氣象問天20年：從白手起家到服務(wù)全球
2002年6月1日，國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心(以下簡稱“空間天氣中心”)成立，在我國空間天氣業(yè)務(wù)發(fā)展史上寫下濃墨重彩的第一筆。20年后的今天，空間天氣中心迎來成立20周年紀(jì)念日。經(jīng)過20年建設(shè)，我國已基本建成監(jiān)測、預(yù)報(bào)、服務(wù)三位一體的空間天氣業(yè)務(wù)體系，初步建成天地相結(jié)合的空間天氣監(jiān)測系統(tǒng)，形成以定量預(yù)報(bào)為主的規(guī)范化預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)，應(yīng)用服務(wù)效益日益顯著，并不斷開拓新應(yīng)用領(lǐng)域。
“天地一體化”監(jiān)測網(wǎng)把脈太陽——
從白手起家到自主觀測
11次C級(jí)小耀斑、6次M級(jí)中等耀斑，并伴隨產(chǎn)生了日冕物質(zhì)拋射……今年3月28日，被稱為“黎明星”的風(fēng)云三號(hào)E星清晰記錄了本輪太陽爆發(fā)。
每發(fā)生一次耀斑過程，太陽就向地球釋放大量電磁波，其能量之大堪比數(shù)萬甚至更多枚核彈同時(shí)爆發(fā)，而日冕物質(zhì)拋射產(chǎn)生的能量更是遠(yuǎn)超于此。
“耀斑、日冕物質(zhì)拋射還會(huì)引發(fā)地球空間暴，影響航天、航空、導(dǎo)航、通信、能源等多個(gè)領(lǐng)域?！笨臻g天氣中心研究員張效信說，“目前在軌運(yùn)行的7顆風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星，探測能力和精度大幅提升，織密了空間天氣的天基監(jiān)測網(wǎng)?！?/p>
時(shí)針回?fù)苤烈荒昵啊?021年9月2日，風(fēng)云三號(hào)E星在太空中拍攝的我國首批高精度、多波段太陽圖像正式發(fā)布。這批圖像的“攝影師”正是E星搭載的太陽成像觀測儀器——X-EUV成像儀，這也是國際首次將X射線和極紫外兩個(gè)波段集成在同一臺(tái)儀器上，以監(jiān)測太陽日冕活動(dòng)、捕捉太陽風(fēng)暴爆發(fā)過程等，從而對(duì)太陽活動(dòng)在航天航空、通信導(dǎo)航等領(lǐng)域產(chǎn)生的影響進(jìn)行預(yù)警。
這是劃時(shí)代的進(jìn)步。風(fēng)云三號(hào)E星與搭載了可探測地球靜止軌道周邊空間電磁環(huán)境、電離層天氣和太陽活動(dòng)信息等空間天氣監(jiān)測載荷的風(fēng)云四號(hào)B星“雙星合璧”，使得我國首次實(shí)現(xiàn)從太陽爆發(fā)到地球空間環(huán)境響應(yīng)“全過程”的自主監(jiān)測。
然而，早在中國氣象局空間天氣業(yè)務(wù)起步之初，風(fēng)云氣象衛(wèi)星搭載的空間環(huán)境監(jiān)測儀器還只是為了保障衛(wèi)星自身的安全。自2008年發(fā)射的風(fēng)云三號(hào)A星起，空間環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和產(chǎn)品才真正應(yīng)用到空間天氣預(yù)報(bào)服務(wù)中。
相較于天基監(jiān)測，20年前，地基監(jiān)測更是一片空白。當(dāng)時(shí)，子午工程項(xiàng)目還處于設(shè)計(jì)階段，其一期探測計(jì)劃在我國東南沿海一帶和中西部地區(qū)幾乎沒有探測設(shè)備。
如今，我國在15個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)建設(shè)了太陽、電離層和高空大氣觀測臺(tái)站，初步形成“三帶六區(qū)”地基空間天氣專業(yè)網(wǎng)布局，綜合監(jiān)測能力達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平；近千個(gè)GPS觀測站提供的電離層TEC監(jiān)測資料，已納入中國氣象局空間天氣業(yè)務(wù)，形成國際領(lǐng)先的區(qū)域電離層業(yè)務(wù)監(jiān)測能力。預(yù)計(jì)到2025年底，空間天氣地基監(jiān)測臺(tái)站將覆蓋20個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)；在2035年遠(yuǎn)景規(guī)劃中，還將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)全國覆蓋。
