日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究課件

1、日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究2022/7/27日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究一.項目任務要求2日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究對科學問題的思考 本項目將在上一個973項目的基礎上，以研究日地空間災害性天氣的產生機理和發(fā)展規(guī)律為主線，以日地空間系統(tǒng)各層次的相互耦合與相互作用研究為重點，以建立空間環(huán)境擾動的物理模型與預報模式為基本目標，以滿足國家對空間災害天氣預報的重大需求為導向，進行大尺度跨學科的創(chuàng)新與集成研究3日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究主要研究內容空間天氣發(fā)生的驅動源研究導致太陽爆發(fā)和空間災害性天氣的太陽磁場的結構演化特征和磁流體動力學過程導致空間災害性天氣

2、的太陽耀斑爆發(fā)、日冕物質拋射的源區(qū)、初發(fā)物理過程，對地有效性空間天氣的發(fā)展過程研究太陽和行星際的耦合，太陽爆發(fā)在行星際的傳播和相互作用行星際和磁層的耦合，磁層空間暴太陽、行星際和磁層能量輸入的電離層響應4日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究空間天氣的預報研究空間天氣的可預報性研究基礎研究成果的轉化和災害性空間天氣過程的預報原理和方法研究我國重大空間活動、特別是載人航天和探月工程的安全保障（1）災害性預報模式研究：質子事件預報，CME初發(fā)和對地有效性預報，行星際磁場南向和地球空間暴預報；（2)預報服務保障研究：空間環(huán)境模式，空間天氣預報和效應分析5日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究創(chuàng)新研究

3、思路通過超過一個太陽周的空間災害事件的跨學科的聯(lián)合數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計研究，在揭示空間天氣形成、發(fā)展和影響的鏈鎖和因果關系上取得突破性進展集成太陽、行星際和地球空間暴等爆發(fā)現(xiàn)象研究成果，創(chuàng)立以“磁大氣天氣學”為基本構架的空間天氣科學研究的理論體系6日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究創(chuàng)新點 觀測對貫穿空間災害天氣全過程的日冕物質拋射系統(tǒng)研究（源區(qū)、初發(fā)、傳播、相互作用、磁云和激波形成、對地影響及預報） 理論以發(fā)生在太陽大氣、行星際和磁層中不同等離子體環(huán)境、不同時空尺度的三維磁重聯(lián)為突破口，發(fā)展首創(chuàng)性的理論和模型 預報為載人航天和探月工程服務的空間天氣預報模式（質子事件預報、日冕物質拋射初發(fā)和對地有

4、效性預報、行星際磁場南向預報）7日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究五年預期目標基本把握空間災害天氣發(fā)生和發(fā)展總體過程構筑以“磁大氣天氣學”為基本框架的空間天氣科學研究體系，并在太陽和空間物理若干基本問題研究中取得實質性學科進展發(fā)展空間災害天氣研究中的新方法和新模式集成多學科交叉合作研究成果，發(fā)展空間災害天氣預報的物理基礎、方法和規(guī)范為 “十二 五” 空間探測做好科學積累8日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究二. 任務調整考慮9日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究調整的依據(jù)兩年來項目有那些主要進展和未完成的工作？國際上近年有那些重大空間天氣監(jiān)測設備投入工作？國際上近年空間天氣科學和應用研

5、究的動向如何？對未來三年調整的進一步思考有那些？10日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究1. 一年多來的進展和問題（簡表）研究方面主要進展和代表性工作待完成目標驅動源和發(fā)展過程觀測研究CME源區(qū)和大尺度電流片、耀斑和CME初發(fā)過程、CME磁云聯(lián)系、激波/CME相互作用，CME對地有效性23周完整子樣構建和系統(tǒng)研究；各層次耦合和相互作用,可預報性空間天氣理論研究發(fā)電機理論，三維磁拓撲構架和磁重聯(lián)，磁繩災變磁大氣天氣學理論框架空間天氣模式和預報研究背景太陽風和重聯(lián)模型，CME到達時間預測，電離層氣候學模型，磁活動因素耀斑耀斑預報CME初發(fā)預報，從驅動源到近地空間連鎖（因果）關系，模型集成和預報1

