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王赤1，2 徐寄遙1，3 李暉1，3 陳志青1 丁凱1 王江燕1 任麗文1 劉正寬1

1. 中國科學院國家空間科學中心；2. 中國科學院大學地球與行星科學學院；3. 中國科學院大學天文與空間科學學院

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人類生存和發(fā)展的“第四環(huán)境”

隨著科學技術(shù)的高速發(fā)展，人類活動逐漸超越了陸地、海洋和低層大氣的限制，向著更廣袤的日地空間延伸。日地空間是當前人類航天活動、空間開發(fā)利用及空間軍事活動的主要區(qū)域，是與人類生存和發(fā)展息息相關的“第四環(huán)境”。一般來說，日地空間環(huán)境是指地表20~30 km(平流層頂)以上直至太陽表面的廣闊區(qū)域，涵蓋了物理性質(zhì)不同的中高層大氣、電離層、磁層、行星際空間和太陽日冕等五大圈層，是由太陽不斷向外輸出的巨大能量和物質(zhì)與地球大氣相互作用而形成的。

類似于地球天氣是地球大氣環(huán)境中短時間尺度的變化，太陽上出現(xiàn)一系列爆發(fā)現(xiàn)象，如耀斑和日冕物質(zhì)拋射等，會引起日地空間環(huán)境的等離子體、磁場、輻射、電離層及中高層大氣等空間環(huán)境狀態(tài)變化，我們形象地稱之為“空間天氣”。在開發(fā)和利用空間的過程中，人類要面對災害性空間天氣事件的威脅和影響。突發(fā)的、災害性的空間天氣變化，有時會使衛(wèi)星運行、通信、導航和地面的一些基礎設施遭到破壞，影響天基和地基國民經(jīng)濟基礎設施的正常運行和可靠性，甚至危及人類的健康和生命，進而導致多方面的社會經(jīng)濟損失。了解日地空間環(huán)境特征，揭示日地空間天氣鏈鎖變化過程及其變化規(guī)律，提升空間天氣預報水平是搶占空間天氣科技制高點、滿足國家戰(zhàn)略需求和人民利益的迫切要求。

近年來，空間環(huán)境基礎研究方面的重大突破加深了人們對日地空間環(huán)境特征和變化規(guī)律的認識和理解。然而，一些重要的科學問題,如日地空間環(huán)境中的各種宏觀與微觀交織的非線性相互作用、近地空間不同圈層間的耦合過程，以及嚴重的空間天氣事件對地球空間環(huán)境和人類活動的影響機理，我們還沒有完全了解，仍舊是當今自然科學最富挑戰(zhàn)的國際前沿之一。由于缺乏空間環(huán)境監(jiān)測的體系化建設，我國自主的空間環(huán)境預報保障能力依舊薄弱，最重要的體現(xiàn)之一是關鍵數(shù)據(jù)源嚴重依賴于國外的探測數(shù)據(jù)，應對空間災害性天氣的自主能力有限。這首先對我國空間環(huán)境的監(jiān)測能力和水平提出了更高的迫切需求。

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空間環(huán)境地基探測

為了更好地進出空間、利用空間，首先要認識空間，掌握空間環(huán)境的變化規(guī)律至關重要，而開展空間環(huán)境探測則是其前提和基礎�？臻g環(huán)境監(jiān)測主要分為天基監(jiān)測和地基監(jiān)測兩種方式。天基探測多采用衛(wèi)星等飛行器在空間進行探測，既能實現(xiàn)遙感探測，也能通過就位探測實現(xiàn)身臨其境。但受到軌道、重量、功耗、壽命的種種限制，天基探測遠不能滿足時空變化極為復雜的空間環(huán)境研究的需要。相比之下，地基監(jiān)測因其具有“5C”(continuous連續(xù)、convenient 方便、controllable 可控、convincing可信、cheap 便宜)的優(yōu)越性，一直備受各空間大國青睞，是天地一體化空間環(huán)境監(jiān)測體系中的重要組成部分，可以獲得對一個區(qū)域連續(xù)、多參量、實時、穩(wěn)定的長期監(jiān)測數(shù)據(jù)。

