一、问题描述

空间天气是指从太阳表面、日地空间到地球磁场、高层大气中能够影响天地基技术系统性能与可靠性，危及人类健康与生命的变化的物质条件综合状况。空间环境是航天器运行的场所、通信信号传播的媒介，其变化直接影响航天器运行、通信系统甚至地面技术系统的安全和功效。太阳爆发活动引起的空间环境高能粒子增强事件，可通过单粒子、辐射剂量、充放电等空间环境效应导致航天器平台和载荷不同程度的破环，威胁空间运行系统的安全。电离层扰动事件，可引起通信信号的衰弱、导航定位精度的下降，影响电波通信、导航的质量和精度。地磁暴，使地球磁层-电离层发生强烈扰动，会在地面产生感应电流GIC，GIC能够对地面技术系统，诸如电力传输系统、石油、天然气传输管道、通信电缆和铁路装置等产生破环，严重影响社会正常运转。因此，需要及时准确地预报空间天气，以最大限度地减少因为空间天气而导致破坏和损伤，保证社会正常运转。

1.产生背景

空间天气预报是指以空间科学理论为指导，以空间环境监测资料为基础，对日地各类空间环境的状态和变化进行描述、预警并提前给出预测。它包括空间科学理论研究、空间天气事件特征分析、空间环境预报模式研究、空间环境影响和效应分析等多方面技术和方法的内容。

美国和欧州都有国家空间天气计划来指导空间天气技术的发展方向。美国在1995年制定了第一个空间天气计划，指导美国在空间环境监测、预警技术方面的发展方向。2006年，美国对第一个空间天气计划进行了评估。之后在2010年，美国制定了第二个国家空间天气计划战略计划，对未来10年的空间天气的发展提出了规划。2015年白宫发布《空间天气战略和行动计划》，旨在通过整体性的国家行为，提升对空间环境的预防和应对能力。美国和欧洲还通过国际组织，积极制定空间环境的发展路线图。2014年，在国际空间研究委员会（COSPAR）和国际与日共存计划（ILWS）的共同努力下，制定了2015一2025年的空间天气路线图，对空间环境监测、空间环境模式和空间环境预报多方面的需求和发展路线进行了规划。

2.最新进展

空间天气预报在全球已经引起了广泛重视和快速发展。然而，空间天气预报的水平与实际需求还存在较大差距，这一方面是由于空间天气预报起步较气象预报晚很多，目前的预报能力还十分有限，对于太阳耀斑、质子事件、CME等太阳风暴事件还是以警报为主，有时间提前量的预报能力不足；对于地磁暴虽然有一定的预测能力，但准确性还有待提高；而对于地球空间磁层、电离层、中高层大气各个区域环境的描述参数的预报能力还很弱，因此目前空间天气的整体预报水平相当于气象天气预报20世纪五六十年代的水平。另一方面，相比气象环境，空间环境包含的物理要素更多、能量分布更宽、影响范围更广，太阳爆发（如日冕物质抛射事件）引起的太阳风扰动大约经过1-4天传播到地球轨道，与地球磁层相互作用，形成磁暴、亚暴、辐射带异常等磁层扰动，并通过太阳风-磁层-电离层/热层耦合系统，进一步影响到地球电离层与热层，引起电离层暴、热层暴，产生包括极光在内的中高层大气剧烈扰动现象。在这个链条上，一般是上游区域影响下游区域，而且在一定条件下，下游区域又会反作用于上游区域，这些耦合作用和整体连锁变化过程是空间天气预报中必须考虑和亟待解决的关键科学问题。同时，对于地球磁层、电离层、中高层大气的局域特征及其与全球变化的关系，还缺乏系统的定量化认识。因此，空间天气的预报更为复杂，及时、准确的预报仍然是国际上的一个难题。借鉴天气预报发展经验，要从根本上提高空间环境预报的水平，一方面要大力开展空间探测，针对日地空间关键区域和空间环境连锁变化过程进行监测；另一方面需要进行理论研究，建立相关的空间环境数值预报模式。在未来的几十年，利用地球空间环境的变化规律进行数值建模和预报，将是最具挑战性和应用性的前沿课题。中国科学院国家中心王赤研究员提出了“子午工程”第二期计划和正在实施中的太阳风-磁层相互作用全景成像卫星（SMILE）工程都将提升我国的空间天气预报水平，促进这一难题的解决。

二、重要意义

当前，我国正面临建设自立于世界强国之林的历史重任，未来的数十年，我国空间事业将高速发展，尤其是在载人航天、对地观测和导航通信等领域，将逐步建成体系健全、功能完备、运行稳定的空间基础设施和航天装备体系。而这些高技术系统都受太阳射电爆发、太阳高能粒子爆发、太阳X射线爆发、电离层突然骚扰、电离层暴、电离层闪烁、极光爆发、中高层大气密度扰动、航天器轨道辐射粒子增强空间天气的影响。因此，准确及时地监视、预测空间环境的状态和变化趋势，对这些系统的安全运行，发挥其应有效果具有非常重要的意义，同时也是提升我国空间技术和国防安全的有效手段。