受日冕物質(zhì)拋射活動影響，2025 年新年第一天，即北京時間1月1 日11 時開始，到1 月2 日2 時，地球出現(xiàn)明顯地磁活動，其中1 月1 日23 時至2 日2 時發(fā)生了全球地磁指數(shù)（Kp 指數(shù)）為8 的特大地磁暴。國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心1 月5 日發(fā)布的信息顯示，此前24小時出現(xiàn)了12 小時小地磁暴，Kp指數(shù)最大值為5，其余時間地磁活動微擾到活躍。

受地磁暴影響，黑龍江漠河出現(xiàn)絢麗的極光美景。早在2024 年12 月30 日，中國氣象局國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心便發(fā)布極光預(yù)報專報，并聯(lián)合黑龍江省、大興安嶺地區(qū)、漠河市氣象局，共同制作發(fā)布了極光觀測天氣預(yù)報與漠河極光臨近預(yù)報。

極光預(yù)報是如何成功做到的？特大地磁暴事件跟極光有什么關(guān)系？《中國科學(xué)報》就這些問題對國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心空間天氣技術(shù)研發(fā)室主任宗位國、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員苗娟進(jìn)行了專訪。

提前2 到3 天預(yù)報，帶動漠河旅游

《中國科學(xué)報》：在此次出現(xiàn)地磁暴之前，我國提前發(fā)布了極光預(yù)報，這是如何做到的？

宗位國：國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心是基于地磁暴的預(yù)報開展極光預(yù)報的。一旦太陽有爆發(fā)活動，我們就會判斷太陽的爆發(fā)會不會引起地磁暴，一般提前2 至3 天。如果判斷太陽爆發(fā)會產(chǎn)生地磁暴，我們將根據(jù)地磁暴可能的強度判斷極光可能出現(xiàn)的范圍，從而作出預(yù)報。針對從跨年夜到2025 年1 月1 日、2 日連續(xù)出現(xiàn)的兩次極光，我們?nèi)砍晒Χ资嘏牡健?/p>

《中國科學(xué)報》：預(yù)測到有地磁暴和可能發(fā)生極光之后，你們通常會怎么做？

宗位國：預(yù)報有地磁暴后，國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心會通過不同的產(chǎn)品形式，把地磁暴的發(fā)生時間、磁暴強度、持續(xù)時間及可能產(chǎn)生的影響等信息發(fā)送給不同的用戶。

針對極光，國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心積極開展相關(guān)預(yù)報，根據(jù)極光產(chǎn)生的原理，通過對太陽爆發(fā)活動如日冕物質(zhì)拋射的監(jiān)測，獲取其爆發(fā)位置、爆發(fā)強度、物質(zhì)傳輸速度等要素，大致判斷極光帶的范圍變化，并及時對外發(fā)布。預(yù)報內(nèi)容包括極光可能發(fā)生的日期，以及結(jié)合地方氣象部門給出的云圖和天氣預(yù)報信息，通過綜合判斷得到的適合觀測的位置區(qū)域、觀測地區(qū)云圖等信息，讓極光愛好者有了“追光指引標(biāo)”。

《中國科學(xué)報》：極光預(yù)報目前效果如何？

宗位國：國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心聯(lián)合黑龍江省氣象局和大興安嶺地區(qū)行政公署，共同制定了極光預(yù)報工作方案，多方合力推進(jìn)了極光預(yù)報的落區(qū)服務(wù)。其中，國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心密切關(guān)注太陽活動變化，根據(jù)對太陽活動的分析研判，開展極光預(yù)報。一旦預(yù)測有可能產(chǎn)生極光，地方將進(jìn)一步根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件給出極光觀測建議。

”當(dāng)有地磁暴發(fā)生時，磁場劇烈變化，在地球磁層內(nèi)產(chǎn)生了大量高能粒子，有利于帶電能量粒子從兩極磁力線“漏斗區(qū)”注入。注入的粒子與中性大氣分子、原子相互作用，受激發(fā)光，這時會引起更大范圍的極光，人們可能在一些緯度較低的地區(qū)看到極光?！?/h4>

這項工作于2024 年5 月啟動，至今已經(jīng)預(yù)報了10 期，成功率很高，幾乎百分之百，也帶動了漠河的地方旅游。此外，新的極光預(yù)報產(chǎn)品正在準(zhǔn)備中，將為大家提供更及時、更精細(xì)的服務(wù)。

此次地磁暴達(dá)到橙色警報級別

《中國科學(xué)報》：從科學(xué)角度看，地磁暴是怎樣引發(fā)極光的？

宗位國：高能粒子沿著地球磁場，從極區(qū)進(jìn)入大氣層，轟擊大氣中的原子或分子，引起大氣激發(fā)，從而產(chǎn)生絢麗的極光。

在沒有地磁暴時，高能粒子主要來自太陽風(fēng)，這時高能粒子的能量和密度比較小，引起的極光范圍比較小，極光只存在于較高緯度。當(dāng)有地磁暴發(fā)生時，磁場劇烈變化，在地球磁層內(nèi)產(chǎn)生了大量高能粒子，有利于帶電能量粒子從兩極磁力線“漏斗區(qū)”注入。注入的粒子與中性大氣分子、原子相互作用，受激發(fā)光，這時會引起更大范圍的極光，人們可能在一些緯度較低的地區(qū)看到極光。例如，2024 年5 月11 日，在超大地磁暴期間，北京也看到了極光。目前來看，地磁暴Kp 指數(shù)達(dá)到5，就有可能在漠河看到極光。