對于日地空間環(huán)境監(jiān)測而言，地基監(jiān)測是最古老的、也是持續(xù)時間最長的探測手段。人類很早就從極光、地磁場等易于觀察的現(xiàn)象開始了地基監(jiān)測和研究。到了近代，科學家們逐漸開始利用各種地面監(jiān)測設施對中高層大氣、電離層、磁層、行星際進行監(jiān)測。

圖1日地空間環(huán)境示意圖

日地空間環(huán)境的范圍極其廣泛，需要測量的參量多種多樣(包括密度、溫度、速度、磁場、電場、宇宙線通量、不規(guī)則體等等)，各類參量變化幅度的跨度也非常大(比如，從中高層大氣到行星際空間，密度變化超過20 個量級)。因此地基探測設備的種類非常多。根據(jù)工作原理和探測對象，大致可將它們歸類為地磁(電)設備、光學設備和無線電設備。

地磁(電)設備又可分為地磁場設備、地電場設備和大氣電場設備。它們的工作原理、探測參量不盡相同，但都有一個共同的特點，就是探測的空間范圍局限在一個點，即就位探測，而非遙感探測。例如，質(zhì)子磁力儀利用質(zhì)子在磁場中的拉莫爾進動效應測量儀器所在位置的磁場總強度，大氣電場儀利用金屬板在電場中產(chǎn)生感應電荷的原理測量垂直地面的電場。雖然這類測量是局地的，但數(shù)據(jù)的特征和變化都可與大范圍的空間環(huán)境變化建立聯(lián)系。磁場的短時變化來源于空間電流體系的變化，大氣電場與電離層電勢和大氣電導率分布相關等。

圖2質(zhì)子磁力儀測量原理

光學探測設備在空間環(huán)境探測中也起著重要作用。它們可以分為主動光學設備和被動光學設備。主動光學設備如激光雷達，通過主動向空間發(fā)射激光束，利用望遠鏡接收不同高度的反射和散射光，從而計算大氣的密度、溫度、風場等參數(shù)。被動光學設備則接收來自探測對象本身的輻射來實現(xiàn)探測目的。在太陽光學觀測方面，人們發(fā)展了多種太陽光學設備，針對特定的譜線，通過濾波、偏振、多普勒頻移、塞曼效應等原理和方法，可以獲取太陽的單色像、磁場、速度場等信息。另一個適用被動光學探測的領域是中高層大氣。通過對氣輝、極光等大氣輻射進行成像、多普勒測量，可以獲取大氣波動、風場等信息。例如，利用法布里-博羅干涉儀測量氣輝的多普勒效應，通過獲得的干涉圓環(huán)反演大氣運動的速度和溫度，如圖3 所示。這些光學探測設備在空間環(huán)境探測中發(fā)揮著重要作用，為研究和掌握空間環(huán)境變化的規(guī)律提供了重要數(shù)據(jù)和信息。

圖3光學干涉測量原理

由于等離子體對電磁波傳播產(chǎn)生深遠影響，無線電設備的主要探測對象是富含等離子體的電離層。光學設備主要探測空間的中性成分，而無線電設備主要探測空間中的帶電粒子(等離子體)。與光學設備類似，無線電設備也可分為主動和被動兩類。主動無線電設備具有發(fā)射和接收裝置，通常體積和功率較大；而被動無線電設備只具備接收裝置。電離層作為一種電磁波傳播介質(zhì)，其對電波的折射和吸收取決于電子密度、電波的波長以及電波的入射角。當電子密度足夠高時，會導致電磁波無法繼續(xù)傳播，發(fā)生全反射現(xiàn)象。電離層測高儀利用不同頻率的電磁波在不同高度(對應不同的電子密度)被反射的原理，可以測量電離層電子密度隨高度的分布。

