【文章內(nèi)容簡介】 存在影響近地環(huán)境的未知的物理因素。 由太陽和行星際結合的研究小組統(tǒng)計分析了1997 年 3 月至 2022 年 12 月期間 132 個暈狀（ halo） CMEs 的對地有效性，發(fā)現(xiàn)僅 45%的 CME 引起地球上 5pK? 的地磁暴，但對 7pK? 的強地磁暴幾乎全部與對地日冕物質(zhì)拋射有關。發(fā)現(xiàn)影響近地環(huán)境的暈狀 CMEs 的日面初發(fā)位置呈現(xiàn)東西不對稱性，其源區(qū)分布總體向西偏斜，分析得到這與 CMEs 在行星際空間中運行的快慢及與 太陽風的相互作用有聯(lián)系，從而為理解和預報日冕物質(zhì)拋射的對地有效性提供了依據(jù) （ Wang et al. 2022）。 找到了行星際激波穿入磁云的觀測證據(jù)，并對其物理過程開展了理論分析。激波進入磁云將導致磁云中行星際磁場南向分量的增強，并伴有大地磁暴，這也是導致大或特大地磁暴發(fā)生的行星際起因之一。 地球磁層亞暴與磁暴物理關系的原創(chuàng)性研究 亞暴與磁暴是最重要的磁層空間災害性事件，它們的關系是磁層動力學的一個非常重要而尚未解決的問題。過去的研究工作大多集中于對亞暴活動指數(shù)與磁暴活動指數(shù)關系的統(tǒng) 計分析。 沈超等（ 2022）突破了國外研究者在亞暴活動指數(shù)與磁暴活動指數(shù)關系研究過程中所采用的統(tǒng)計分析方法，首次通過理論分析導出亞暴活動指數(shù)與磁暴活動指數(shù)的物理關系式，闡明了注入函數(shù)與亞暴活動指數(shù)既具有線性關系又具有非線性關系的物理原因。本項研究成果揭示了亞暴與磁暴之間存在的密切的物理關系。研究發(fā)現(xiàn)，亞暴對磁暴的發(fā)生具有重要貢獻，但是磁暴并不是亞暴系列的簡單疊加，暴時電場對環(huán)電流離子的絕熱加熱效應是產(chǎn)生強磁暴的必要條件。本項研究也證明等離子體片能量密度對注入函數(shù)和磁暴活動強度具有重要影響。上述創(chuàng)新性的研究成 果對于人們認識亞暴與磁暴的物理關系具有重要的理論意義，為國際學術界所承認和引述。 建立了 中高層大氣光化學 動力學耦合的大氣波動模式 徐寄遙等人 (2022)建立了時變的二維中高層大氣光化學 動力學耦合的大氣波動模式；提出了光化學誘發(fā)中層頂區(qū)大氣波動的不穩(wěn)定隨著背景變化而改變的機制；指出穩(wěn)定傳播的大氣重力波擾動可以影響大氣化學成分的平均分布，這一 14 結果修正了過去的只有在大氣波動破碎產(chǎn)生湍流后才可對大氣化學成分的分布產(chǎn)生影響的經(jīng)典理論；利用 EEA 方法研究了鈉層光化學系統(tǒng)對大氣擾動響應的特征時間常數(shù)，得出了 與觀測一致的結果，并且指出了經(jīng)典理論的不足以及適用范圍。提出了探測夜間全球鈉層分布的衛(wèi)星遙感新方法。國際同行指出，“徐等人發(fā)現(xiàn)了背景擴散可以減弱光化學誘發(fā)波動不穩(wěn)定”，“探討了光化學對重力波的作用以及被原子氧的加強的效應”，“徐等人給出了一種計算鈉層光化學時間常數(shù)的特征值方法”。 得到新的太陽活動整體行為長周期演化規(guī)律 這一研究包括南北半球不對稱性、高緯度的太陽活動現(xiàn)象和擴展的太陽周行為等重要方面。 根據(jù)太陽第 12 到 22 活動周的長期觀測數(shù)據(jù)，計算了太陽幾個主要活動現(xiàn)象在南北半球的分布概率，明 確了各太陽活動周太陽活動水平占優(yōu)勢的半球，發(fā)現(xiàn)了太陽活動南北不對稱性存在一個長時間尺度的周期性變化特性 （ Li et al. 2022a） 。 