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    随着我国经济社会的发展和科学技术的进步,无论是日益频繁的空间活动本身,还是对卫星依赖性越来越高的高技术系统,以及现代化的国家安全体系,都对空间天气业务的需求日益强烈。在这一形势下,迫切需要展开空间天气学的研究和应用,因而空间天气学成为我国社会发展与科技进步面临紧迫战略需求的多学科交叉领域,是关乎国计民生的基础研究领域。与此同时在世界范围内多个空间天气计划的相继制定、组织与实施表明,空间天气学也是当前国际科技活动热点之一,是当代可望取得重大原创性新成就的重大前沿领域。

    由于日益增长的社会和国防需求,国家批准中国气象局于2002年成立国家空间天气监测预警中心,开始国家级空间天气业务运行。在此背景下,中国气象学会于2003年成立卫星气象与空间天气学委员会。为适应空间天气业务的发展,2007年,中国气象学会决定成立专门的空间天气学委员会。

    1.国外空间天气业务发展状况和发展趋势

    人类活动越来越多地依赖各种天基和地基系统,而这些系统却在极端空间天气面前显得非常脆弱。一些国家逐渐意识到极端空间天气的危害,纷纷制定空间天气计划,开展空间天气服务。
    美国于1995年率先制定“国家空间天气战略计划”,随后又分别于1997年、2000年发布了美国“国家空间天气执行计划”。在该计划的指导下,美国的空间天气业务在近10年中发展迅速,初步建立了较为完整的业务技术体系,空间天气服务广泛而深入。美国航空航天局(NASA)专门成立了空间天气局,执行一系列空间天气观测使命和信息服务;美国国家大气海洋局(NOAA)的空间天气预报中心(SWPC,原空间环境中心SEC)和美国空军第55天气中队分别为民间用户和军方提供空间天气服务。欧洲空间局(ESA)以市场为引导,主持制定了欧洲空间天气计划。法国、德国、英国、意大利、俄罗斯、加拿大、瑞典、日本、澳大利亚等数十个国家也都制定了各自的空间天气起步计划。

    1) 美国NOAA 空间天气预报中心(SWPC)
    2007年10月1日,“空间环境中心(SEC)”正式更名为“空间天气预报中心(SWPC)”。“空间环境”一词的出现曾经促进了政府部门和社会公众对空间天气的理解,而“空间天气”更能体现空间区域物理特性的动态特征和不同物理要素之间的内在联系。另外,新的名称清晰地传达了空间天气预报中心的职能和业务范围,以及其可操作性,并与其它八个美国国家环境预报中心(NCEP)保持一致。名称的更改体现了空间天气业务与传统气象业务之间天然的联系,更能体现空间天气的内涵,以及SWPC作为美国国家空间天气业务机构的主导地位。
    SWPC是民用的空间天气业务中心,为用户提供正式的空间天气预报和警报。SWPC包括三个职能机构:预报分析部、科技引进部、技术支撑部,拥有职员46人。值得特别指出的是,由于体制因素,SWPC并不负责监测和服务。另外,SWPC还有美国空军天气机构联络员2人、环境科学合作研究所(Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences,CIRES)职员24人、加拿大国家研究委员会(National Research Council,NRC)博士后与空间天气模式集成中心(Center for Integrated Space Weather Modeling, CISM)联络员3人、客座科学家及其他人员6人。
    2001年,SWPC开始真正进入使用数值预报的新阶段。目前SWPC空间天气服务的业务化已经较为完善,产品的时间尺度涵盖了实时、短期(2-5天)、周、月、季,内容包括了空间天气的各种指数预报和警报,逐日空间天气事件的实况资料、评价、专家建议以及事后分析,这些资料和信息每15分钟就更新一次,基本上做到了连续滚动发布。2005年1月,SWPC正式加入国家天气局(NWS),标志着美国的空间天气业务正式成为日常气象服务的一部分。