圖4電離層測高儀的測量原理

在電離層不規(guī)則結(jié)構(gòu)的邊緣，電磁波會發(fā)生散射增強現(xiàn)象。如果不規(guī)則結(jié)構(gòu)的尺寸大致為電磁波波長的一半，那么前后邊緣散射的電磁波會相互疊加，形成相干散射現(xiàn)象。相干散射雷達可以利用這一現(xiàn)象來測量不規(guī)則結(jié)構(gòu)的分布以及它們的運動速度等參數(shù)。與相干散射不同，由大量電子獨立散射引起的回波是不相干的，被稱為非相干散射。非相干散射的回波信號非常微弱，但可以被用來獲取電離層的電子密度、電子溫度、離子溫度、離子速度等非常豐富的信息，并且可以達到很高的時空分辨率。因此，國內(nèi)外相關研究機構(gòu)投入大量經(jīng)費建設超大功率、超大口徑的非相干散射雷達，以開展電離層探測。這些雷達可以提供關于電離層結(jié)構(gòu)和動態(tài)的詳細信息，對于理解電離層的特性以及對通信和導航系統(tǒng)的影響具有重要意義。

圖5相干散射與非相干散射

對于可以穿透電離層的電磁波，如GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))衛(wèi)星導航信號，其傳播時間受到介質(zhì)折射率的影響，即電波傳播會被介質(zhì)延遲。這種延遲與電磁波頻率相關。通過被動接收來自GNSS衛(wèi)星的兩個頻率信號，可以解算出傳播路徑上的總電子含量(TEC)，實現(xiàn)對電離層的穿透式探測。類似地，穿透式探測也可用于行星際空間和太陽風。所有的天體都是電磁輻射體。遠距離天體發(fā)射的電磁波在穿過太陽風到達地面的過程中受到太陽風的擾動，引起接收信號的閃爍，即行星際閃爍。利用行星際閃爍測量結(jié)合一定的模型假設，可以推測太陽風的速度、密度等參數(shù)。

來自天體的在無線電(極低頻波到毫米波)頻率范圍內(nèi)的電磁波，習慣于被稱為射電波。因此，相關的探測方式也稱為射電探測。通過射電探測，可以對太陽進行特定波段的成像，或?qū)μ囟úǘ蔚妮椛淞髁窟M行測量。只有特定頻率范圍的電磁波才能穿透地球大氣層和電離層，地基射電探測就是利用了這些穿透窗口。通過這些探測方法，可以獲取關于太陽、太陽風以及遠距離天體的重要信息，有助于深入理解宇宙空間的特性和動態(tài)。

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子午工程一期

我國的空間環(huán)境地基監(jiān)測經(jīng)歷了從零星觀測到綜合集同的發(fā)展途徑。子午工程是我國空間科學領域的首個國家重大科技基礎設施，旨在建設一個綜合性的地基空間環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。我國空間物理科學家早在1993 年就提出了子午工程的科學構(gòu)想，經(jīng)過幾代人的努力，子午工程最終從構(gòu)想變?yōu)楝F(xiàn)實。1997 年國家科技教育領導小組確定子午工程為國家重大科學工程。2005 年國家發(fā)改委批復了東半球空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測子午鏈項目建議書，子午工程正式立項。2006 年國家發(fā)改委正式批復子午工程可行性研究報告，并明確采取分步走的發(fā)展戰(zhàn)略。2008 年，子午工程一期開工建設；2012年，子午工程一期通過國家驗收，正式投入運行。

地球的磁力線大致沿經(jīng)線(子午線)分布，空間天氣事件一般都沿磁力線傳播和演化，而隨著地球的自轉(zhuǎn)，利用子午線上的臺站的聯(lián)合探測可以實現(xiàn)對空間環(huán)境進行掃描觀測，類似于給地球空間環(huán)境做CT。子午工程一期利用東經(jīng)120°子午線附近(北起漠河，經(jīng)北京、武漢，南至海南并延伸到南極中山站)，北緯30°附近(東起上海，經(jīng)武漢、成都，西至拉薩)的15 個觀測臺站，共建設了87 臺不同類型的監(jiān)測設備，采用地磁(電)、無線電、光學等手段，可連續(xù)監(jiān)測地球表面20 km 到幾百千米高度的中高層大氣、電離層和磁層，以及十幾個地球半徑以外的行星際空間。

