寧百齊 李國(guó)主 胡連歡 趙秀寬

中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 北京空間環(huán)境國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站 北京 100029

地球磁層、電離層和中高層大氣的擾動(dòng)變化，直接影響衛(wèi)星運(yùn)行安全以及人類健康。通過野外臺(tái)站探測(cè)提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的空間環(huán)境信息，可以避免空間環(huán)境劇烈變化可能對(duì)空間、地面的高技術(shù)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，保障國(guó)家空間安全。開展空間環(huán)境探測(cè)可以有力地促進(jìn)空間科學(xué)的發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)航天技術(shù)創(chuàng)新、拓展空間應(yīng)用、服務(wù)國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)和平利用空間，對(duì)于國(guó)家可持續(xù)發(fā)展、國(guó)防及重大空間科學(xué)研究及應(yīng)用都具有十分重要的意義。

北京空間環(huán)境國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站是 2007 年經(jīng)科技部批準(zhǔn)建立的國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，隸屬于中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，是中國(guó)科學(xué)院日地空間環(huán)境觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)骨干臺(tái)站。北京空間環(huán)境國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站擁有地磁、電離層和中高層大氣等多學(xué)科綜合觀測(cè)手段，以建在北京十三陵的空間環(huán)境觀測(cè)站（始建于 1985 年）為主站，并與設(shè)在漠河（始建于 1988 年）、武漢（始建于 1946 年）和三亞（始建于 1998 年）的 3 個(gè)子站，形成沿東經(jīng) 120° 子午線附近，從我國(guó)大陸北端漠河到南端三亞，緯度間隔約 10° 的均勻布局的空間環(huán)境綜合觀測(cè)研究臺(tái)鏈，具有同時(shí)觀測(cè)覆蓋我國(guó)不同緯度上空、不同空間層次（中高層大氣、電離層、磁層等）、不同空間環(huán)境參量的能力。

1 采用南北布鏈綜合觀測(cè)我國(guó)空間環(huán)境變化

北京空間環(huán)境國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站定位于我國(guó)空間環(huán)境（地磁、中高層大氣和電離層）地區(qū)特性與變化觀測(cè)，注重地球空間不同層次相互耦合，開展空間物理學(xué)科和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。強(qiáng)調(diào)多手段綜合鏈網(wǎng)觀測(cè)、新技術(shù)和新方法研發(fā)，以及國(guó)際聯(lián)測(cè)與合作，注重科學(xué)問題驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)研究和國(guó)家需求牽引的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，在觀測(cè)技術(shù)特色和創(chuàng)新以及數(shù)據(jù)共享和利用上起到表率，在我國(guó)地基空間環(huán)境觀測(cè)研究方面發(fā)揮示范作用。

在地理位置上，北京空間環(huán)境國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站站點(diǎn)分布如圖 1 所示，其經(jīng)過東亞電離層異常區(qū)域，蒙古國(guó)地磁場(chǎng)異常區(qū)域，電離層赤道異常區(qū)域和電離層 SQ 電流體系轉(zhuǎn)向區(qū)域，跨越典型的空間環(huán)境中緯與低緯地區(qū)，是觀測(cè)研究眾多地球與空間物理現(xiàn)象和我國(guó)空間環(huán)境擾動(dòng)南北傳播特性的“黃金鏈”。在空間層次上，日地空間環(huán)境關(guān)系如圖 2 所示，北京空間環(huán)境國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站包括了地磁、電離層和中高層大氣多種先進(jìn)的連續(xù)觀測(cè)手段，對(duì)于研究我國(guó)地球上空各圈層耦合過程具有重要意義。在學(xué)科上，觀測(cè)研究?jī)?nèi)容綜合了地球物理學(xué)一級(jí)學(xué)科中的 2 個(gè)二級(jí)學(xué)科，具有鮮明的特色和典型的學(xué)科代表性。此外，通過對(duì)該站觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析，對(duì)于開展我國(guó)空間環(huán)境模式和預(yù)報(bào)等研究，滿足我國(guó)空間和國(guó)防工程應(yīng)用也將發(fā)揮重要作用。

