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气象问天20年:从白手起家到服务全球

国内新闻 2022-06-02 12:00:19101

  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,在我国空间天气业务发展史上写下浓墨重彩的第一笔。20年后的今天,空间天气中心迎来成立20周年纪念日。经过20年建设,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,初步建成天地相结合的空间天气监测系统,形成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,并不断开拓新应用领域。

  “天地一体化”监测网把脉太阳——

  从白手起家到自主观测

  11次C级小耀斑、6次M级中等耀斑,并伴随产生了日冕物质抛射……今年3月28日,被称为“黎明星”的风云三号E星清晰记录了本轮太阳爆发。

  每发生一次耀斑过程,太阳就向地球释放大量电磁波,其能量之大堪比数万甚至更多枚核弹同时爆发,而日冕物质抛射产生的能量更是远超于此。

  “耀斑、日冕物质抛射还会引发地球空间暴,影响航天、航空、导航、通信、能源等多个领域。”空间天气中心研究员张效信说,“目前在轨运行的7颗风云系列气象卫星,探测能力和精度大幅提升,织密了空间天气的天基监测网。”

  时针回拨至一年前。2021年9月2日,风云三号E星在太空中拍摄的我国首批高精度、多波段太阳图像正式发布。这批图像的“摄影师”正是E星搭载的太阳成像观测仪器——X-EUV成像仪,这也是国际首次将X射线和极紫外两个波段集成在同一台仪器上,以监测太阳日冕活动、捕捉太阳风暴爆发过程等,从而对太阳活动在航天航空、通信导航等领域产生的影响进行预警。

  这是划时代的进步。风云三号E星与搭载了可探测地球静止轨道周边空间电磁环境、电离层天气和太阳活动信息等空间天气监测载荷的风云四号B星“双星合璧”,使得我国首次实现从太阳爆发到地球空间环境响应“全过程”的自主监测。

  然而,早在中国气象局空间天气业务起步之初,风云气象卫星搭载的空间环境监测仪器还只是为了保障卫星自身的安全。自2008年发射的风云三号A星起,空间环境监测数据和产品才真正应用到空间天气预报服务中。

  相较于天基监测,20年前,地基监测更是一片空白。当时,子午工程项目还处于设计阶段,其一期探测计划在我国东南沿海一带和中西部地区几乎没有探测设备。

  如今,我国在15个省(自治区、直辖市)建设了太阳、电离层和高空大气观测台站,初步形成“三带六区”地基空间天气专业网布局,综合监测能力达到国内领先水平;近千个GPS观测站提供的电离层TEC监测资料,已纳入中国气象局空间天气业务,形成国际领先的区域电离层业务监测能力。预计到2025年底,空间天气地基监测台站将覆盖20个省(自治区、直辖市);在2035年远景规划中,还将进一步实现全国覆盖。

  回望来路,空间天气中心主任王劲松感慨良多:“这是一场跨越了20年的奔跑,天地一体化的空间天气监测格局,为我国空间天气业务提供了自主可控的观测数据,让未来更可期。”

  筑牢太空活动“压舱石”——

  从蹒跚学步到服务全球

  4月20日9时30分左右,太阳爆发M7级耀斑,空间天气中心当即组织会商研判,预计太阳在未来短时间内仍有可能爆发耀斑。12时前后,如意料中,太阳爆发X级大耀斑,导致我国绝大部分地区电离层发生短波吸收现象,并引起部分短波通信中断。

  空间天气中心作为国际民航组织(ICAO)全球空间天气中心的当值中心,迅速启动三级响应,通过民航气象中心向ICAO相关组织和业务系统发布《ICAO空间天气咨询报》。

  这是中国成为当值中心以来首次发布空间天气咨询报,也是自2021年11月16日我国作为第四个全球空间天气中心投入运行后服务全球的一次实践。

  据中国气象局国际合作司副司长徐相华介绍,全球空间天气中心的建成,让我国与欧美发达国家站在同一起跑线上,具备了深度参与国际空间天气领域相关事务的能力。

  从服务我国到服务全球,背后的支撑是愈发成熟的监测预报业务。20年来,借鉴天气预报经验,中国气象局形成了以定量预报为主的空间天气预报预警业务,正式发布的预报产品达到24种,灾害性空间天气事件预报准确率与国际水平相当。