子午工程一期運行至今已經(jīng)歷了一個太陽周(11 年)，為提升我國空間環(huán)境研究和應用水平作出了重要貢獻。在研究方面，子午工程取得了一系列突破，主要集中在對我國空間環(huán)境區(qū)域特征的研究、空間天氣擾動的傳播規(guī)律以及不同空間圈層之間的物質(zhì)和能量耦合等方面。例如，子午工程的電離層監(jiān)測設備探測到了地震期間的電離層波動，研究結(jié)果展示了巖石圈-大氣-電離層之間的耦合關系，以及大氣和電離層波動的傳播過程。在應用方面，子午工程一期為我國重要的空間環(huán)境預報保障單位(國家氣象局空間天氣監(jiān)測預警中心、中國科學院空間環(huán)境預報研究中心等)提供了自主數(shù)據(jù)，大幅提升了我國空間環(huán)境保障的自主性。例如，利用子午工程一期數(shù)據(jù)開發(fā)了我國區(qū)域電離層閃爍指數(shù)模型、區(qū)域三維電子密度同化模型、地磁的Kp 和Dst 等指數(shù)現(xiàn)報模型，應用于載人航天、深空探測等多項國家重大任務的保障中，為我國重要的空間基礎設施的穩(wěn)定運行保駕護航。

圖6基于子午工程數(shù)據(jù)和模式開展空間站在軌運行保障

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子午工程二期

子午工程一期從無到有建立了我國自主的空間環(huán)境監(jiān)測鏈，然而也存在局限性：(1) 監(jiān)測范圍主要集中于我國東部的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，對西部地區(qū)的監(jiān)測能力不足，特別是西北部還是空白；(2) 觀測站點之間的間距普遍大于500 km，難以勝任中小尺度物理過程的監(jiān)測和研究；(3) 覆蓋的圈層局限于地球空間，缺少對空間天氣源頭太陽以及行星際空間的監(jiān)測能力；(4) 大多采用常規(guī)監(jiān)測設備，單機探測能力有限。在開展原創(chuàng)性的科學研究和滿足國家重大需求方面還有差距。因此，空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測網(wǎng)(子午工程二期)應運而生。2018 年子午工程二期作為國家重大科技基礎設施獲得國家發(fā)改委批復，并于2019 年開工建設。目前，工程已經(jīng)完成工藝驗收，預期于2024 年完成國家驗收。之后子午工程一期和二期將形成完整的子午工程空間環(huán)境監(jiān)測體系開始運行。

子午工程的科學目標是通過從太陽大氣到近地空間全鏈條、全國覆蓋、高時空分辨的多圈層多參量監(jiān)測，探索空間天氣事件的傳播、演化和對我國空間環(huán)境影響的路徑和規(guī)律；揭示我國不同區(qū)域上空的空間環(huán)境的變化特征和差異，以及青藏高原和南海等特殊區(qū)域空間環(huán)境變化的精細過程；研究我國特殊地質(zhì)和地理條件下，固體地球、低層大氣和近地空間環(huán)境的耦合過程。

為滿足全國范圍覆蓋、全圈層覆蓋、立體式探測的需求，子午工程二期在一期基礎上新增了16 個臺站，并提高一期臺站的綜合探測能力，形成沿東經(jīng)100°、120°、北緯40°、30°兩縱兩橫式布局的31 個臺站、282臺監(jiān)測設備的空間環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

圖7子午工程(含一期、二期)觀測臺站布局

子午工程由空間環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和科學應用系統(tǒng)三大系統(tǒng)組成。