北京空間環(huán)境國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站一直引領(lǐng)國(guó)內(nèi)空間環(huán)境觀測(cè)技術(shù)發(fā)展，建設(shè)了我國(guó)大陸第一臺(tái)全天空流星雷達(dá)、第一臺(tái)“北斗”電離層觀測(cè)系統(tǒng)、第一臺(tái) VHF 電離層相干散射/全天空流星雙模雷達(dá)。目前擁有數(shù)字電離層測(cè)高儀、流星雷達(dá)、VHF 相干散射雷達(dá)、GNSS 電離層監(jiān)測(cè)儀、磁力儀和全天空氣輝成像儀等共計(jì) 90 臺(tái)套監(jiān)測(cè)設(shè)備，監(jiān)測(cè)的對(duì)象包括地磁、電離層和中高層大氣等。經(jīng)過幾十年的觀測(cè)運(yùn)行，積累了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)家空間數(shù)據(jù)資源。

圖 1 北京空間環(huán)境國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站站點(diǎn)分布圖

圖 2 日地空間環(huán)境

（1）電離層特性參量數(shù)據(jù)庫(kù)。武漢子站是中國(guó)最早開始常規(guī)電離層垂直探測(cè)研究的地方，最早可以追溯到 1937 年 10月。1946 年開始，武漢子站在不斷的歷史變遷中一直持續(xù)觀測(cè)至今，是國(guó)際上歷史最悠久的電離層垂測(cè)站之一，經(jīng)收集與整理形成了我國(guó)歷史最長(zhǎng)的超過 70 年的電離層垂測(cè)數(shù)據(jù)資料，是認(rèn)識(shí)我國(guó)電波傳播特性和空間環(huán)境長(zhǎng)期變化的最寶貴的數(shù)據(jù)資源。近年來，在北京主站、漠河、武漢和三亞子站建立了一條沿東經(jīng) 120° 的電離層現(xiàn)代數(shù)字測(cè)高儀子午鏈，對(duì)于深入了解電離層南北向耦合過程具有重要科學(xué)意義；為開展空間天氣、空間氣候?qū)W研究提供了最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐。

（2）全天空流星雷達(dá)中高層大氣風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)。北京空間環(huán)境國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站從我國(guó)最北的漠河，經(jīng)北京、武漢，南至三亞建立了一條流星雷達(dá)觀測(cè)子午鏈。流星雷達(dá)觀測(cè)獲得的中高層大氣風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)與電離層特性參量數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合對(duì)于深入了解近地空間中能量的上下耦合、南北耦合，以及大氣層/電離層耦合，具有重要的學(xué)術(shù)意義。此數(shù)據(jù)庫(kù)也是國(guó)際上唯一一個(gè)覆蓋中緯到低緯的地基中高層大氣風(fēng)場(chǎng)連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。

（3）GNSS多衛(wèi)星系統(tǒng)電離層參量數(shù)據(jù)庫(kù)。為了綜合 GPS、GLONASS 和“北斗”三套衛(wèi)星系統(tǒng)的多系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)來進(jìn)行電離層探測(cè)，發(fā)揮“北斗”衛(wèi)星系統(tǒng)在中國(guó)地區(qū)的電離層探測(cè)與應(yīng)用能力，北京空間環(huán)境國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站在我國(guó)建立了由 32 個(gè)觀測(cè)站構(gòu)成的中國(guó) GNSS 電離層觀測(cè)網(wǎng)①http://gnss.stern.ac.cn/，獲得了大量 GNSS 三系統(tǒng)電離層監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。建成國(guó)際上首個(gè) GNSS 三系統(tǒng)（同時(shí)接收 GPS、GLONASS 和“北斗”三套衛(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)）電離層觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。此數(shù)據(jù)庫(kù)為監(jiān)測(cè)和研究中國(guó)及周邊區(qū)域電離層結(jié)構(gòu)及其變化、電離層擾動(dòng)傳播、電離層赤道異常峰變化和低緯電離層不規(guī)則體特性等電離層科學(xué)研究，開展電離層空間天氣的預(yù)報(bào)和預(yù)警工作，以及衛(wèi)星通信和導(dǎo)航等應(yīng)用研究提供有力的數(shù)據(jù)支撐；為我國(guó)南海及周邊地區(qū)空間環(huán)境監(jiān)測(cè)提供數(shù)據(jù)保障，提升短波通訊的可靠性，提高衛(wèi)星導(dǎo)航定位的精度，護(hù)航“一帶一路”建設(shè)。

