2023年12月1日强磁暴国际子午圈联测顺利开展

发布日期:2023-12-25

  
  121日以来,北京“极光”事件持续刷屏。受121日强磁暴事件的影响,我国北部黑龙江漠河、大庆以及北京怀柔都观测到了极光现象,引发了公众持续热议。“极光”一般只有在接近极光卵的有限纬度带能够观测到,在北京看到“极光”实属罕见(图1)。针对此次极光事件,包括中国子午工程在内的空间环境地基监测设备有什么观测,我们的空间天气科学家们又了解到什么?

  1 121日晚北京怀柔拍摄的极光(摄影:浦石)

  此次极光事件由121日的强磁暴事件(最大Kp=7)引发。Kp指数即全球磁场指数,数值越大对应的地磁活动越强。1129日,中国科学院国家空间科学中心空间环境预报中心(以下简称“预报中心”)发出空间天气预报:121日左右,日冕物质抛射将到达地球并引起强磁暴。随后,113023:29UT12108:48UT,两组日冕物质抛射(CME)相继到达地球。地磁持续扰动,出现了3小时的强磁暴水平(Kp=7)、3小时的中等磁暴水平(Kp=6),12小时的小磁暴水平(Kp=5) ,如图2所示。关于此次磁暴事件,基于子午工程地磁数据获得了中国区域地磁扰动指数,如图3所示。由于磁暴极值期间,我国位于昏侧-半夜扇区,其地磁扰动幅度明显大于全球平均水平,如图3所示,这也与我国多地观测了极光现象相一致。

  2 太阳风参数和地磁KpDst指数


  3 上:中国区域DstcDst)指数;下:Dst指数以及反演值(阴影)

  为了获得此次磁暴事件对地球空间环境造成的全球性影响,国际子午圈联测工作组与预报中心紧密合作,在1128日的第一时间研判了地球空间爆发强磁暴的可能性并及时发布了自1130日开始联合观测的倡议。子午工程、国际非相干散射雷达网、南美空间天气实验室等国际子午圈的成员和合作监测网络迅速响应、高效部署,圆满完成此次国际联测,获取了极为宝贵的强磁暴期间多要素的同步观测数据。

  参与联测的地面设备采用无线电、光学、地磁场测量等多种探测原理,采集到了80余个主要站点的电离层数据和中高层大气数据,为暴时空间环境研究建立了完整详实的数据库,也是解答令人困惑的中国北部地区极光、包括北京“极光”最直接和最有效的专业数据库,部分观测数据和结果如图4-7所示。

  4 美国Millstone Hill非相干散射雷达探测的电离层100-500km高度区域的电子密度20231130日至1202日(世界时)


  5 珠海站全天空气辉成像仪观测到的电离层不规则体20231201


  6 子午工程武汉崇阳站MST雷达风场20231125-1203


  7 子午工程三亚站非相干散射雷达观测的电子密度

  127日,为了总结联测活动成果、规划后续科学研究,美国麻省理工学院的张顺荣教授(国际子午圈计划首席专家组专家)、空间中心徐寄遥研究员(子午工程总工程师)、中国科学技术大学雷久侯教授三位联测活动召集人,以及地质地球所刘立波研究员等60多位专家和学者发起了联合探测科学研讨会,如图8所示,组织研究团队对磁暴时空间环境特征进行初步梳理和研读,并规划了后续联合研究活动。

  8 127日召开国际联测科学讨论会

  通过对重大空间天气扰动事件的国际联合探测和后续研究,可以更完整地揭示太阳活动对地球空间环境的全球/大尺度影响,了解空间环境扰动在全球特别是沿着子午面的传播过程和规律,最终实现对空间天气的准确预测,造福人类高技术系统和文明发展。这也是国际子午圈计划的主要科学目标。

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