空間環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，在子午工程一期的基礎上，子午工程二期新增了一系列先進的太陽-行星際監(jiān)測設備，形成對日地空間全鏈條的監(jiān)測能力( “一鏈”)；采用地磁、無線電、光學等手段，對我國區(qū)域的電離層、中高層大氣、地磁形成網(wǎng)絡化的監(jiān)測能力( “三網(wǎng)”)；在極區(qū)高緯、北方中緯、海南(南方)低緯、青藏高原4 個重點區(qū)域建設國際先進的大型監(jiān)測設備，開展對空間環(huán)境的精細“顯微”探測( “四聚焦”)。這種“一鏈、三網(wǎng)、四聚焦”的架構(gòu)將使得子午工程首次實現(xiàn)對日地空間環(huán)境全圈層、多要素綜合的立體式探測。子午工程的總體監(jiān)測架構(gòu)如圖8所示。

圖8子午工程監(jiān)測架構(gòu)(一鏈、三網(wǎng)、四聚焦)

● “一鏈”——太陽-行星際監(jiān)測鏈

太陽作為日地空間環(huán)境擾動的源頭，對太陽以及行星際空間的觀測對理解太陽爆發(fā)的物質(zhì)和能量傳輸規(guī)律至關重要。

基于太陽輻射頻率隨日心距下降的原理，太陽-行星際監(jiān)測鏈采用光學、射電、IPS 等多種手段遞次接力、互相銜接的方式，形成了對太陽爆發(fā)活動從太陽表面到近地空間全過程進行追蹤的能力。這種全鏈條的監(jiān)測能力有助于我們更全面地理解太陽活動對地球空間環(huán)境的影響，從而提高對空間天氣的預測和預警能力。

● “三網(wǎng)”——地磁監(jiān)測網(wǎng)、電離層監(jiān)測網(wǎng)以及中高層大氣監(jiān)測網(wǎng)

我國地域廣闊，地磁、電離層、中高層大氣等地球空間環(huán)境在我國境內(nèi)表現(xiàn)出豐富的變化特性和地域特色。為了更好地了解我國空間環(huán)境的背景分布特征、空間天氣事件的擾動傳播特性，以及由于地形和地理條件造成的空間環(huán)境的區(qū)域特殊性，子午工程采用“兩縱兩橫”式布局監(jiān)測設備，構(gòu)成了覆蓋地磁、電離層和中高層大氣的監(jiān)測臺網(wǎng)。

● “四聚焦”——對關鍵區(qū)域、特色區(qū)域開展重點監(jiān)測

極區(qū)高緯地區(qū)：地球的極區(qū)由于磁場的特殊構(gòu)型，形成了太陽風直接進入磁層的天然窗口，是空間天氣、空間物理研究的理想場所。子午工程二期充分利用我國在南北極區(qū)的科學站點資源，針對電離層、中高層大氣、極光、地磁與波動配置監(jiān)測設備。極區(qū)的擾動可以沿子午線向低緯地區(qū)傳播，對中低緯地區(qū)空間環(huán)境造成重要的影響。

北方中緯地區(qū)：我國地處中低緯地區(qū)，來源于北極地區(qū)的空間天氣擾動往往是經(jīng)過俄羅斯和蒙古國廣袤地區(qū)，再傳播到我國境內(nèi)。對空間天氣擾動從極區(qū)到中低緯地區(qū)傳播的整個路徑進行監(jiān)測不僅可以完整地描繪擾動傳播的規(guī)律，研究空間環(huán)境南北耦合機制，對空間天氣的預報預警也十分重要。子午工程二期在該區(qū)域布局三個臺站組成的高頻雷達陣列，開展對電離層大范圍的掃描探測，形成對我國空間環(huán)境上游區(qū)域大縱深的遙感探測能力，同時構(gòu)成極區(qū)監(jiān)測與國內(nèi)監(jiān)測之間的“橋梁”，形成高、中、低緯有機銜接的完整監(jiān)測體系。