發(fā)現(xiàn) 從 太 陽的赤道到南北兩極 ，緯度越高，活動 暗條 發(fā)生得越早 。 在高緯度（大于 50 度）的 暗條 活動 周期領先于 低緯度（小于 40 度）活動 暗條和黑子相對數(shù)周期 4 年。 （ Li et al. 2022b） 。這一規(guī)律對理解太陽發(fā)電機過程和太陽長期活動預報有重要意義。在太陽長期活動的研究中項目組提出的一個新的表征參數(shù)，“黑子單位面積”（ SUA） 在描述太陽活動的長周期行為中不再出現(xiàn)太陽活動奇偶 周和活動周幅度偏低引起的表觀效應。 對日冕物質(zhì)拋射理論的創(chuàng)新集成研究 張枚與劉文才合作 在最高層次的 . Astron. Astrophys. 發(fā)表綜述文章 （ Zhang amp。 Low， 2022），系統(tǒng)討論了 CME 成因， CME 在太陽總體磁場反轉(zhuǎn)和太陽周 運行 中的重要性 。 作者在總結 CME 的觀測結果和理論進展的基礎上作創(chuàng)新集成， 從電磁流體力學的角度論證了日冕物質(zhì)拋射是不斷的磁 流 浮現(xiàn)和磁螺度守恒的必然結果，為從總體上理解 CME 產(chǎn)生機制提供了理性思考。 項目實施效果（ 研究成果的原創(chuàng)性和科學價值、對 學科發(fā)展的推動作用及國際影響） 在太陽和空間科學一些學科基本問題上的重大突破性進展 自著名物理學家 Parker 于 1958 年預言太陽風并為人類第一代人造衛(wèi)星觀 15 測證實以來，太陽風的起源一直是空間科學中的一個基本問題，作為恒星和星系中的普遍存在的現(xiàn)象得到廣泛的關注，取得了重要的研究成果。但是，太陽風從哪里起源，其內(nèi)邊界在哪，在怎樣的磁場位型中產(chǎn)生，等離子體來源何在，以往的一維磁流管模型是否合理？都是未解決的科學問題。涂傳詒等（ SCIENCE《科學》雜志 308卷 519523頁 2022年 ）聯(lián)合分析了 SOHO飛船上搭載的 SUMER / MDI /EIT儀器的數(shù)據(jù)，得到了新的太陽風起源的證據(jù)，提出了基于觀測證據(jù)的太陽風起源的三維模型。按照這一模型，快速太陽風起源于日冕磁場 漏斗狀磁結構的開放磁力線區(qū)，對應著輻射高度為兩萬公里（ 20Mm）的 Ne7+離子的外流速度較大（超過 7km/s）的區(qū)域；在漏斗狀磁結構的邊界，單極的開放的漏斗狀磁結構受臨近太陽混合極性區(qū)低位雙極磁環(huán)的限制，并與其相互作用，由此獲得太陽風被加速的能量和等離子體源。這是第一個定量得到太陽風被加速的高度和磁場位型、并唯像地給出磁能和等 離子體來源的太陽風模型。這一結果立即在歐洲和美國宇航局等相關網(wǎng)頁得到報道，論文發(fā)表以來已得到多次國際同行的引述。全面估計其學術影響尚為時太早。 對重大前沿課題的開拓性創(chuàng)新研究 日冕物質(zhì)拋射 (CME)作為日地空間災害天氣的主要驅(qū)動源近年得到學術界普遍的關注。 在歐美 SOHO 衛(wèi)星觀測前的近 30 年的研究中，對日冕物質(zhì)拋射的理解幾乎完全依賴日冕儀的太陽邊緣觀測，對其在可見日面的源區(qū)一無所知，主要成果也集中在發(fā)生在太陽邊緣的事件，形成所謂“三分量”的結構模型。項目組注意到空間觀測手段的擴展、即紫外和軟 X射線成像觀測，已使證認 CME 日面可識別特征成為可能。考慮到我國學者在太陽磁場觀測研究中的科學積累，項目組把系統(tǒng)證認 CME 初發(fā)的日面源區(qū)和導致 CME 初發(fā)的向量磁場演化作為主攻點，把注意力集中在發(fā)生在可見日面對對地日冕物質(zhì)拋射上，在這一所知甚少的領域艱苦努力，推動了國內(nèi)外的 CME 研究。 