氣象問天20年：從白手起家到服務全球
2002年6月1日，國家空間天氣監(jiān)測預警中心(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周年紀念日。經(jīng)過20年建設，我國已基本建成監(jiān)測、預報、服務三位一體的空間天氣業(yè)務體系，初步建成天地相結合的空間天氣監(jiān)測系統(tǒng)，形成以定量預報為主的規(guī)范化預報預警業(yè)務，應用服務效益日益顯著，并不斷開拓新應用領域。
“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級小耀斑、6次M級中等耀斑，并伴隨產生了日冕物質拋射……今年3月28日，被稱為“黎明星”的風云三號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爆發(fā)，而日冕物質拋射產生的能量更是遠超于此。
“耀斑、日冕物質拋射還會引發(fā)地球空間暴，影響航天、航空、導航、通信、能源等多個領域?！笨臻g天氣中心研究員張效信說，“目前在軌運行的7顆風云系列氣象衛(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>
時針回撥至一年前。2021年9月2日，風云三號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射線和極紫外兩個波段集成在同一臺儀器上，以監(jiān)測太陽日冕活動、捕捉太陽風暴爆發(fā)過程等，從而對太陽活動在航天航空、通信導航等領域產生的影響進行預警。
這是劃時代的進步。風云三號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信息等空間天氣監(jiān)測載荷的風云四號B星“雙星合璧”，使得我國首次實現(xiàn)從太陽爆發(fā)到地球空間環(huán)境響應“全過程”的自主監(jiān)測。
然而，早在中國氣象局空間天氣業(yè)務起步之初，風云氣象衛(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)射的風云三號A星起，空間環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和產品才真正應用到空間天氣預報服務中。
相較于天基監(jiān)測，20年前，地基監(jiān)測更是一片空白。當時，子午工程項目還處于設計階段，其一期探測計劃在我國東南沿海一帶和中西部地區(qū)幾乎沒有探測設備。
如今，我國在15個省(自治區(qū)、直轄市)建設了太陽、電離層和高空大氣觀測臺站，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)測能力達到國內領先水平；近千個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，形成國際領先的區(qū)域電離層業(yè)務監(jiān)測能力。預計到2025年底，空間天氣地基監(jiān)測臺站將覆蓋20個省(自治區(qū)、直轄市)；在2035年遠景規(guī)劃中，還將進一步實現(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)務提供了自主可控的觀測數(shù)據(jù)，讓未來更可期。”
筑牢太空活動“壓艙石”——
從蹣跚學步到服務全球
4月20日9時30分左右，太陽爆發(fā)M7級耀斑，空間天氣中心當即組織會商研判，預計太陽在未來短時間內仍有可能爆發(fā)耀斑。12時前后，如意料中，太陽爆發(fā)X級大耀斑，導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值中心，迅速啟動三級響應，通過民航氣象中心向ICAO相關組織和業(yè)務系統(tǒng)發(fā)布《ICAO空間天氣咨詢報》。
這是中國成為當值中心以來首次發(fā)布空間天氣咨詢報，也是自2021年11月16日我國作為第四個全球空間天氣中心投入運行后服務全球的一次實踐。
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)達國家站在同一起跑線上，具備了深度參與國際空間天氣領域相關事務的能力。