6、1日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究SDO April 2008太陽動力學天文臺P2P3P4P5CLFAGTStereo日地關系天文臺2. 重大設備發(fā)展 （2007 ）SDO是美國“與日同在”計劃、即空間天氣計劃的50顆衛(wèi)星中的第一顆衛(wèi)星, 明年4月發(fā)射。將提供全日面向量磁場觀測和多波段的太陽活動監(jiān)測，和其他重大設備一起，將為空間天氣監(jiān)測和研究提供全新的重大研究機遇。FOMOSAT-3與GPS衛(wèi)星星座THEMIS磁層亞暴的起始和演化Hinode12日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究 Stereo （日地關系天文臺） 第一次由兩個衛(wèi)星從不同角度 觀測CME源區(qū)、結構、傳播方 向、速度 、

7、對地影響的有效性 13日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究Hinode 第一次在0.3的空間分辨率下觀測太陽磁場的結構和演化太陽光學望遠鏡（FG/SP)遠紫外成像光譜儀X射線望遠鏡14日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究3. 空間天氣科學和應用的重要動向世界空間環(huán)境服務組織（ISES）非?；钴S（1/2)的成員包括11個國家和歐空局15日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究空基和地基空間天氣數(shù)據(jù)服務（實時）空間環(huán)境警報和預報（平均兩小時）空間天氣事件記錄與總結（每周）空間天氣預報和警報規(guī)范制訂（完整描述空間天氣狀態(tài)的指標體系）6類模式預報： 涉及行星際、 地磁層、電離 層。目前還沒 有太陽活

8、動模 式預報。16日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究空間天氣預報模型研究非常活躍（2/2)太陽日冕太陽風磁層電離層物理為基礎的，數(shù)值的模型耀斑CME高能粒子激波到達輻射帶地磁活動電子輪廓經驗為基礎的預報模型需要更好的提前13天CME 預報17日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究美國CISM(空間天氣綜合模型中心）和CESM（空間天氣模型中心）含伯克力、斯坦福、密西根等著名學府、大氣海洋管理局等國家機構University of CaliforniaStanford UniversitySAICUniversity of Colorado NCAR/HAO NOAA/SECRice Uni

9、versitylabama A&M UniversiAtyNCSAUniversity Boston Dartmouth CollegeFlorida Institute of Technology18日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究CISM 的主要模型要素19日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究4. 調整思路利用Hinode、Stereo、SDO、THEMIS等大型設備和國內觀測，研究空間災害天氣發(fā)生機理是項目最重要的目標之一空間災害天氣初發(fā)的預報在國際上最薄弱，應當成為本項目的重點和特點日地聯(lián)系和空間天氣域各層次耦合和相互作用的研究前兩年努力不夠，必須加強對空間天氣背景模式和預報模

10、型的研究必須有系統(tǒng)和協(xié)調一致的努力要著力發(fā)展“磁大氣天氣學”的理論框架20日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究第24太陽周已經在本月開始24周黑子23周黑子24周黑子北半球前導極性為負21日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究三. 調整意見22日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究（1）強化數(shù)據(jù)積累與聯(lián)合數(shù)據(jù)分析編制23周期間重大或典型空間天氣事件子樣目錄提出表征重大或典型空間天氣事件的典型空間環(huán)境參量，并收集子樣目錄期間該參量的觀測數(shù)據(jù)進行常規(guī)分析，規(guī)范處理，將結果整理成相應的圖表等表述形式，并給出分析結論集合各組提供的觀測數(shù)據(jù)，形成23周災害性空間天氣事件子樣（數(shù)據(jù)庫）；編輯整理成23周

11、災害性空間天氣事件集總結統(tǒng)計規(guī)律，以為進一步物理研究之基礎收集24周上升相重大事件，并與23周統(tǒng)計規(guī)律比較23日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究（2）發(fā)展CME源區(qū)、初發(fā)、傳播、相互作用和對地有效性研究成果，開始CME預報努力項目的一個優(yōu)勢研究方向（課題組3、4)23周完整子樣的系統(tǒng)研究（1）對地CME完整子樣大尺度源區(qū)，與活動區(qū)和表面磁活動聯(lián)系， CME和激波、CMECME相互作用，CME對地有效性；（2）行星際磁云完整子樣日面源區(qū)，與CME的聯(lián)系，決定磁云結構的日面和CME特征（20082009）CME可預報性探討，預報判據(jù)提取（2009）CME唯像預報模型和物理模型（2010） 由第