項目組構筑了本次太陽周對地日冕物質(zhì)拋射及相關日面活動的完整的樣本，在國際上發(fā)表了第一個 CME 與表面磁活動強相關的統(tǒng)計結果（ Zhou et ）。項目組認為，作為大尺度和全球尺度的太陽活動現(xiàn)象，必須找到其孕 育和發(fā)展的大尺度源區(qū)，單從活動區(qū)尺度是無法理解 CME 的。他們對 CME 大尺度源區(qū)的磁場結構作了系統(tǒng)研究并給出了國際上第一個分類 (Zhou et )。在四類大尺 16 度源區(qū)中，有三類是項目組成員在國際上首次描述的。這一分類的樣本按 Astron. amp。 。 Aamp。A 審稿人認為 , “這是一個重要的課題，至今沒有人做過系統(tǒng)的努力。這一工作做的很細致，結果很有意義，當然值得發(fā)表”。 在項目啟動前的 1998 和 1999 年，我國學者從未在審稿雜志上發(fā)表有關 CME的 研究論文。從 2022 年以來，論文數(shù)迅速增加，從 2022 年 2022 年，我國學者在審稿雜志上發(fā)表的有關 CME 的論文平均已經(jīng)占國際總審稿雜志論文數(shù)的 10% 以上。絕大多數(shù)論文是項目組成員完成的。張枚與 Low 合作，應邀在國際最高水平的綜述雜志 Ann. Rev. Astron. 力學性質(zhì)的評述論文。這是中國學者第一次在這一最權威的綜述雜志發(fā)表論文。汪景 琇 應 IAU 太陽活動委員會 (Commission 10)的要求，撰寫近三年（ 20222022）關于日冕物質(zhì)拋射研究研究 進展的報告，將作為 Commission 10 的報告的一部分為 IAU 正式出版。 提出國際上占有主流地位的理論模型和方法 長期以來，我國學者在理論模型研究中相對薄弱，沒有足夠的發(fā)言權，很少有中國學者的工作作為主流的模型為國際學術界所承認。我們在太陽物理等觀測研究中曾取得顯著的成績，但在理論上仍顯單薄。項目組首席科學家和專家委員會一開始就把發(fā)展有影響的唯像、數(shù)值和定量的物理理論作為一個最重要的努力方向。 四年多來，在高速太陽風理論、日冕磁繩災變理論、非線性無力磁場理論計算、日冕物質(zhì)拋射理論、地球 磁層亞暴和磁暴理論模型、中高層大氣模型研究等多個方面，已取得了重要的進展，產(chǎn)生了顯著的國際影響。 基于國內(nèi)外的觀測發(fā)現(xiàn)，陳鵬飛及合作者 Shibata 發(fā)展了新浮現(xiàn)磁流觸發(fā)日冕物質(zhì)拋射的磁流體力學模型，這一模型采用多極磁位型并引入磁繩結構，由詳細的磁流體力學模型再現(xiàn)了與新浮磁流相關的小尺度磁重聯(lián)觸發(fā)日冕大尺度磁重聯(lián)的物理過程，再現(xiàn)了耀斑、 CME 和兩類 II 型射電暴等觀測現(xiàn)象。權威學者Gopalswamy 把“陳和 Shibata”模型，與平衡喪失、“磁暴裂”，磁繩浮現(xiàn)和爆發(fā)等模型并列為日冕物質(zhì)拋射初發(fā)的主流 模型之一。這一工作得到廣泛的國際引述。 Shibata 本人又把國際上主要的 CME 模型，包括陳和 Shibata 的“新浮磁流觸發(fā)”、 Kusano 的“螺度湮滅”、 Antiochos 等的“磁暴裂”、 Moore amp。 Roumeliotis 17 de “Tether Cutting” 模型都歸類為汪和史最早提出的“兩階段磁重聯(lián)”模型。 近年 CME 研究的一個重大成就，是發(fā)現(xiàn)了與之相聯(lián)系的日冕 EUV 波。然而對這一新發(fā)現(xiàn)的解釋成為學術界討論的熱點。