【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(jié)合的研究小組統(tǒng)計(jì)分析了1997 年 3 月至 2022 年 12 月期間 132 個(gè)暈狀（ halo） CMEs 的對(duì)地有效性，發(fā)現(xiàn)僅 45%的 CME 引起地球上 5pK? 的地磁暴，但對(duì) 7pK? 的強(qiáng)地磁暴幾乎全部與對(duì)地日冕物質(zhì)拋射有關(guān)。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(duì)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(yùn)行的快慢及與 太陽風(fēng)的相互作用有聯(lián)系，從而為理解和預(yù)報(bào)日冕物質(zhì)拋射的對(duì)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(cè)證據(jù)，并對(duì)其物理過程開展了理論分析。激波進(jìn)入磁云將導(dǎo)致磁云中行星際磁場(chǎng)南向分量的增強(qiáng)，并伴有大地磁暴，這也是導(dǎo)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(guān)系的原創(chuàng)性研究 亞暴與磁暴是最重要的磁層空間災(zāi)害性事件，它們的關(guān)系是磁層動(dòng)力學(xué)的一個(gè)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(duì)亞暴活動(dòng)指數(shù)與磁暴活動(dòng)指數(shù)關(guān)系的統(tǒng) 計(jì)分析。 沈超等（ 2022）突破了國外研究者在亞暴活動(dòng)指數(shù)與磁暴活動(dòng)指數(shù)關(guān)系研究過程中所采用的統(tǒng)計(jì)分析方法，首次通過理論分析導(dǎo)出亞暴活動(dòng)指數(shù)與磁暴活動(dòng)指數(shù)的物理關(guān)系式，闡明了注入函數(shù)與亞暴活動(dòng)指數(shù)既具有線性關(guān)系又具有非線性關(guān)系的物理原因。本項(xiàng)研究成果揭示了亞暴與磁暴之間存在的密切的物理關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，亞暴對(duì)磁暴的發(fā)生具有重要貢獻(xiàn)，但是磁暴并不是亞暴系列的簡(jiǎn)單疊加，暴時(shí)電場(chǎng)對(duì)環(huán)電流離子的絕熱加熱效應(yīng)是產(chǎn)生強(qiáng)磁暴的必要條件。本項(xiàng)研究也證明等離子體片能量密度對(duì)注入函數(shù)和磁暴活動(dòng)強(qiáng)度具有重要影響。上述創(chuàng)新性的研究成 果對(duì)于人們認(rèn)識(shí)亞暴與磁暴的物理關(guān)系具有重要的理論意義，為國際學(xué)術(shù)界所承認(rèn)和引述。 建立了 中高層大氣光化學(xué) 動(dòng)力學(xué)耦合的大氣波動(dòng)模式 徐寄遙等人 (2022)建立了時(shí)變的二維中高層大氣光化學(xué) 動(dòng)力學(xué)耦合的大氣波動(dòng)模式；提出了光化學(xué)誘發(fā)中層頂區(qū)大氣波動(dòng)的不穩(wěn)定隨著背景變化而改變的機(jī)制；指出穩(wěn)定傳播的大氣重力波擾動(dòng)可以影響大氣化學(xué)成分的平均分布，這一 14 結(jié)果修正了過去的只有在大氣波動(dòng)破碎產(chǎn)生湍流后才可對(duì)大氣化學(xué)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(xué)系統(tǒng)對(duì)大氣擾動(dòng)響應(yīng)的特征時(shí)間常數(shù)，得出了 與觀測(cè)一致的結(jié)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(cè)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(kuò)散可以減弱光化學(xué)誘發(fā)波動(dòng)不穩(wěn)定”，“探討了光化學(xué)對(duì)重力波的作用以及被原子氧的加強(qiáng)的效應(yīng)”，“徐等人給出了一種計(jì)算鈉層光化學(xué)時(shí)間常數(shù)的特征值方法”。 得到新的太陽活動(dòng)整體行為長周期演化規(guī)律 這一研究包括南北半球不對(duì)稱性、高緯度的太陽活動(dòng)現(xiàn)象和擴(kuò)展的太陽周行為等重要方面。 根據(jù)太陽第 12 到 22 活動(dòng)周的長期觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算了太陽幾個(gè)主要活動(dòng)現(xiàn)象在南北半球的分布概率，明 確了各太陽活動(dòng)周太陽活動(dòng)水平占優(yōu)勢(shì)的半球，發(fā)現(xiàn)了太陽活動(dòng)南北不對(duì)稱性存在一個(gè)長時(shí)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(dòng) 暗條 發(fā)生得越早 。 在高緯度（大于 50 度）的 暗條 活動(dòng) 周期領(lǐng)先于 低緯度（小于 40 度）活動(dòng) 暗條和黑子相對(duì)數(shù)周期 4 年。 （ Li et al. 2022b） 。這一規(guī)律對(duì)理解太陽發(fā)電機(jī)過程和太陽長期活動(dòng)預(yù)報(bào)有重要意義。在太陽長期活動(dòng)的研究中項(xiàng)目組提出的一個(gè)新的表征參數(shù)，“黑子單位面積”（ SUA） 在描述太陽活動(dòng)的長周期行為中不再出現(xiàn)太陽活動(dòng)奇偶 周和活動(dòng)周幅度偏低引起的表觀效應(yīng)。 對(duì)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(chǎng)反轉(zhuǎn)和太陽周 運(yùn)行 中的重要性 。 作者在總結(jié) CME 的觀測(cè)結(jié)果和理論進(jìn)展的基礎(chǔ)上作創(chuàng)新集成， 從電磁流體力學(xué)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(jié)果，為從總體上理解 CME 產(chǎn)生機(jī)制提供了理性思考。 項(xiàng)目實(shí)施效果（ 研究成果的原創(chuàng)性和科學(xué)價(jià)值、對(duì) 學(xué)科發(fā)展的推動(dòng)作用及國際影響） 在太陽和空間科學(xué)一些學(xué)科基本問題上的重大突破性進(jìn)展 自著名物理學(xué)家 Parker 于 1958 年預(yù)言太陽風(fēng)并為人類第一代人造衛(wèi)星觀 15 測(cè)證實(shí)以來，太陽風(fēng)的起源一直是空間科學(xué)中的一個(gè)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(guān)注，取得了重要的研究成果。但是，太陽風(fēng)從哪里起源，其內(nèi)邊界在哪，在怎樣的磁場(chǎng)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(xué)問題。涂傳詒等（ SCIENCE《科學(xué)》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(fēng)起源的證據(jù)，提出了基于觀測(cè)證據(jù)的太陽風(fēng)起源的三維模型。按照這一模型，快速太陽風(fēng)起源于日冕磁場(chǎng) 漏斗狀磁結(jié)構(gòu)的開放磁力線區(qū)，對(duì)應(yīng)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(jié)構(gòu)的邊界，單極的開放的漏斗狀磁結(jié)構(gòu)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(fēng)被加速的能量和等離子體源。這是第一個(gè)定量得到太陽風(fēng)被加速的高度和磁場(chǎng)位型、并唯像地給出磁能和等 離子體來源的太陽風(fēng)模型。這一結(jié)果立即在歐洲和美國宇航局等相關(guān)網(wǎng)頁得到報(bào)道，論文發(fā)表以來已得到多次國際同行的引述。全面估計(jì)其學(xué)術(shù)影響尚為時(shí)太早。 對(duì)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(zāi)害天氣的主要驅(qū)動(dòng)源近年得到學(xué)術(shù)界普遍的關(guān)注。 在歐美 SOHO 衛(wèi)星觀測(cè)前的近 30 年的研究中，對(duì)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(cè)，對(duì)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(jié)構(gòu)模型。項(xiàng)目組注意到空間觀測(cè)手段的擴(kuò)展、即紫外和軟 X射線成像觀測(cè)，已使證認(rèn) CME 日面可識(shí)別特征成為可能?？紤]到我國學(xué)者在太陽磁場(chǎng)觀測(cè)研究中的科學(xué)積累，項(xiàng)目組把系統(tǒng)證認(rèn) CME 初發(fā)的日面源區(qū)和導(dǎo)致 CME 初發(fā)的向量磁場(chǎng)演化作為主攻點(diǎn)，把注意力集中在發(fā)生在可見日面對(duì)對(duì)地日冕物質(zhì)拋射上，在這一所知甚少的領(lǐng)域艱苦努力，推動(dòng)了國內(nèi)外的 CME 研究。 項(xiàng)目組構(gòu)筑了本次太陽周對(duì)地日冕物質(zhì)拋射及相關(guān)日面活動(dòng)的完整的樣本，在國際上發(fā)表了第一個(gè) CME 與表面磁活動(dòng)強(qiáng)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果（ Zhou et ）。項(xiàng)目組認(rèn)為，作為大尺度和全球尺度的太陽活動(dòng)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(dòng)區(qū)尺度是無法理解 CME 的。他們對(duì) CME 大尺度源區(qū)的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)作了系統(tǒng)研究并給出了國際上第一個(gè)分類 (Zhou et )。