    2) 欧洲空间局空间天气计划
    欧空局的“空间环境和效应分析部”主持制定了欧洲空间天气计划。在分析执行空间天气计划所能够获得的效益后,欧洲确定了以市场为引导来开展空间天气研究和服务,做到了空间环境的描述、预报和效应分析的有机结合。
     欧空局初步开展了空间天气业务,发展重点定位在空间天气监测卫星及相关探测仪器装备、空间天气研究、空间天气预报和服务等方面。并确定了空间天气领域三个专项任务,即内部磁场监测卫星(IMM)计划、太阳风监测卫星(SWM)计划和太阳活动监测卫星(SAM)计划。
    然而此前,欧空局科学部却一直不愿使用“空间天气”一词,认为该词不够科学。直到2007年欧空局科学部组织了广泛的调研,最后发现“空间天气已经渗透到超出想象的范围”。据此,欧空局开始规划空间天气服务,逐渐将空间天气确定为空间研究与应用中的一个重要部分。 目前,欧空局尚没有完整的空间天气服务系统。

    3) 国际合作及机构
    空间天气服务的国际合作始于1928年国际无线电科学联盟(URSI)定期发布无线电环境预报,随着1957-1958国际地球物理年(IGY)期间“世界日”日历的制定以及一系列区域预警中心(RWC)和全球预警机构的建立,国际合作逐步深入。1962年这些机构重组合并,命名为“国际空间环境服务机构(ISES)”。
    国际空间环境服务机构是天文与地球物理数据分析服务联盟(FAGS)在国际无线电科学联盟(URSI)与国际天文联盟(IAU)和国际大地测量和地球物理联盟(IUGG)的联合资助下的常设服务机构。ISES目前拥有12个区域预警中心,分别位于澳大利亚、比利时、加拿大、中国、捷克共和国、法国、印度、日本、波兰、俄罗斯、瑞典和美国,位于南非和巴西的新的区域预警中心目前正在积极加入。而作为“全球预警机构”的SWPC,扮演着全球数据交换和预警的重要角色。 ISES由ISES官员、每个ISES中心的代表、以及来自于诸如国际天文联盟(IAU)、国际大地测量和地球物理联盟(IUGG)、国际无线电科学联盟(URSI)等国际科学协会理事会的联络代表组成的执行委员会管理。执行委员会由推选的主任领导,并每年举行一次例会。 ISES是一个十分松散的研究特征明显的组织,无法从实质上协调各国的空间天气服务。

    4) 空间天气事务正式进入世界气象组织(WMO)框架
    ISES隶属于国际科学联合理事会(ICSU),反映出其对空间天气科学研究的重视。近年来,空间天气已经从研究开发发展到业务服务,ISES需要向更加可操作层面上发展重组其机构。在这一点上,WMO可以在协调需求、观测、数据格式和信息交换等操作问题的国际合作方面提供足够的平台。并且,WMO在与各应用领域用户交互方面的经验可以给空间天气服务以重要的启示,尤其WMO与国际民航组织(ICAO)和国际电信联盟(ITU)之间的联系有助于引导航空和通信部门的空间天气服务。
    2007年6月15日,世界气象组织收到一封ISES的来信,信中明确表达了ISES希望与WMO合作、并协助WMO定义空间天气领域的机构的意愿。2008年6月,WMO通过了ISES提交的《世界气象组织在空间天气领域的潜在作用》报告,开始涉足空间天气事务。

