空间天气（近地空间环境变化的概念）-趣爱秀

全新概念

传统“天气”的物理定义是：瞬时或较短时间内风、云、降水、温度、气压等气象要素综合显示的大气状态。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象和物理状态，例如阴、晴、雨、雪、冷、暖、干、湿等。

空间天气是一个近地空间环境变化的概念。它与行星大气层内的天气截然不同，涉及空间等离子、磁场和辐射等现象。“空间天气”通常与近地空间磁层紧密相连，但其也研究行星际空间的变化。在我们的太阳系内，空间天气主要受太阳风的风速和密度、以及太阳等离子体带来的行星际磁场三者的影响。各种各样的物理现象都与空间天气相关，包括地磁风暴和亚暴，在范艾伦辐射带的电流，电离层扰动和闪烁，极光和在地球表面的磁场变化诱导的电流等。

日冕物质抛射及相关冲击波，也是空间天气的重要动力，因为它们可以压缩的磁层和触发地磁风暴。太阳高能粒子，日冕物质抛射或由太阳耀斑加速，也是对空间天气的重要驱动力，因为它们可以破坏航天器电子设备，并威胁到宇航员的生命。空间天气对空间探索和发展这些领域产生深远的影响。地磁的变化可引起大气密度的变化导致低地球轨道航天器的高度迅速降低。由于太阳活动引起的地磁风暴能够致盲航天器上的传感器并干扰机载电子设备。对于人造航天器的防护系统的设计来说了解空间环境至关重要。磁暴同样会增加高空飞行情况下飞机乘务员的辐射量。

空间天气是指近地空间或从太阳大气到地球大气的空间环境状态的变化。与地球行星大气（对流层和平流层）中天气的概念不同，空间天气描述的是空间中背景等离子体、磁场、辐射等的变化。大多数空间天气事件是由源于太阳近表面和太阳大气（色球和日面）的太阳风所携带的能量驱动的。空间天气有时候也指行星际空间（极少数情况下指星际空间）的环境状态变化。

空间天气有两个重点：科学研究和应用。空间天气这个术语直到20世纪90年代才开始使用，在此之前，当前意义上的空间天气活动被认为是物理或高层大气物理学和空间探索的一部分。

影响因素

相对于地面天气而言，空间天气发生在距离地面30公里以上。空间天气涉及的物理参数与大气天气有很大不同。太阳每时每刻往外喷射着高速带电粒子流，人们称之为“太阳风”。当太阳风十分强劲时，即产生名副其实的“太阳风暴”。当太阳风暴袭击地球时，便使地球磁场产生激烈的扰动——磁暴。磁暴会在人类的供电网中诱发强大的冲击电流，从而造成输电网络瘫痪。

其实，我们能够看到，感受到的阴晴冷暖，都是发生在对流层之内。而在此之外的空间天气，存在于地球与太阳之间，同样发生着剧烈的活动，并且与人类的生存，发展息息相关。

历史研究

几个世纪以来，人们已经注意到空间天气造成的极光，但不理解它。中世纪欧洲航海家使用天然磁石磁罗盘导航仪时注意到石头的方向有时候会偏离磁北极。这是1600年在《DeMagnete》书中描述的，但是直到19世纪才知道是由空间天气造成的。1840年空间天气在各区域的不同时段影响了第一份电报。1859年的巨大太阳风暴中断了全球的电报业务，被当时的许多主要报纸刊登报道。RichardCarrington把这次中断与一天前观测到的太阳耀斑以及与电报中断同时发生的地磁场大的偏转(磁暴)正确地联系起来。根据这种联系，空间天气已经成为太阳物理学范围内的学术研究课题。KristianBirkeland通过在他的实验室中人工制造极光解释了极光的物理过程，并预测了太阳风的存在。随着无线电在商业和军事领域的应用，人们注意到极端平静和噪声存在周期性。在1942年的大太阳事件期间雷达受到的严重干扰引导人们发现了空间天气的另一个方面:太阳射电爆发(太阳耀斑产生的覆盖很宽频率范围的无线电波)。

在20世纪，由于军事和商业系统都依赖于空间天气系统的影响，人们对空间天气越来越感兴趣。通信卫星是全球贸易的重要组成部分，气象卫星系统提供地面天气信息，全球定位系统的卫星信号在各种各样的商业产品和过程得到广泛使用。空间天气现象会干扰或破坏这些卫星，或者干扰这些卫星的无线电上行和下行信号。空间天气现象会在长距离输电线路中产生有损害作用的浪涌电流，也会使飞机上的乘客和机组人员暴露在辐射之中，特别是在极地航线上。