  跬步千里,时间记得所有路途。2008年9月25日21时19分许,随着“神舟七号”载人航天飞船进入预定轨道,空间天气中心的《空间天气公报——“神舟七号”空间天气服务》也在15分钟内迅速出炉,记载着“神舟七号”入轨后至控轨前进出空间辐射较强的南大西洋异常区的具体时段,被发往北京航天飞行控制中心。

  “截至2016年10月29日,太阳活动水平低,爆发M级以上耀斑的可能性低……”“天宫二号”发射任务伊始,包括空间碎片碰撞、高层大气阻力、高能带电粒子以及电离层扰动等在内的空间天气事件就被一一分析,其完美升空后,空间天气专报仍在继续。

  如今,我国气象工作逐步形成了以决策服务、专业服务、公众服务和用户培养为主的应用服务框架,具备了在轨航天器碎片预警、高能粒子环境及其辐射效应预报、中高层大气环境预报、电离层环境预报、在轨卫星空间环境监测预警等研发和服务能力,在系列重要太空活动空间天气保障服务中获得成功,并不断拓宽服务领域,面向航天、航空、导航、通信、地面长距离管网等专业用户开展服务。

  面向未来跑出“加速度”——

  到2025年空间天气业务能力有效提升

  前不久,国务院印发《气象高质量发展纲要(2022—2035年)》,擘画出至2035年空间天气业务的发展蓝图——按照相关规划统一布局,建设空间气象观测网;发展太阳风暴、地球空间暴等空间天气灾害监测预报预警,加强空间天气中心能力建设。

  20年的奋斗、摸索,积累下不少经验,也显现出一些短板弱项:太阳的部分关键谱段还缺乏观测,行星际空间探测还是空白,观测网尚未实现全国覆盖,全球监测能力还比较有限;预报要素还未覆盖整个空间天气链条,数值预报系统尚未建立;专业服务在定量化、精细化等方面存在差距,公众服务还有待全面开展;人才队伍体系还不足以支撑精细化分工。

  而这些不足,也将成为空间天气中心面向未来跑出“加速度”的动力。

  5月27日,中国气象局印发《空间天气业务能力提升工作方案(2022—2025年)》(以下简称《方案》),明确到2025年,以“监测精密、预报精准、服务精细”为标志的空间天气业务能力得到有效提升,建成“全时空、多要素、多领域”的空间天气业务系统,提升天地配合、全球覆盖的空间天气观测能力,建设第一代“全链路”日地空间天气数值预报业务系统,形成面向航天、航空领域的专业服务平台,整体达到国际先进水平。

  围绕提升基础监测能力,《方案》提出4项具体任务,包括提升空间天气监测规划设计能力、完善空间天气观测网、提升空间天气基础数据产品质量、构建空间天气数据集。

  聚焦提升空间天气精细化预报预警能力,《方案》提出建设第一代空间天气数值预报业务系统,提升空间天气预警信息快速发布、空间天气短临(0—12小时)和短期(72小时)精准预报、空间天气中长期(4—30天)精准预测、空间气候变化定量预测及人工智能和大数据等新技术应用等能力。

  针对提升空间天气服务能力,《方案》明确要发挥全球空间天气中心效能、强化综合分析决策服务、提升行业服务水平、加强空间天气科普宣传等。

  聚焦强化科技创新能力,《方案》指出,将加强太阳活动对气候变化影响的研究、开展空间天气监测技术和监测数据应用研究、建设空间天气数值预报试验平台、开展空间天气灾害防御减缓理论与技术研究、加强空间天气重点实验室建设、完善空间天气监测预警标准体系等。

  蓝图已绘就,加速正当时!(记者 崔兴毅 通讯员 王素琴)

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