青藏高原地區(qū)：青藏高原作為地球的“第三極”，具有獨特的地理環(huán)境和復雜的大氣擾動，是巖石圈-大氣層-電離層垂直耦合研究的熱點區(qū)域。子午工程二期聚焦“巖石圈/低層大氣層-中高層大氣垂直耦合”過程，對“第三極”中高層大氣開展綜合觀測，實現(xiàn)自地表到低熱層高度范圍大氣溫度、風場、密度、金屬層，以及低層大氣多要素的高時空分辨的“全高度覆蓋”的“顯微”觀測。

海南(南方)低緯地區(qū)：我國南部海南島地處電離層赤道異常區(qū)，電離層活動異常頻繁，是觀測研究地球低緯電離層環(huán)境的理想?yún)^(qū)域。同時，電離層擾動嚴重影響我國南海地區(qū)的短波通信。我國對南海地區(qū)的空間天氣保障需求極為迫切。子午工程二期在該區(qū)域建立國際上先進的大型無線電和光學觀測設備，綜合探測我國海南島周邊及南海上空80 km到上千千米的中高層大氣、電離層和內(nèi)磁層的空間環(huán)境精細結(jié)構(gòu)。

子午工程的最大特點是其完整的日地空間綜合體系，使其具備對日地空間進行端對端的整體探測研究能力。子午工程二期新增了一系列探測能力國際領先的大型監(jiān)測設備，將在空間物理和空間天氣基本物理問題的深入研究方面發(fā)揮重要作用，其中包括全球最大的綜合孔徑太陽射電望遠鏡——圓環(huán)陣太陽射電成像望遠鏡(建設于四川稻城)，以及全球首個低緯地區(qū)三站式非相干散射雷達和首次實現(xiàn)1000 km 高度大氣探測的激光雷達(建設于海南)。這些子午工程二期標志性設備將引領國際空間環(huán)境地基監(jiān)測。

另外，為了實現(xiàn)監(jiān)測網(wǎng)絡的科學高效運行和多學科綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)的集成融合，促進重大科研應用成果的產(chǎn)出，子午工程二期還建設了數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，以完成數(shù)據(jù)實時匯集、加工和分發(fā)服務；同時還建設了科學應用系統(tǒng)，以完成科學運行管理、研究與建模支撐、預報方法研究以及空間環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)交叉應用示范等任務。這兩個系統(tǒng)的主體設施均部署于北京懷柔的子午工程綜合信息與運控中心。

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國際子午圈大科學計劃

以子午工程為基礎，我國科學家立足國內(nèi)，胸懷全球，提出和推動國際子午圈大科學計劃(IMCP)。該計劃將聯(lián)合跨越東經(jīng)120°、西經(jīng)60°子午圈沿線的十余個國家或地區(qū)的千余臺儀器形成全球分布式地基探測網(wǎng)絡，與天基探測衛(wèi)星相結(jié)合，研究空間天氣的全球特征和傳播規(guī)律，以及與全球變化的相互影響，為應對地球災害和國家空間安全決策提供科學依據(jù)，為建設宜居地球和實現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展貢獻中國力量。

空間天氣是全球性問題，需要全球化的解決方案，需要全球合力參與。子午工程一期對能量如何從高緯(地球磁層外部)擴散到低緯(磁層內(nèi)部)的研究，跨出了全球性空間天氣研究的第一步。子午工程二期可以實現(xiàn)空間天氣觀測從太陽到地球的全過程，完成了全球性空間天氣研究的第二步。這一系列工作為國際子午圈計劃提供了寶貴的研究成果和技術(shù)支持，為全球空間天氣研究和國際合作作出了重要貢獻。

國際子午圈大科學計劃是全球性空間天氣監(jiān)測研究的第三步。其全球地基分布網(wǎng)絡可以把地球空間變?yōu)槲锢硇畔⒌娜S網(wǎng)格，借助地球自轉(zhuǎn)，每12 個小時生成一張地球空間環(huán)境的“核磁共振圖像”。科學衛(wèi)星穿行其間，在關鍵格點對關鍵過程進行詳細診斷。同時，數(shù)千臺不同種類的儀器設備相互定標，將全網(wǎng)絡的測量絕對基準維持在一個穩(wěn)定精準的基線上，不斷完善地球環(huán)境監(jiān)測能力指標。例如，地球磁場現(xiàn)在以每百年10%的速率衰減，導致太陽能量粒子和宇宙射線對地球大氣的作用大幅增強。這一變化是否影響氣候及其他環(huán)境因素，需要國際子午圈計劃這樣長期、穩(wěn)定和綜合的全球性觀測來判別。