    2. 国内空间天气业务发展状况

    我国大规模的空间天气研究开始于20世纪90年代中后期。1999年国家科技部等10个部委提出“国家空间天气战略规划建议”,形成空间天气连锁过程的系统性理论框架,建立空间灾害性天气事件的因果链模式及综合预报方法;实现多学科、大跨度交叉,针对信息、材料、生命和国家安全等领域,开拓空间天气对人类活动影响机理与防护的研究;发展空间天气卫星探测新概念和探测技术新原理、新方法。
    相比而言,我国的空间天气业务起步较晚。在载人航天和863计划的系统支持下,中国科学院空间科学与应用研究中心的空间环境预报中心于1992年开始筹建,1999年正式投入运行并针对载人航天提供空间环境专项服务。国家天文台是我国开展太阳活动预报的主要单位,信息产业部电波传播研究所是我国开展电离层天气预报的主要单位。2003年底,中国科学院将其所辖涉及空间天气预报的部门组合成一个非法人机构—中国科学院空间环境研究预报中心。总参气象局等军口单位也在积极推进军事空间天气业务。2002年,国家正式批准在中国气象局成立“国家空间天气监测预警中心”,表明我国的国家级空间天气业务正式开始。
    在空间天气探测领域,根据我国国情,贯彻卫星搭载观测、发射空间探测卫星和建立地面观测台站这一天基、地基相结合的方针,取得大量数据。70年代后期以来,相继在返回式卫星、地球同步通信卫星、风云系列卫星以及资源卫星上进行空间探测仪器的搭载探测,对太阳事件、高能粒子、地球辐射带以及近地空间环境进行了较为系统的观测。与此同时,陆续发射了“实践”系列、“大气一号”空间探测卫星,我国首次开展的空间科学探测-双星探测计划也取得了丰硕的成果。1950年以来,我国逐步建立了一批地磁观测台、电离层观测台、宇宙线观测台、太阳观测台、极区空间天气监测台站以及中高层大气火箭探测基地,这些观测设施分布在中国地震局、信息产业部、中国科学院、国家海洋局等部门。
    1994年正式提出的国家重大科学工程“子午工程”目前已进入实施阶段。其主要的目标是新增少量仪器,充实和完善东经120o附近的北起漠河,经北京、武汉、海南并延伸到南极的综合观测链。子午工程将整合国内分散在多部门的监测能力。
    2006年1月12日,国务院正式下发《关于加快气象事业发展的若干意见》,对空间天气监测预警工作提出了明确的要求,表明我国空间天气业务服务进入全面启动阶段。目前,国家空间天气监测预警中心以“三带六区”规划为指导,在监测、预报和服务等方面发展比较平衡,已经初步形成了业务体系雏形,形成了日常预报、周报、月报和年报等系列的常规产品;在太阳与行星际天气、磁层天气、电离层天气等方面进行回顾、预报、现报和警报,通过网络、电视、纸质报告对外发布;已经初步具备了业务化运行能力,形成了比较完善的业务流程规范和预报技术规范,能够提供系列的空间天气服务产品,已经多次为航天任务和重大任务提供空间天气保障服务,积累了经验,提高了部门信誉;逐步开始建设和规划地基监测站网,风云系列卫星轨道是空间天气监测最有利的轨道,已经初步具备了天基监测的能力。
    国内有能力开展综合和部分的空间天气业务相关工作的单位有十余家,在不同的研究的领域和应用领域具备相对优势。相关单位可分为三类:综合型单位、特色型单位和研究型单位。