（4）地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所從 20 世紀(jì) 80 年代開始開展地磁臺(tái)站建設(shè)，先后建設(shè)了北京地磁臺(tái)、漠河地磁臺(tái)、南極長(zhǎng)城站地磁臺(tái)、南極中山站地磁臺(tái)和三亞地磁臺(tái)。其中，北京地磁臺(tái)是我國(guó)大陸首個(gè)國(guó)際 INTERMAGNET 標(biāo)準(zhǔn)地磁臺(tái)，為國(guó)際參考地磁場(chǎng) IGRF 模型修正提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)于開展地球的成因和演變過程、地球不同圈層的相互作用等研究具有重要意義。

2 通過圈層耦合揭示電離層變化性的驅(qū)動(dòng)過程

地球上空約 60——1 000 公里高度范圍的電離層，是日地系統(tǒng)中能量傳輸和耗散的關(guān)鍵圈層，也是產(chǎn)生空間天氣效應(yīng)的重要區(qū)域。電離層的變化性是空間物理學(xué)中的一個(gè)重大科學(xué)問題。作為一個(gè)耗散的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，電離層的變化主要為外部所驅(qū)動(dòng)。因此，深入認(rèn)識(shí)各種驅(qū)動(dòng)因素的作用，并甄別不同驅(qū)動(dòng)源的貢獻(xiàn)，是認(rèn)識(shí)電離層變化性的關(guān)鍵。電離層變化性驅(qū)動(dòng)過程研究，是當(dāng)前空間物理學(xué)和空間天氣科學(xué)中一個(gè)重要前沿領(lǐng)域，同時(shí)在航天工程保障及衛(wèi)星通信、定位導(dǎo)航等空間應(yīng)用中也有重要價(jià)值。

圍繞電離層變化性研究的科學(xué)需求，基于北京空間環(huán)境國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站觀測(cè)數(shù)據(jù)，并結(jié)合衛(wèi)星觀測(cè)等數(shù)據(jù)，通過發(fā)展理論模式，采用數(shù)據(jù)分析與數(shù)值模擬相結(jié)合等研究方法，系統(tǒng)研究了大氣層-電離層耦合、磁層-電離層耦合和太陽(yáng)輻射的光電離光化學(xué) 3 類最為重要的驅(qū)動(dòng)過程對(duì)電離層變化性的影響和控制作用，相關(guān)成果獲得 2015 年國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。取得了一批具有重要國(guó)際影響的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

2.1 大氣層-電離層耦合過程對(duì)電離層變化性的驅(qū)動(dòng)

地面附近的大氣層（對(duì)流層）中的劇烈天氣事件、巖石圈中的地震事件等釋放的能量，通過動(dòng)力學(xué)和電動(dòng)力學(xué)等形式向上傳輸，并最終影響電離層的變化性，這一過程被稱為“大氣層-電離層耦合”（在涉及巖石圈事件時(shí)也被稱為“巖石圈-大氣層-電離層耦合”），是理解電離層變化及能量上下耦合的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是當(dāng)今電離層物理中的前沿科學(xué)問題之一。圍繞大氣層-電離層耦合的科學(xué)問題，采用觀測(cè)、數(shù)據(jù)分析與數(shù)值模擬等方法，著重研究大氣波動(dòng)對(duì)電離層的作用，分析揭示了大氣波動(dòng)所驅(qū)動(dòng)的電離層變化特征及相關(guān)驅(qū)動(dòng)過程的物理機(jī)制，系統(tǒng)揭示了（巖石圈-）大氣層-電離層耦合的若干新現(xiàn)象、新過程和新機(jī)理，為電離層變化性的研究提供了新的視角和觀點(diǎn)。

（1）發(fā)現(xiàn)了低緯電離層經(jīng)度 四波 結(jié)構(gòu)日變化和氣候?qū)W變化特征，揭示 四波 結(jié)構(gòu)與大氣潮汐的耦合機(jī)理（圖3）。利用全球 GPS 網(wǎng)的電離層總電子含量觀測(cè)資料，采用經(jīng)度波數(shù)譜分析方法提取電離層經(jīng)度“四波”結(jié)構(gòu)，通過分析首次系統(tǒng)揭示了電離層“四波”結(jié)構(gòu)日變化和氣候?qū)W特性（季節(jié)變化、太陽(yáng)活動(dòng)依賴性等）：發(fā)現(xiàn)“四波”結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在午前至子夜前的時(shí)間段，波形向東漂移，漂移速度白天稍慢夜晚較快；發(fā)現(xiàn)“四波”強(qiáng)度春季弱、夏秋季強(qiáng)、冬季消失，隨太陽(yáng)活動(dòng)增強(qiáng)略有減弱，在大氣層準(zhǔn)兩年震蕩的東風(fēng)相位期間略有增強(qiáng)。通過與同期的衛(wèi)星觀測(cè)資料的對(duì)比分析，得出了電離層經(jīng)度“四波”結(jié)構(gòu)與高層大氣中的非遷移潮汐 DE3 模的東西風(fēng)分量具有強(qiáng)烈的相關(guān)性（與相應(yīng)的南北風(fēng)分量不具相關(guān)性）。在數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)值模擬，提出了電離層與大氣潮汐耦合的物理模型。此外，利用衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，首次發(fā)現(xiàn)了頂部電離層中電子溫度存在經(jīng)度“四波”結(jié)構(gòu)，指出了兩種“四波”結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度表現(xiàn)出明顯的負(fù)相關(guān)性，提出了這兩種“四波”結(jié)構(gòu)的物理成因[1]。