回望來路，空間天氣中心主任王勁松感慨良多：“這是一場跨越了20年的奔跑，天地一體化的空間天氣監(jiān)測格局，為我國空間天氣業(yè)務(wù)提供了自主可控的觀測數(shù)據(jù)，讓未來更可期?！?/p>
筑牢太空活動(dòng)“壓艙石”——
從蹣跚學(xué)步到服務(wù)全球
4月20日9時(shí)30分左右，太陽爆發(fā)M7級(jí)耀斑，空間天氣中心當(dāng)即組織會(huì)商研判，預(yù)計(jì)太陽在未來短時(shí)間內(nèi)仍有可能爆發(fā)耀斑。12時(shí)前后，如意料中，太陽爆發(fā)X級(jí)大耀斑，導(dǎo)致我國絕大部分地區(qū)電離層發(fā)生短波吸收現(xiàn)象，并引起部分短波通信中斷。
空間天氣中心作為國際民航組織(ICAO)全球空間天氣中心的當(dāng)值中心，迅速啟動(dòng)三級(jí)響應(yīng)，通過民航氣象中心向ICAO相關(guān)組織和業(yè)務(wù)系統(tǒng)發(fā)布《ICAO空間天氣咨詢報(bào)》。
這是中國成為當(dāng)值中心以來首次發(fā)布空間天氣咨詢報(bào)，也是自2021年11月16日我國作為第四個(gè)全球空間天氣中心投入運(yùn)行后服務(wù)全球的一次實(shí)踐。
據(jù)中國氣象局國際合作司副司長徐相華介紹，全球空間天氣中心的建成，讓我國與歐美發(fā)達(dá)國家站在同一起跑線上，具備了深度參與國際空間天氣領(lǐng)域相關(guān)事務(wù)的能力。
從服務(wù)我國到服務(wù)全球，背后的支撐是愈發(fā)成熟的監(jiān)測預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)。20年來，借鑒天氣預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，中國氣象局形成了以定量預(yù)報(bào)為主的空間天氣預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)，正式發(fā)布的預(yù)報(bào)產(chǎn)品達(dá)到24種，災(zāi)害性空間天氣事件預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率與國際水平相當(dāng)。
跬步千里，時(shí)間記得所有路途。2008年9月25日21時(shí)19分許，隨著“神舟七號(hào)”載人航天飛船進(jìn)入預(yù)定軌道，空間天氣中心的《空間天氣公報(bào)——“神舟七號(hào)”空間天氣服務(wù)》也在15分鐘內(nèi)迅速出爐，記載著“神舟七號(hào)”入軌后至控軌前進(jìn)出空間輻射較強(qiáng)的南大西洋異常區(qū)的具體時(shí)段，被發(fā)往北京航天飛行控制中心。
“截至2016年10月29日，太陽活動(dòng)水平低，爆發(fā)M級(jí)以上耀斑的可能性低……”“天宮二號(hào)”發(fā)射任務(wù)伊始，包括空間碎片碰撞、高層大氣阻力、高能帶電粒子以及電離層擾動(dòng)等在內(nèi)的空間天氣事件就被一一分析，其完美升空后，空間天氣專報(bào)仍在繼續(xù)。
如今，我國氣象工作逐步形成了以決策服務(wù)、專業(yè)服務(wù)、公眾服務(wù)和用戶培養(yǎng)為主的應(yīng)用服務(wù)框架，具備了在軌航天器碎片預(yù)警、高能粒子環(huán)境及其輻射效應(yīng)預(yù)報(bào)、中高層大氣環(huán)境預(yù)報(bào)、電離層環(huán)境預(yù)報(bào)、在軌衛(wèi)星空間環(huán)境監(jiān)測預(yù)警等研發(fā)和服務(wù)能力，在系列重要太空活動(dòng)空間天氣保障服務(wù)中獲得成功，并不斷拓寬服務(wù)領(lǐng)域，面向航天、航空、導(dǎo)航、通信、地面長距離管網(wǎng)等專業(yè)用戶開展服務(wù)。
面向未來跑出“加速度”——
到2025年空間天氣業(yè)務(wù)能力有效提升
