有了这个预报，国内看极光“一蹲一个准”

贺兰石

文 ｜ 《中国科学报》 记者 高雅丽 倪思洁


受日冕物质抛射活动影响，2025年新年第一天，即北京时间1月1日11时开始，到1月2日2时，地球出现明显地磁活动，其中1月1日23时至2日2时发生了全球地磁指数（Kp指数）为8的特大地磁暴。国家空间天气监测预警中心1月5日发布的信息显示，过去24小时出现了12小时小地磁暴，Kp指数最大值为5，其余时间地磁活动微扰到活跃。


受地磁暴影响，黑龙江漠河出现绚丽的极光美景。早在2024年12月30日，中国气象局国家空间天气监测预警中心便发布极光预报专报，并联合黑龙江省、大兴安岭地区、漠河市气象局，共同制作发布了极光观测天气预报与漠河极光临近预报。


极光预报是如何成功做到的？特大地磁暴事件跟极光有什么关系？《中国科学报》就这些问题对国家空间天气监测预警中心空间天气技术研发室主任宗位国、中国科学院国家空间科学中心研究员苗娟进行了专访。


提前2到3天预报，带动漠河旅游





《中国科学报》：在此次出现地磁暴之前，我国提前发布了极光预报，这是如何做到的？


宗位国：国家空间天气监测预警中心是基于地磁暴的预报开展极光预报的。一旦太阳有爆发活动，我们就会判断太阳的爆发会不会引起地磁暴，一般提前2至3天。如果判断太阳爆发会产生地磁暴，我们将根据地磁暴可能的强度判断极光可能出现的范围，从而作出预报。针对从跨年夜到2025年1月1日、2日连续出现的两次极光，我们全部成功蹲守拍到。


《中国科学报》：预测到有地磁暴和可能发生极光之后，你们通常会怎么做？


宗位国：预报有地磁暴后，国家空间天气监测预警中心会通过不同的产品形式，把地磁暴的发生时间、磁暴强度、持续时间及可能产生的影响等信息发送给不同的用户。


针对极光，国家空间天气监测预警中心积极开展相关预报，根据极光产生的原理，通过对太阳爆发活动如日冕物质抛射的监测，获取其爆发位置、爆发强度、物质传输速度等要素，大致判断极光带的范围变化，并及时对外发布。预报内容包括极光可能发生的日期，以及结合地方气象部门给出的云图和天气预报信息，通过综合判断得到的适合观测的位置区域、观测地区云图等信息，让极光爱好者有了“追光指引标”。


《中国科学报》：极光预报目前效果如何？


宗位国：国家空间天气监测预警中心联合黑龙江省气象局和大兴安岭地区行政公署，共同制定了极光预报工作方案，多方合力推进了极光预报的落区服务。其中，国家空间天气监测预警中心密切关注太阳活动变化，根据对太阳活动的分析研判，开展极光预报。一旦预测有可能产生极光，地方将进一步根据当地的气象条件给出极光观测建议。


这项工作于2024年5月启动，至今已经预报了10期，成功率很高，几乎百分之百，也推动了漠河的地方旅游。此外，新的极光预报产品正在准备中，将为大家提供更及时、更精细的服务。


此次地磁暴达到橙色警报级别





《中国科学报》：从科学角度看，地磁暴是怎样引发极光的？


宗位国：高能粒子沿着地球磁场，从极区进入大气层，轰击大气中的原子或分子，引起大气激发，从而产生绚丽的极光。


在没有地磁暴时，高能粒子主要来自太阳风，这时高能粒子的能量和密度比较小，引起的极光范围比较小，极光只存在于较高纬度。当有地磁暴发生时，磁场剧烈变化，在地球磁层内产生了大量高能粒子，有利于带电能量粒子从两极磁力线“漏斗区”注入。注入的粒子与中性大气分子、原子相互作用，受激发光，这时会引起更大范围的极光，人们可能在一些纬度较低的地区看到极光。例如，2024年5月11日，在超大地磁暴期间，北京也看到了极光。目前来看，地磁暴Kp指数达到5，就有可能在漠河看到极光。


《中国科学报》：这次特大地磁暴究竟有多大？它与太阳活动有什么关系？


苗娟：北京时间2025年1月1日11时至1月2日5时，地球磁场发生强烈扰动，连续9小时达到大地磁暴水平，达到橙色警报级别。此次大地磁暴事件的源头是太阳爆发活动，是由2024年12月29日太阳爆发的两个日冕物质抛射到达地球共同引起的。


《中国科学报》：2024年1月1日，太阳爆发了一个X5.0级强耀斑，2025年元旦又出现了特大地磁暴，太阳的爆发活动是否有周期性特征？


苗娟：太阳活跃性具有准11年的周期变化特征，目前我们对太阳活动周已记录到第25周，而2024年至2025年是第25太阳活动周的高年，日面上活动区多且活跃，爆发活动频繁，并多次引发大地磁暴。


《中国科学报》：此次特大地磁暴已经结束，它目前对人类活动产生了哪些影响？后续可能还有哪些影响？


苗娟：特大地磁暴对卫星和通信系统都会产生影响。在卫星方面，低轨道大气密度大幅上升，对轨道的拖曳明显增加，导致轨道衰减加速；对于倾角高的低轨道卫星和同步轨道卫星，可能引发表面充电效应。在通信系统方面，短波通信、高频雷达最高可用频率明显下降，部分区域可能失去可用工作频段；测控和导航定位误差明显增大。但是，地磁暴对人体健康的影响微乎其微，大家不用担心。


“天”“地”联合监测太阳





《中国科学报》：目前，太阳活动的状态如何？


宗位国：从整体上看，2025年太阳活动仍然处于高位运行。从以往太阳活动周来看，太阳持续爆发也可能出现在太阳活动的下降段。国家空间天气监测预警中心会密切关注太阳活动，及时发布极光预报结果，为相关行业开展防灾减灾提供信息支持。


《中国科学报》：为了更好地预报“太空天气”，预防太阳活动引发的空间环境灾害，我国作出怎样的部署？


宗位国：中国气象局承担着我国空间天气监测预警、预报发布和应用服务等职责。经过20余年的建设，我国已基本建成监测、预报、服务三位一体的空间天气业务体系，形成了以定量预报为主的规范化预报预警业务。地基监测方面，布设了地基空间天气观测设备84台（套）；天基监测方面，依托风云系列气象卫星装载的12类49台（套）空间天气监测仪器，初步实现了对太阳、地磁、电离层和中高层大气重要参数的业务化监测。这些“上天入地”的气象监测“利器”，为精密监测空间天气打下了坚实的基础。


苗娟：在了解空间环境、探测空间环境、研究空间环境、应用空间环境后，我国在太阳活动及日地空间全链条的探测和研究方面的部署迅速增加，目前已形成了“天”“地”联合监测网。


在天基探测方面，针对空间天气的源头——太阳，我国先后发射了“羲和号”和“夸父一号”卫星，紧盯太阳的一举一动。后期还有太阳风-磁层相互作用全景成像卫星（SMILE）、“夸父二号”太阳极轨天文台（SPO）计划，提高人类对太阳活动与地球磁场变化相互关系的认知。在地基监测方面，我国的子午工程Ⅱ期“空间环境地基综合监测网”已完成建设，成为国际上综合观测能力最强的地基空间天气监测网络。