圖 3 “四波”結(jié)構(gòu)的季節(jié)變化、太陽(yáng)活動(dòng)性調(diào)制等變化特征

圖 4 震前局地電離層電子濃度異常增強(qiáng)

（2）發(fā)現(xiàn)了與汶川地震相聯(lián)系的局地電離層異常增強(qiáng)現(xiàn)象，提出了垂直電場(chǎng)耦合的解釋（圖4）。通過收集和分析 2008 年汶川地震期間的各種電離層觀測(cè)資料，發(fā)現(xiàn)與地震相關(guān)的局地電離層異常增強(qiáng)現(xiàn)象，修正了之前關(guān)于震前電離層總是減弱的流行觀點(diǎn)。指出了地震孕育過程中產(chǎn)生的地球表面垂直電場(chǎng)可以較好解釋觀測(cè)到的電離層異常增強(qiáng)現(xiàn)象。有關(guān)新發(fā)現(xiàn)和機(jī)理解釋成為后續(xù)地震電離層耦合研究的依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)[2]。

2.2 磁層-電離層耦合過程對(duì)電離層變化性的驅(qū)動(dòng)

磁暴期間，耦合進(jìn)入高緯電離層的磁層能量，引起的電離層擾動(dòng)向低緯和赤道傳播；映射到高緯電離層的磁層電場(chǎng)的強(qiáng)烈擾動(dòng)也穿透到低緯電離層，并加劇電離層噴泉效應(yīng)。磁暴時(shí)電離層變化性研究歷來是“磁層-電離層耦合”的焦點(diǎn)問題，也是空間天氣研究的重點(diǎn)內(nèi)容。圍繞磁層-電離層耦合，著重研究了超級(jí)電離層暴的產(chǎn)生和演變過程，發(fā)現(xiàn)了在特大磁暴期間電離層的超級(jí)噴泉效應(yīng)和再分層結(jié)構(gòu)，揭示了不同經(jīng)度扇區(qū)電離層暴及電離層擾動(dòng)的區(qū)域特性（圖5）。

（1）剖析了特大磁暴期間低緯電離層暴演化過程，揭示了超級(jí)電離層暴的形成機(jī)制。利用全球電離層雷達(dá)和 GPS 組網(wǎng)探測(cè)，發(fā)現(xiàn)了特大磁暴期間低緯電離層的“超級(jí)噴泉”效應(yīng)及電離層再分層結(jié)構(gòu)。通過模式計(jì)算，證實(shí)太陽(yáng)風(fēng)磁場(chǎng)南向翻轉(zhuǎn)期間磁層亞暴連續(xù)爆發(fā)形成了長(zhǎng)時(shí)間的阿爾芬弱屏蔽效應(yīng)，從而導(dǎo)致強(qiáng)磁層電場(chǎng)頻繁向低緯電離層穿透。發(fā)現(xiàn)磁暴恢復(fù)相階段電離層赤道異常抑制的半球非對(duì)稱與能量注入的半球不對(duì)稱有關(guān)。通過分析非相干散射雷達(dá)資料，發(fā)現(xiàn)超大磁暴期間磁層電場(chǎng)夜間滲透效率值遠(yuǎn)高于白天，從而證實(shí)了磁層電場(chǎng)的滲透效率和位形存在日夜不對(duì)稱性[3]。