《中國科學(xué)報》：這次特大地磁暴究竟有多大？它與太陽活動有什么關(guān)系？

苗娟：北京時間2025 年1 月1 日11 時至1 月2 日5 時，地球磁場發(fā)生強烈擾動，連續(xù)9 小時達(dá)到大地磁暴水平，達(dá)到橙色警報級別。此次大地磁暴事件的源頭是太陽爆發(fā)活動， 是由2024 年12 月29 日太陽爆發(fā)的兩個日冕物質(zhì)拋射到達(dá)地球共同引起的。

《中國科學(xué)報》：2024 年1 月1 日，太陽爆發(fā)了一個X5.0 級強耀斑，2025 年元旦又出現(xiàn)了特大地磁暴，太陽的爆發(fā)活動是否有周期性特征？

苗娟：太陽活躍性具有準(zhǔn)11年的周期變化特征，目前我們對太陽活動周已記錄到第25 周，而2024 年至2025 年是第25 太陽活動周的高年，日面上活動區(qū)多且活躍，爆發(fā)活動頻繁，并多次引發(fā)大地磁暴。

《中國科學(xué)報》：此次特大地磁暴已經(jīng)結(jié)束，它目前對人類活動產(chǎn)生了哪些影響？后續(xù)可能還有哪些影響？

苗娟：特大地磁暴對衛(wèi)星和通信系統(tǒng)都會產(chǎn)生影響。在衛(wèi)星方面，低軌道大氣密度大幅上升，對軌道的拖曳明顯增加，導(dǎo)致軌道衰減加速；對于傾角高的低軌道衛(wèi)星和同步軌道衛(wèi)星，可能引發(fā)表面充電效應(yīng)。在通信系統(tǒng)方面，短波通信、高頻雷達(dá)最高可用頻率明顯下降，部分區(qū)域可能失去可用工作頻段；測控和導(dǎo)航定位誤差明顯增大。但是，地磁暴對人體健康的影響微乎其微，大家不用擔(dān)心。

”在了解空間環(huán)境、探測空間環(huán)境、研究空間環(huán)境、應(yīng)用空間環(huán)境后，我國在太陽活動及日地空間全鏈條的探測和研究方面的部署迅速增加，目前已形成了“天”“地”聯(lián)合監(jiān)測網(wǎng)?！?/h4>

“天”“地”聯(lián)合監(jiān)測太陽

《中國科學(xué)報》：目前，太陽活動的狀態(tài)如何？

宗位國：從整體上看，2025 年太陽活動仍然處于高位運行。從以往太陽活動周來看，太陽持續(xù)爆發(fā)也可能出現(xiàn)在太陽活動的下降段。國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心會密切關(guān)注太陽活動，及時發(fā)布極光預(yù)報結(jié)果，為相關(guān)行業(yè)開展防災(zāi)減災(zāi)提供信息支持。

《中國科學(xué)報》：為了更好地預(yù)報“太空天氣”，預(yù)防太陽活動引發(fā)的空間環(huán)境災(zāi)害，我國作出了怎樣的部署？

宗位國：中國氣象局承擔(dān)著我國空間天氣監(jiān)測預(yù)警、預(yù)報發(fā)布和應(yīng)用服務(wù)等職責(zé)。經(jīng)過20 余年建設(shè)，我國已基本建成監(jiān)測、預(yù)報、服務(wù)三位一體的空間天氣業(yè)務(wù)體系，形成了以定量預(yù)報為主的規(guī)范化預(yù)報預(yù)警業(yè)務(wù)。地基監(jiān)測方面，布設(shè)了地基空間天氣觀測設(shè)備84臺（套）；天基監(jiān)測方面，依托風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星裝載的12 類49 臺（套）空間天氣監(jiān)測儀器，初步實現(xiàn)了對太陽、地磁、電離層和中高層大氣重要參數(shù)的業(yè)務(wù)化監(jiān)測。這些“上天入地”的氣象監(jiān)測“利器”，為精密監(jiān)測空間天氣打下了堅實的基礎(chǔ)。

苗娟：在了解空間環(huán)境、探測空間環(huán)境、研究空間環(huán)境、應(yīng)用空間環(huán)境后，我國在太陽活動及日地空間全鏈條的探測和研究方面的部署迅速增加，目前已形成了“天”“地”聯(lián)合監(jiān)測網(wǎng)。

在天基探測方面，針對空間天氣的源頭——太陽，我國先后發(fā)射了“羲和號”和“夸父一號”衛(wèi)星，緊盯太陽的一舉一動。后期還有太陽風(fēng)—磁層相互作用全景成像衛(wèi)星（SMILE）、“夸父二號”太陽極軌天文臺（SPO）計劃，提高人類對太陽活動與地球磁場變化相互關(guān)系的認(rèn)知。在地基監(jiān)測方面，我國的子午工程Ⅱ期“空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測網(wǎng)”已完成建設(shè)，成為國際上綜合觀測能力最強的地基空間天氣監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。

來源| 中國科學(xué)報