有 好 、 差 和 恶 劣 之 分 。所 谓 好 的 空 间 天 气 是 指 太 阳 表 面 、行 星 际 空 间 、 磁 层 、 电 离 层 和 高 层 大 气 处 于 平 静 的 状 态 ,有
一
面 是 由 于空 间技 术在 最 近 2 年 才 普遍 地 进等 。
对流 层 是大 气 紧 贴地 面 的一 层 。它 的 下界 是地 面 。上 界 因纬 度 和 季节 而 不 同 。在低 纬 度地 区其上 界 为1 7—1 k m;在 中纬 度地 区 为1 8 0—1 k 2 m;在 高 纬 度地 区 仅 为8~9 m。 夏 季 的对 流 层 厚 度 大 于 冬 k
进入 第2 个峰年 ,因此在 2 1 - 0 4 - 间,是探 测 和研 究太 阳高能粒子 事件 、 日冕物质 抛射 和太 阳风 ,及 它 4 00 2 1# 期
们 对 空 间 环 境 影 响 的 最 佳 时 期 。 我 国 也 很 重 视 对 空 间 天 气预 报 的研 究 。 2 1 年 7 7 0 0 月2 日一 月2日, 中 国地 球 物 8
理学会 空间天气 学委 员会在上海 召开 了第七次全 国空间天 气学研 讨会 。此 次学术研 讨会 的规模 是历次会 议最 大 的 ,与会代表2 ( 4 多人 ,共提 交论 文近2 0 ,这反映 出我 国空 间天 气学事业 正呈现 蓬勃发展 的局 面 。 ) 0篇
1 什 么是 空 间天气
日常 所讲 的天 气是 指 发生 在 对流 层 内 、影 响人 类生活 、生产 的 中性 大气物理 图像 和物理状 态 ,例如
热 层 的 状 态 。 它 们 的状 态 可 影 响 空 间 和 地 面 技 术 系 统
就是 各种空 间暴 ,如强 的 日冕 物质抛射 、大耀 斑 、高 速太 阳风 、磁暴 、亚暴 和 电离 层突然骚 扰等 。研究 空 间天 气最重 要 的社 会和 经济方 面效益 ,在于通 过有 效
的警报 和预报 以及合 理 的系统设计 ,可 避免或 减轻恶
一
词 在 过 去 很长 一 段 时 间 内都 没有 被 公 众 所 了解 , 方 面 是 由于 当 时 空 间技 术 主 要 用于 军 事 ,另一 方
的性能和 可靠性 ,危及 人类 的生命 和健 康。恶 劣的 空 间天气 可 引起 卫星 运行 、通信 、导航 以及 电站输 送 网 络 的崩 溃 ,造 成各方 面的社会 经济 损失 。 上 述 空 间天气 定 义强 调 了其 消极 的 一面 。 实 际
新兴的交 叉科学 空间天气学
焦 维 新 ( 京 大 掌地 球 与 空 I 学 学 院 ) 北 司科
口 口通过 长期的 实践和研 究 ,人 们越 来越深刻地认 识到 , 太阳活动 变化 对空 间的 天 气影 响 巨大,并经常对人 类
社 会 尤其 是 运 行 中 的航 天 器造 成 威 胁 。 所 以 , 目前 对 空 间 天 气的 研 究 正 日益 受 到 重视 。 k 2 1 年 起 ,太 阳 活动 L 0( 1
类对从 对流层 顶一直 到太 阳大气 表面 这一广 阔空 间区 域 的物理 状态 有 了深 入 的了船 。这一 区域 既含有 中性 气体 ,又有 电离气体 和高 能带 电粒 子 ;既存 在稳定 的 重 力场 ,又 有 以各 种 时 间 尺 度 变化 的 电磁 场 。 在 大 约6 k 0 m以上 ,中性 大气 密度 和 温度 、电离 气体 的电 子密度等 参数 对太 阳变化 的响应极 为敏 感 ,幅度 变化 大。这些 参数迅 速而 大幅度 的 变化 还 能进一 步衍生 许 多效应 ,对地 面和空 间 的技 术 系统 产 生 明显 的影 响 , 甚 至使之 失效 。因此 ,人们 需要像 关心 日常 天气那 样 关心 对流 层 以上 的环境 状 态。这样 ,天气 概念 所涉 及 的空 间范 围 自然要扩展 。空 间天气 的概念 就是 在这 一 背 景下产 生的。 空 间天 气 是 一个 比较 新 的概 念 , 它的 内容 和 含 义仍 在发展 中,最普遍 的一种 理解 是 :空 间天 气是指 瞬 时或短 时间 内太 阳表 面 、太阳风 、磁层 、电离层 和
的 日常 生 活 。具 有 广 阔基 础 的 国家 空 间 天 气服 务 的 概 念 是 由代表 美 国 的 国家 基金 委 、国 防部 、航 空 航 天 局 、内 务部 、能 源 部 及 海洋 与大 气 管理 局 的一 个 小 组 于 1 9 年 提 出 的。 在此 之前 ,包括 中国 在 内的 9 4 许 多 国 家 的有 关 研 究部 门在 提 供 空 间 天气 信 息 方面 已做 了 大量 工 作 ,但 这些 工 作 没 有 组织 到 一 个协 调
劣 空 间 天 气 造 成 的 不 良后 果 。
历 史 上 ,第 一 个 有记 载 的空 间天气 损 害 技 术 系 统 的事件发 生在 1 4 年3 1 日 ,那天 在英格 兰观察 87 月 9
到 电报装置 上 的指 针 自发地偏 转。第一 个有记 载 的磁
暴 影 响电力 系统 的事件发 生在 1 4 年3 4 ,美 国 9 0 月2 日
和加拿 大 的电力 系统 在磁 暴期 间受到很 大影 响。这些
相 关事件 是空 间天气效 应 的早 期实例 。 人 类进 入 空 间时 代 以后 ,对 各 种空 间天 气现 象 开始 进 行 直 接观 测 , 因而 对 太 阳表 面 的 扰 动 、这 些
扰 动 在 行 星 际 空 间 的演 变 及 其 对地 球 空 间 的 一 系列 效 应 ,都 有 了 更深 入 的 了解 。 然而 , “ 间 天气 ” 空