（2）得到了特大磁暴期間電離層行進(jìn)式擾動(dòng)的全球分布特征?；谌?GPS 網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)和電離層測(cè)高儀密集布陣觀測(cè)，在時(shí)間和空間上實(shí)現(xiàn)了對(duì)磁暴期間大尺度電離層擾動(dòng)的大范圍連續(xù)觀測(cè)。利用從二維精細(xì)圖像中揭示出的電離層擾動(dòng)從高緯向中低緯傳播及衰減過程，首次發(fā)現(xiàn)了特大磁暴引起的電離層擾動(dòng)寬達(dá) 4 000 km 的等相面，分析并提出了相關(guān)電離層擾動(dòng)的西向偏移由極區(qū)電集流增強(qiáng)區(qū)的快速移動(dòng)引起的源機(jī)制。將大尺度電離層擾動(dòng)區(qū)分為極區(qū)活動(dòng)激發(fā)的南向擾動(dòng)、北向擾動(dòng)，以及日夜交替線激發(fā)的西向擾動(dòng) 3 種類型，發(fā)現(xiàn)高緯度地區(qū)擾動(dòng)出現(xiàn)率呈現(xiàn)與地磁擾動(dòng)相一致的變化，而低緯度地區(qū)電離層擾動(dòng)受到地磁擾動(dòng)和背景電離層變化雙重調(diào)制[4]。

2.3 太陽(yáng)輻射及相關(guān)光化過程對(duì)電離層變化性的驅(qū)動(dòng)

EUV 與 X 射線波段的太陽(yáng)輻射，是電離層的電離和熱量來源，主導(dǎo)了電離層中的光電離及相關(guān)光化學(xué)過程，因此太陽(yáng)輻射的變化（即太陽(yáng)活動(dòng)）會(huì)直接導(dǎo)致電離層的變化性，是日地關(guān)系的核心研究課題。圍繞太陽(yáng)輻射及相關(guān)光化過程對(duì)電離層變化性的驅(qū)動(dòng)，著重研究了電離層對(duì)極端太陽(yáng)活動(dòng)性的響應(yīng)特性，發(fā)現(xiàn)了電離層對(duì)極端活動(dòng)太陽(yáng)輻射的“非線性放大響應(yīng)”新類型，給出了極端寧?kù)o太陽(yáng)期間電離層異常下降的首個(gè)觀測(cè)證據(jù)，揭示了太陽(yáng)輻射對(duì)電離層作用的新機(jī)理。這些成果促進(jìn)了電離層的太陽(yáng)活動(dòng)響應(yīng)的深入研究，推動(dòng)了日地關(guān)系研究領(lǐng)域的新發(fā)展，為改進(jìn)電離層模式等實(shí)際應(yīng)用作出了重要貢獻(xiàn)。

圖 5 超級(jí)電離層暴的產(chǎn)生和演變過程

（1）系統(tǒng)認(rèn)識(shí)了電離層對(duì)極端太陽(yáng)活動(dòng)性響應(yīng)的全球特征，首次發(fā)現(xiàn)了電離層對(duì)極端活動(dòng)太陽(yáng)活動(dòng)響應(yīng)的非線性放大新類型。綜合全球多種電離層長(zhǎng)期觀測(cè)資料，研究發(fā)現(xiàn)在冬季半球高緯地區(qū)電子密度隨太陽(yáng)活動(dòng)性增強(qiáng)而非線性放大，糾正了以往對(duì)電離層的太陽(yáng)活動(dòng)性響應(yīng)的片面認(rèn)識(shí)。通過分析改進(jìn)的太陽(yáng)活動(dòng)指數(shù)（P 指數(shù)）與多波段太陽(yáng)輻射以及電離層電離強(qiáng)度的相關(guān)性，從統(tǒng)計(jì)上確認(rèn)新指數(shù)能更可靠地估算太陽(yáng)輻射的變化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電離層變化更準(zhǔn)確地定量估算?；诙味囗?xiàng)式回歸模型，揭示出電離層隨太陽(yáng)活動(dòng)性變化的類型（線性增長(zhǎng)型、非線性飽和型、非線性放大型）與所在緯度、高度、季節(jié)和地方時(shí)的關(guān)系，首次構(gòu)建出了電離層對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)性響應(yīng)特征的全球圖像。研究結(jié)果對(duì)電離層空間環(huán)境的模式化和預(yù)報(bào)具有重要價(jià)值，已經(jīng)應(yīng)用于電離層經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ絒5]。