12、三課題組重點組織相關研究24日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究（3）加強三個耦合研究太陽光球和日冕的耦合（1、2、3） 災害性空間天氣的起源問題，由第二課題組牽頭太陽大氣、行星際與地球空間的耦合（3、4、5） 災害性空間天氣的傳播與發(fā)展問題，由第四課題組牽頭磁層、電離層、中高層大氣耦合（5、6）災害性空間天氣的對地球空間有效性研究，由第六課題組牽頭項目專家組和項目首席把耦合研究作為后三年努力的重點25日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究（4）進行空間天氣的模式集成及空間天氣預報研究項目第7課題組在空間天氣預報研究和為國家重大空間計劃服務上作了大量工作，但在模式集成研究方面面臨挑戰(zhàn)，加強第

13、7組的集成研究力量成為后三年的重要任務。擬吸收（1）“國家空間天氣監(jiān)測預警中心”熟悉高能粒子預報的研究人員，（2）吸收熟悉太陽風磁層聯(lián)系的研究人員參加相應工作項目第4、6組在空間環(huán)境背景和擾動傳播模型研究中均取得顯著成績。4、5、6組與第7組的結合，將加強“空間天氣的發(fā)展和太陽活動的效應預報”的研究，并形成以磁流體力學為基礎的CME傳播、到達時間和磁層、電離層響應的預報模型。預報集成等強化研究需要增加35位新成員為籌辦我國自己的空間天氣模型中心做好準備26日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究太陽耀斑模型示意圖地球磁層示意圖約40RE日面350角秒一個太陽活動區(qū)的尺度27日地空間災害性天氣的發(fā)

14、生發(fā)展和預報研究（5）發(fā)展磁大氣天氣學理論框架空間天氣科學的復雜性。我們今天的努力方向是否正確，是否抓住了本質？空間天氣預報提出的是一個新的科學問題。單單在各自領域的努力很難導致實質性的學科進步。經驗模型和數(shù)值模擬模型都不能取代新思路和新的理論框架。真正推動相關學科進步的是提出新的物理思路和理論框架，并為實驗和觀測所證實?！按糯髿馓鞖鈱W”可能更代表了學科的性質和問題的本質。組織磁大氣天氣學研究小組，由項目首席負責組織擴展的學術討論和攻關研究，每年平均組織2次合作研究，探尋其中的基本問題和主導性的科學規(guī)律。28日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究（6）重大空間項目科學預研項目有責任組織對我國重

15、大空間天氣探測計劃的科學目標凝練和科學問題預研中法太陽小衛(wèi)星計劃（SMESE）（國家立項，已完成A項研究）Kuafu空間天氣監(jiān)測計劃（預研國家立項）空間太陽望遠鏡計劃（SST）（處在凝練科學目標和偏振光學核心技術研究階段）國家大科學工程“子午工程”（國家立項）29日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究四. 未來三年目標30日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究未來三年的目標（1/2）基本把握空間災害天氣發(fā)生和發(fā)展總體過程，特別是對空間災害天氣的決定性因素CME源區(qū)、初發(fā)過程、傳播和相互作用、對地有效性作出國際上有重要影響的工作集成多學科交叉合作研究成果，發(fā)展和建立空間災害天氣預報的空間環(huán)境背景模式，預報的觀測判據(jù)和物理基礎，為我國重大航天任務服務的主要預報模型：（1）太陽耀斑和CME發(fā)生的預報模式（2）CME在背景太陽風中傳播和對地影響的預報模式，（3）磁暴和空間粒子暴預報模式，（4）電離層擾動和通訊保證預報模式31日地空間災害性天氣的發(fā)生發(fā)展和預報研究未來三年的目標（2/2）構建“磁大氣天氣學”的基本理論框