陳鵬飛及合作者發(fā)表關于“日冕 EIT波完整觀念”等數(shù)值模擬研究，把日冕 EUV 波和日冕物質(zhì)拋射中磁力線被打開的過程聯(lián)系起來，批評了關于日冕 EUV 波是快磁聲波的理論。太陽紫外觀測研究的著名學者 Moore、 Harra 和 Sterling 等由空間觀測證實了陳等的理論，指出觀測與陳等的數(shù)值模擬全面的符合。在這一重大的問題上，中國學者獨創(chuàng)性的提出完整的新概念，并為國際學術界承認。 在國際相關領域活躍的學術組織工作和顯著的學術影響 創(chuàng)新性的研究工作提高了我國學者的國際學術地位。一些項目組專家委員會和課題成員在國際學術界開始成為活躍的組織者和帶頭人。在相當程度上推動了國際學術研究和 學術活動的開展。 （ 1）在項目執(zhí)行期間，項目組成員在國際學術組織和刊物擔任了重要職務： 方成被選為國際天為聯(lián)合會副主席； 汪景 琇 、甘為群被選為 IAU 第 10 和 12 委員會的組織委員； 濮祖蔭、胡有秋、王水先后擔任國際空間和地球科學權威雜志 Journal of Geophysical Research 副主編； 方成、汪景 琇 被選為國際太陽和空間物理權威刊物 Solar Physics 編委、SCI 核心刊物 Chinese Journal of Astronomy and Astrophysics 主編； 張洪起、丁明德、王華寧分別被選為 IAU 太陽數(shù)據(jù)工作委員會、日食工作委員會委員和空間天氣工作委員會委員； 汪景 琇 被英國著名學府 University College London 聘為榮譽教授 （ ）。 在項目執(zhí)行期間有這么多成員擔任重要國際學術職務，這是他們多年的學術積累和奉獻的結果，也是項目取得的學術成績影響程度的一個標志。 （ 2）在項目執(zhí)行期間，項目組成員在重要國際會議中作了 77 多次大會特邀報告，開始在一些重要的研究領域有了發(fā)言權。 項目組成員在重 要的國際會議上（不包括雙邊國際會議）作了 77 次大會特邀報告。這些會議包括 IAU Symposium, Cospar 科學大會的 sessions, IAU 和國 18 際地球物理聯(lián)合會的亞洲和太平洋地區(qū)大會、歐空局、美國地球物理學會等重要會議。項目組僅在 IAU 和 Cospar 編號學術會議上的大會特邀報告就多達 16 次。汪景 琇 應邀在俄國圣彼得堡召開的 IAU 作以“太陽活動區(qū)磁場 ”為主題的大會開場報告。 （ 3）項目組成員積極參與國際學術合作和學術研究的組織工作 對自 1989 年以來最重大的太陽活動和 空間天氣事件（俗稱 Bastille 事件） ,汪景 琇 建議在權威刊物 Solar Physics 組織以 Bastille 事件研究為主題的的專卷，集中發(fā)表關于 Bastille 事件從太陽表面到行星際、磁層，直至外日球的系統(tǒng)性和原創(chuàng)性研究成果，得到國際學術界的熱烈響應，推動了國際上對空間災害事件多學科的聯(lián)合研究。這一 Solar Physics 主題卷發(fā)表的論文，被認為“展示了一個杰出和可能是唯一的空間天氣研究的范例，包括從太陽表面到向日冕和行星際的拋射，直到其對地球環(huán)境和外日球的效應”。主題卷中 29 篇論文包括了項目組成員論 文 5 篇。 在這一 973 項目的支持下，我們成功地在北京組織了以“日冕和恒星物質(zhì)拋射”拋射為主題的 IAU Symposium 226。項目組成員擔任了科學委員會聯(lián)合主席、地區(qū)委員會主席和會議文集的聯(lián)合主編。這是在 IAU 框架下最高層次的學術會議，也是第一次以“日冕和恒星物質(zhì)拋射“為主題的 I