国际地球物理年(IGY)大大促进了空间天气研究。IGY期间获得的地基数据表明，极光发生在距离磁极15~25纬度，宽5~20度的极光椭圆带上，是一个永久的发光区域。1958年，ExplorerI卫星发现了范艾伦带，也即辐射粒子被地球的磁场束缚的区域。1959年1月，苏联卫星Luna1第一次直接观察到了太阳风，并对其强度进行了测量。1969年，INJUN-5(又名Explorer40)第一次直接观察到由太阳风带来的地球高纬电离层电场。20世纪70年代早期，Triad数据表明在极光椭圆带和磁层之间永久的存在电流。由于这些及其它重要的发现，空间天气研究快速增长。

在我们的太阳系中，空间天气主要受太阳风的速度和密度，以及太阳风等离子体携带的行星际磁场(IMF)影响。很多物理现象都与空间天气有关，包括地磁暴和亚暴，范艾伦辐射带能量增强，电离层扰动，星地无线电信号闪烁，远距离雷达信号闪烁，极光和地球表面地磁感应电流。日冕物质抛射和与其相关的激波也是重要的空间天气驱动源，因为它们可以压缩磁层并引发磁暴。由日冕质量抛射和太阳耀斑加速的太阳高能粒子，也是一个重要的空间天气驱动源，因为它们能损坏航天器中的电子器件(如Galaxy15的失效)，并威胁到宇航员的生命。

20世纪90年代，空间环境对人类系统的影响使得人们越来越明显的感觉需要一个更加协调的研究和应用框架，空间天气这个术语也随之被人们使用。美国国家空间天气计划的目的就是将研究集中在受空间天气影响的商业和军事群体的需求上，将研究团体和用户群体联系起来，协调各业务数据中心，并更好地定义用户群体的需求。这个概念在2000年转化为行动计划，在2002年转化为实施规划，并在2006年进行评估，在2010年进行战略修订。修改后的行动计划将在2011年发布，修订后实施规划将在2012年发布。国家空间天气计划的一部分是让用户知道空间天气影响了他们的业务。

早在1994年，美国就批准实施了"国家空间天气计划"，包括政府部门、研究机构、大学、企业在内的跨部门持续协作，增强并巩固了美国在空间天气领域的领先地位。

特别引人关注的是，美国军方在空间天气研究中始终占据主导地位，关乎国家安全的空间天气探测设施和探测产品始终居于军方控制之下。例如，在太阳观测方面，美军拥有分别位于澳大利亚、意大利、马萨诸塞州、新墨西哥州和夏威夷州等地的太阳地基观测网，对太阳实施号称"日不落"式的连续观测;在电离层探测方面，美军拥有遍布美国全境和世界主要地区的电离层综合探测网;在卫星轨道空间天气探测方面，美军拥有部署于GPS等系列卫星的天基空间天气探测网。他们还在研究成果的业务转化方面给予了特别关注，比如，美国空军著名的第55中队，就是专门从事空间天气业务的专业力量。

地球气候关系

与太阳的可见光波段和红外波段的电磁辐射的能量相比，源于所有空间天气现象所引起的进入地球大气对流层和平流层的总能量是微不足道的。然而，在太阳黑子的准11年周期与地球的气候之间似乎确实存在着某些联系。比如，长达70年的几乎没有黑子活动的蒙德极小期与地球气候变冷相关。对于这种联系，有一种说法是，宇宙线通量的改变会使得云形成的数量发生变化。另一种说法是，地球气候的驱动源对太阳远紫外通量的变化响应敏感，而且，太阳远紫外通量的变化会决定了地球太平洋是出现厄尔尼诺还是拉尼娜现象。但两者是否有关联，仍然没有定论。

应对措施

必须立足于构建包括天基、地基在内的"天地一体化探测体系"，着眼于形成完善的战场空间天气信息获取能力、准确的空间天气预警预报能力、有效的空间天气效应分析能力、可靠的空间天气辅助决策能力，全面加强军事空间天气保障能力建设。

必须清醒地认识到:现代战争正在向着精确化打击方向发展，环境信息成为影响精确化打击的一个重要条件，更需要空间天气预报能提供实时、准确的空间天气信息。恶劣的空间天气可能对空间、地面的高技术系统造成严重影响，而且这种影响一旦产生，可能代价将十分昂贵且难以短时弥补，甚至会直接导致战争的失败。

在我国，空间天气领域的专家学者也进行了相关的研究与研讨。主体结论是，第24太阳活动周太阳活动总体水平中等偏低，整个峰年期间出现几次至十几次太阳风暴是可以肯定的，至于是否出现超级太阳风暴，目前的认识水平无法给出肯定的答复。面对这一挑战，我们的态度应当是:积极应对，应急先行，统筹兼顾，反应适度。