前不久，國務(wù)院印發(fā)《氣象高質(zhì)量發(fā)展綱要(2022—2035年)》，擘畫出至2035年空間天氣業(yè)務(wù)的發(fā)展藍(lán)圖——按照相關(guān)規(guī)劃統(tǒng)一布局，建設(shè)空間氣象觀測網(wǎng)；發(fā)展太陽風(fēng)暴、地球空間暴等空間天氣災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報(bào)預(yù)警，加強(qiáng)空間天氣中心能力建設(shè)。
20年的奮斗、摸索，積累下不少經(jīng)驗(yàn)，也顯現(xiàn)出一些短板弱項(xiàng)：太陽的部分關(guān)鍵譜段還缺乏觀測，行星際空間探測還是空白，觀測網(wǎng)尚未實(shí)現(xiàn)全國覆蓋，全球監(jiān)測能力還比較有限；預(yù)報(bào)要素還未覆蓋整個(gè)空間天氣鏈條，數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)尚未建立；專業(yè)服務(wù)在定量化、精細(xì)化等方面存在差距，公眾服務(wù)還有待全面開展；人才隊(duì)伍體系還不足以支撐精細(xì)化分工。
而這些不足，也將成為空間天氣中心面向未來跑出“加速度”的動(dòng)力。
5月27日，中國氣象局印發(fā)《空間天氣業(yè)務(wù)能力提升工作方案(2022—2025年)》(以下簡稱《方案》)，明確到2025年，以“監(jiān)測精密、預(yù)報(bào)精準(zhǔn)、服務(wù)精細(xì)”為標(biāo)志的空間天氣業(yè)務(wù)能力得到有效提升，建成“全時(shí)空、多要素、多領(lǐng)域”的空間天氣業(yè)務(wù)系統(tǒng)，提升天地配合、全球覆蓋的空間天氣觀測能力，建設(shè)第一代“全鏈路”日地空間天氣數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，形成面向航天、航空領(lǐng)域的專業(yè)服務(wù)平臺(tái)，整體達(dá)到國際先進(jìn)水平。
圍繞提升基礎(chǔ)監(jiān)測能力，《方案》提出4項(xiàng)具體任務(wù)，包括提升空間天氣監(jiān)測規(guī)劃設(shè)計(jì)能力、完善空間天氣觀測網(wǎng)、提升空間天氣基礎(chǔ)數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量、構(gòu)建空間天氣數(shù)據(jù)集。
聚焦提升空間天氣精細(xì)化預(yù)報(bào)預(yù)警能力，《方案》提出建設(shè)第一代空間天氣數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，提升空間天氣預(yù)警信息快速發(fā)布、空間天氣短臨(0—12小時(shí))和短期(72小時(shí))精準(zhǔn)預(yù)報(bào)、空間天氣中長期(4—30天)精準(zhǔn)預(yù)測、空間氣候變化定量預(yù)測及人工智能和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)應(yīng)用等能力。
針對(duì)提升空間天氣服務(wù)能力，《方案》明確要發(fā)揮全球空間天氣中心效能、強(qiáng)化綜合分析決策服務(wù)、提升行業(yè)服務(wù)水平、加強(qiáng)空間天氣科普宣傳等。
聚焦強(qiáng)化科技創(chuàng)新能力，《方案》指出，將加強(qiáng)太陽活動(dòng)對(duì)氣候變化影響的研究、開展空間天氣監(jiān)測技術(shù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)用研究、建設(shè)空間天氣數(shù)值預(yù)報(bào)試驗(yàn)平臺(tái)、開展空間天氣災(zāi)害防御減緩理論與技術(shù)研究、加強(qiáng)空間天氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、完善空間天氣監(jiān)測預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)體系等。
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(本報(bào)北京6月1日電 本報(bào)記者 崔興毅 本報(bào)通訊員 王素琴)