從服務我國到服務全球，背后的支撐是愈發(fā)成熟的監(jiān)測預報業(yè)務。20年來，借鑒天氣預報經(jīng)驗，中國氣象局形成了以定量預報為主的空間天氣預報預警業(yè)務，正式發(fā)布的預報產品達到24種，災害性空間天氣事件預報準確率與國際水平相當。
跬步千里，時間記得所有路途。2008年9月25日21時19分許，隨著“神舟七號”載人航天飛船進入預定軌道，空間天氣中心的《空間天氣公報——“神舟七號”空間天氣服務》也在15分鐘內迅速出爐，記載著“神舟七號”入軌后至控軌前進出空間輻射較強的南大西洋異常區(qū)的具體時段，被發(fā)往北京航天飛行控制中心。
“截至2016年10月29日，太陽活動水平低，爆發(fā)M級以上耀斑的可能性低……”“天宮二號”發(fā)射任務伊始，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等在內的空間天氣事件就被一一分析，其完美升空后，空間天氣專報仍在繼續(xù)。
如今，我國氣象工作逐步形成了以決策服務、專業(yè)服務、公眾服務和用戶培養(yǎng)為主的應用服務框架，具備了在軌航天器碎片預警、高能粒子環(huán)境及其輻射效應預報、中高層大氣環(huán)境預報、電離層環(huán)境預報、在軌衛(wèi)星空間環(huán)境監(jiān)測預警等研發(fā)和服務能力，在系列重要太空活動空間天氣保障服務中獲得成功，并不斷拓寬服務領域，面向航天、航空、導航、通信、地面長距離管網(wǎng)等專業(yè)用戶開展服務。
面向未來跑出“加速度”——
到2025年空間天氣業(yè)務能力有效提升
前不久，國務院印發(fā)《氣象高質量發(fā)展綱要(2022—2035年)》，擘畫出至2035年空間天氣業(yè)務的發(fā)展藍圖——按照相關規(guī)劃統(tǒng)一布局，建設空間氣象觀測網(wǎng)；發(fā)展太陽風暴、地球空間暴等空間天氣災害監(jiān)測預報預警，加強空間天氣中心能力建設。
20年的奮斗、摸索，積累下不少經(jīng)驗，也顯現(xiàn)出一些短板弱項：太陽的部分關鍵譜段還缺乏觀測，行星際空間探測還是空白，觀測網(wǎng)尚未實現(xiàn)全國覆蓋，全球監(jiān)測能力還比較有限；預報要素還未覆蓋整個空間天氣鏈條，數(shù)值預報系統(tǒng)尚未建立；專業(yè)服務在定量化、精細化等方面存在差距，公眾服務還有待全面開展；人才隊伍體系還不足以支撐精細化分工。
而這些不足，也將成為空間天氣中心面向未來跑出“加速度”的動力。
5月27日，中國氣象局印發(fā)《空間天氣業(yè)務能力提升工作方案(2022—2025年)》(以下簡稱《方案》)，明確到2025年，以“監(jiān)測精密、預報精準、服務精細”為標志的空間天氣業(yè)務能力得到有效提升，建成“全時空、多要素、多領域”的空間天氣業(yè)務系統(tǒng)，提升天地配合、全球覆蓋的空間天氣觀測能力，建設第一代“全鏈路”日地空間天氣數(shù)值預報業(yè)務系統(tǒng)，形成面向航天、航空領域的專業(yè)服務平臺，整體達到國際先進水平。
圍繞提升基礎監(jiān)測能力，《方案》提出4項具體任務，包括提升空間天氣監(jiān)測規(guī)劃設計能力、完善空間天氣觀測網(wǎng)、提升空間天氣基礎數(shù)據(jù)產品質量、構建空間天氣數(shù)據(jù)集。
聚焦提升空間天氣精細化預報預警能力，《方案》提出建設第一代空間天氣數(shù)值預報業(yè)務系統(tǒng)，提升空間天氣預警信息快速發(fā)布、空間天氣短臨(0—12小時)和短期(72小時)精準預報、空間天氣中長期(4—30天)精準預測、空間氣候變化定量預測及人工智能和大數(shù)據(jù)等新技術應用等能力。
針對提升空間天氣服務能力，《方案》明確要發(fā)揮全球空間天氣中心效能、強化綜合分析決策服務、提升行業(yè)服務水平、加強空間天氣科普宣傳等。
聚焦強化科技創(chuàng)新能力，《方案》指出，將加強太陽活動對氣候變化影響的研究、開展空間天氣監(jiān)測技術和監(jiān)測數(shù)據(jù)應用研究、建設空間天氣數(shù)值預報試驗平臺、開展空間天氣災害防御減緩理論與技術研究、加強空間天氣重點實驗室建設、完善空間天氣監(jiān)測預警標準體系等。
藍圖已繪就，加速正當時！
(本報北京6月1日電 本報記者 崔興毅 本報通訊員 王素琴)