圖9國際子午圈計劃示意圖

國際子午圈計劃自從提出以來得到了國際熱烈響應，數(shù)百位國際科學家參與規(guī)劃。來自中國、巴西、俄羅斯、泰國、法國、美國等國的30 多個研究機構(gòu)，以及國際組織積極支持和參與。作為先行先試，從2014 年開始，中國科學院與巴西國家空間研究院(INPE)共建中巴空間天氣聯(lián)合實驗室。經(jīng)過兩期建設，在10 個臺站部署了包括激光雷達、GNSS電離層TEC 與閃爍監(jiān)測儀、大氣電場儀、全天空氣輝成像儀、磁通門磁力儀等在內(nèi)的16 臺監(jiān)測設備，并且完成了南美數(shù)據(jù)中心的建設。此外，東南亞、北極高緯監(jiān)測網(wǎng)也在穩(wěn)步推進中。這一系列工作將為全球空間天氣研究和國際合作提供重要支持，提供了開展大規(guī)模國際合作的經(jīng)驗。

圖10 中巴實驗室臺站分布圖

(圖中紅色臺站為運行臺站，綠色臺站為計劃臺站)

國際子午圈計劃得到了北京市以及科技部、中國科學院、國家自然科學基金委等國家部委的培育項目支持。2023 年9 月國際子午圈總部大樓在北京懷柔科學城正式啟用。與此同時，國際子午圈第一屆科學委員會會議、2023 國際研討會和空間天氣培訓班成功舉辦，這些活動為國際子午圈計劃的發(fā)展和合作奠定了堅實的基礎。

圖11國際子午圈總部大樓掠影

圖12 2023國際子午圈研討會暨“一帶一路”空間天氣培訓班9月14日在北京開幕，全球10余個國家的100多位空間物理科學家齊聚懷柔科學城

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結(jié)語

地基監(jiān)測是天地一體化空間環(huán)境監(jiān)測體系中的重要組成部分和基礎。相比國際上其他監(jiān)測要素和手段較為單一的地基監(jiān)測網(wǎng)絡(如地磁監(jiān)測網(wǎng)絡MAGDAS、超級雙重極光雷達網(wǎng)絡SuperDARN、國際地球動力學服務機構(gòu)IGS等)，子午工程監(jiān)測手段最綜合、監(jiān)測要素最齊全、覆蓋日地空間圈層最完整、集同運行能力最強，實現(xiàn)了空間天氣鏈鎖變化過程端對端的整體監(jiān)測，將對太陽活動-日地傳輸-對地影響的全過程研究產(chǎn)生重大影響。

子午工程一期的成功建設和運行，標志著我國空間環(huán)境地基監(jiān)測的綜合性能力取得重大發(fā)展，全球空間環(huán)境監(jiān)測研究的重心開始向我國轉(zhuǎn)移。子午工程二期的建成將完成這個重心的轉(zhuǎn)移，我國將實現(xiàn)空間環(huán)境從認知能力向認知與保障能力的提升，逐步成為全球空間環(huán)境地基監(jiān)測研究最重要的數(shù)據(jù)來源、最活躍的人才高地、最豐碩的成果策源地。正在推進的國際子午圈計劃，將使我國借勢形成全球輻射能力，使得我國空間環(huán)境地基監(jiān)測研究能力實現(xiàn)從“跟跑”“并跑”到“領跑”的超越。

致謝：本項研究受到國家重大科技基礎設施子午工程項目支持。

本文選自《現(xiàn)代物理知識》2024年4期YWA編輯

來源：《現(xiàn)代物理知識雜志》

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