     3. 空间天气业务发展趋势

    上世纪80年代以来,国际上许多科学组织积极推进国际合作,实施了一系列重大计划进行空间天气探测和研究,如国际日地物理计划(ISTP)、日地能量计划(STEP)、国际与星同在计划(ILWS)、日地连接计划(SEC)、日地系统空间气候与天气计划(CAWSES)等,对近地空间系统和整个日地系统进行全结构和全过程的探测和研究,并将日地系统各圈层作为一个有机系统,定量地了解发生在其间的各种耦合过程与因果关系。在未来三十年(2006-2035年)的空间物理和太阳系空间天气探测领域中规划了规模宏大的从太阳到行星际再到地球空间的探测计划,日地联系的探测成为国际空间探测的主要方向。这些大型国际研究计划的实施,大大加深了人们对日地系统整体行为及各种空间天气现象之间物理联系的认识,推动了空间天气监测、分析、研究和预报一体化的进程。
    发展全方位、多要素综合、天地配合、立体的空间天气观测能力,并据此建立大型空间天气数据库,特别是具有在线数据发布能力的空间天气数据库及其共享服务系统,开发空间天气预报模式和加强空间天气效应分析是以美国为首的航天大国在空间天气领域发展的总趋势。这一趋势的主要特点是:
    1)注重发展空间天气数据资源的获取能力。近20年来,以美国为主的世界上许多国家发展了大量先进的天、地基空间天气观测系统。
    2)大力发展空间天气数据库及其共享服务系统。不仅注重数据库系统的建设,不断扩充新的数据库,更注重数据共享服务平台的建设。
    3)集中优势力量着力开发基于物理过程的空间天气集成预报模式。在过去的十年中,国际上的预报模式和方法开始从多以统计平均的经验关系为基础转向以物理过程为基础,从内容单一的研究转向多目标的集成与综合。随着对空间天气事件观测能力的快速提高,以及与之相伴随的对空间天气主要物理过程认识的深化和积累,空间天气预报研究领域向着更具有物理基础、更高集成性和更高预报精度的空间天气因果链集成预报模式方向发展。
4)进一步加强了空间天气效应分析。 发展辐射效应产生过程的全程计算机模拟技术是进行合理卫星防护、提高卫星可靠性和降低成本的必要手段,国际上在细化粒子与物质相互作用、辐射效应产生原理方面作了大量的工作。

    4. 中国气象学会空间天气学委员会

    中国气象学会于2007年11月成立空间天气学委员会,本学科委员会由国内空间天气学界的多位知名专家组成,挂靠在中国气象局国家空间天气监测预警中心(国家卫星气象中心)。
    空间天气学委员会的基本宗旨是:围绕中国气象事业在空间天气领域的战略任务,面向国家需求,面向世界科技发展前沿,全面贯彻“三个气象”理念,促进我国空间天气事业的进一步发展。通过召开全体委员会议、学术讨论会和国内外科技交流等活动,了解空间天气学理论与应用的国际发展态势,交流空间天气学科研与应用的新进展,团结和动员广大空间科学技术工作者,为繁荣和发展空间天气事业做贡献。
    在中国气象学会中成立空间天气学委员会,是气象事业发展和空间事业发展的必然结果,空间天气学委员会将把工作重点放在科研成果向业务能力、服务能力的转化之上,尤其要利用气象行业已有的力量,虚心借鉴气象事业发展的经验,通过委员之间的精诚团结与合作,以及与其他兄弟学会相关专业委员会建立优势互补的合作关系,积极调动广大空间科学技术工作者的积极性,培养带动高素质的科研队伍,发挥自身的学科优势,扩大合作与交流,共享资源,推动我国空间天气领域的理论研究、技术应用、业务服务的发展。空间天气学委员会的工作将努力做到与时俱进,促进学科的交流与发展,更积极地服务于国家与社会。
    委员会在成立的一年中,除参与中国气象学会的全国会议外,主要是结合公益性行业专项(气象)的相关项目,组织国内相关研究力量着力进行空间天气研究成果向空间天气业务的转化,在业务应急系统设计与构建、自主观测资料的充分应用、成熟预报模式的集成等方面开始了很好的工作。同时,还组织相关具有预报能力的单位就第24太阳活动周的预报等问题进行联合会商。
    由于空间天气业务是一个新兴事物,许多问题还处在探讨之中,因此空间天气委员会就更加应该做好工作,配合行业主管部门,牵引空间天气学的发展。在以后的工作中,主要做好如下工作:
    1) 组织同行专家从学术角度归纳出空间天气业务需求;
    2) 组织同行专家针对业务需求凝练出科学问题;
    3) 组织同行专家想业务部门宣传介绍最新研究成果;
    4) 配合相关主管部门和单位就上述科学问题和研究成果制定研究、开发与转化计划;
    5) 推进科研与业务成果的实际应用;
    6) 协调相关部门组织业务部门与用户之间的沟通。
    总之,中国气象学会空间天气委员会在中国气象学会的指导下,集中委员会委员及同行专家的智慧,努力发挥好空间天气研究和空间天气应用之间的桥梁作用,积极开展学术活动,推进研究成果向业务能力的转化。