（2）發(fā)現(xiàn)電離層對(duì)極端寧?kù)o期間太陽(yáng)活動(dòng)響應(yīng)變化的趨緩特征。通過對(duì)電離層全球歷史數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)電離層電子密度和高度在太陽(yáng)活動(dòng)極低年（第23/24太陽(yáng)活動(dòng)周低年）下降到有觀測(cè)記錄以來的最低值，電離層對(duì)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度下降變化的響應(yīng)具有變緩的特征（圖6）。分析認(rèn)為此極低年期間電離層變化的主導(dǎo)因素是太陽(yáng)極紫外輻射的下降，而非溫室效應(yīng)或地磁活動(dòng)。這一新認(rèn)識(shí)確定了太陽(yáng)輻射的長(zhǎng)期變化對(duì)電離層長(zhǎng)期趨勢(shì)的重要性，為電離層的長(zhǎng)期趨勢(shì)研究提供了新思路，此發(fā)現(xiàn)引起了廣泛關(guān)注，成為一個(gè)研究熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外多個(gè)研究小組先后加入研究，從而促進(jìn)了日地關(guān)系研究領(lǐng)域的新發(fā)展[6,7]。

（3）揭示了電離層高度剖面對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)性的依賴特征，提出了電離層隨太陽(yáng)活動(dòng)變化的動(dòng)力學(xué)新解釋（圖7）。通過分析非相干散射雷達(dá)歷史觀測(cè)資料，揭示電離層剖面標(biāo)高隨太陽(yáng)活動(dòng)性近似線性增長(zhǎng)，即電離層在高度方向上隨太陽(yáng)活動(dòng)性增強(qiáng)而膨脹的特征，并提出電離層對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)響應(yīng)的非線性放大類型可由電離層剖面標(biāo)高的增長(zhǎng)和動(dòng)力學(xué)過程引起[8]。

3 結(jié)語(yǔ)

野外臺(tái)站是人類認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象、探索自然規(guī)律、追求人與自然和諧共存的重要科學(xué)觀測(cè)研究基地。中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所經(jīng)過長(zhǎng)期的建設(shè)與運(yùn)行，使得北京空間環(huán)境國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站已初具規(guī)模，為科學(xué)研究獲得了長(zhǎng)期、綜合和豐富的第一手資料，有效提升了我國(guó)空間科學(xué)研究的原始創(chuàng)新能力。

圖 6 太陽(yáng)活動(dòng)極端活躍期間電離層響應(yīng)的非線性放大新類型

圖 7 極端寧?kù)o太陽(yáng)下電離層變化性

在中國(guó)科學(xué)院日地空間環(huán)境觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)、重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目“東半球空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)子午鏈”和國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目等支持下，北京空間環(huán)境國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站以空間環(huán)境中涉及的磁層、電離層、中高層大氣以及地球磁場(chǎng)為主要觀測(cè)和研究對(duì)象，形成多手段、多參量綜合觀測(cè)，具有同時(shí)觀測(cè)我國(guó)空間環(huán)境不同經(jīng)緯度變化、不同空間層次和不同觀測(cè)參量的能力。長(zhǎng)期的多學(xué)科觀測(cè)研究，積累了大量的資料，不僅充實(shí)了相關(guān)學(xué)科的內(nèi)容，還為學(xué)科基礎(chǔ)理論和前沿問題的研究做出了重要貢獻(xiàn)，并將在交叉學(xué)科的創(chuàng)立和新領(lǐng)域的開拓方面發(fā)揮重要作用。

未來北京空間環(huán)境國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站將從以下 3 個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)建設(shè)：① 提升空間環(huán)境重點(diǎn)區(qū)域的探測(cè)能力。通過增加觀測(cè)點(diǎn)和綜合無線電、光學(xué)觀測(cè)手段，加強(qiáng)對(duì)電離層赤道異常區(qū)、低緯電離層閃爍高發(fā)區(qū)和南海地區(qū)空間環(huán)境綜合探測(cè)能力建設(shè)。② 發(fā)展和建立具有創(chuàng)新技術(shù)的空間環(huán)境大型探測(cè)設(shè)備。包括地基空間觀測(cè)最強(qiáng)大的探測(cè)手段-非相干散射雷達(dá)和能大范圍進(jìn)行低緯電離層不規(guī)則體探測(cè)的高頻雷達(dá)。③ 完善網(wǎng)絡(luò)化綜合探測(cè)。通過與院內(nèi)外有關(guān)單位合作，開展流星雷達(dá)、電離層測(cè)高儀和空間光學(xué)觀測(cè)設(shè)備等的組網(wǎng)探測(cè)。