在四類大尺 16 度源區(qū)中，有三類是項(xiàng)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(rèn)為 , “這是一個(gè)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(xì)致，結(jié)果很有意義，當(dāng)然值得發(fā)表”。 在項(xiàng)目啟動(dòng)前的 1998 和 1999 年，我國學(xué)者從未在審稿雜志上發(fā)表有關(guān) 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(xué)者在審稿雜志上發(fā)表的有關(guān) 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(xiàng)目組成員完成的。張枚與 Low 合作，應(yīng)邀在國際最高水平的綜述雜志 Ann. Rev. Astron. 力學(xué)性質(zhì)的評(píng)述論文。這是中國學(xué)者第一次在這一最權(quán)威的綜述雜志發(fā)表論文。汪景 琇 應(yīng) IAU 太陽活動(dòng)委員會(huì) (Commission 10)的要求，撰寫近三年（ 20222022）關(guān)于日冕物質(zhì)拋射研究研究 進(jìn)展的報(bào)告，將作為 Commission 10 的報(bào)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(xué)者在理論模型研究中相對(duì)薄弱，沒有足夠的發(fā)言權(quán)，很少有中國學(xué)者的工作作為主流的模型為國際學(xué)術(shù)界所承認(rèn)。我們?cè)谔栁锢淼扔^測(cè)研究中曾取得顯著的成績(jī)，但在理論上仍顯單薄。項(xiàng)目組首席科學(xué)家和專家委員會(huì)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(gè)最重要的努力方向。 四年多來，在高速太陽風(fēng)理論、日冕磁繩災(zāi)變理論、非線性無力磁場(chǎng)理論計(jì)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(gè)方面，已取得了重要的進(jìn)展，產(chǎn)生了顯著的國際影響。 基于國內(nèi)外的觀測(cè)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(xué)模型，這一模型采用多極磁位型并引入磁繩結(jié)構(gòu)，由詳細(xì)的磁流體力學(xué)模型再現(xiàn)了與新浮磁流相關(guān)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(cè)現(xiàn)象。權(quán)威學(xué)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?xì)w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(gè)重大成就，是發(fā)現(xiàn)了與之相聯(lián)系的日冕 EUV 波。然而對(duì)這一新發(fā)現(xiàn)的解釋成為學(xué)術(shù)界討論的熱點(diǎn)。陳鵬飛及合作者發(fā)表關(guān)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(píng)了關(guān)于日冕 EUV 波是快磁聲波的理論。太陽紫外觀測(cè)研究的著名學(xué)者 Moore、 Harra 和 Sterling 等由空間觀測(cè)證實(shí)了陳等的理論，指出觀測(cè)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(xué)者獨(dú)創(chuàng)性的提出完整的新概念，并為國際學(xué)術(shù)界承認(rèn)。 在國際相關(guān)領(lǐng)域活躍的學(xué)術(shù)組織工作和顯著的學(xué)術(shù)影響 創(chuàng)新性的研究工作提高了我國學(xué)者的國際學(xué)術(shù)地位。一些項(xiàng)目組專家委員會(huì)和課題成員在國際學(xué)術(shù)界開始成為活躍的組織者和帶頭人。在相當(dāng)程度上推動(dòng)了國際學(xué)術(shù)研究和 學(xué)術(shù)活動(dòng)的開展。 （ 1）在項(xiàng)目執(zhí)行期間，項(xiàng)目組成員在國際學(xué)術(shù)組織和刊物擔(dān)任了重要職務(wù)： 方成被選為國際天為聯(lián)合會(huì)副主席； 汪景 琇 、甘為群被選為 IAU 第 10 和 12 委員會(huì)的組織委員； 濮祖蔭、胡有秋、王水先后擔(dān)任國際空間和地球科學(xué)權(quán)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(quán)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(huì)、日食工作委員會(huì)委員和空間天氣工作委員會(huì)委員； 汪景 琇 被英國著名學(xué)府 University College London 聘為榮譽(yù)教授 （ ）。 在項(xiàng)目執(zhí)行期間有這么多成員擔(dān)任重要國際學(xué)術(shù)職務(wù)，這是他們多年的學(xué)術(shù)積累和奉獻(xiàn)的結(jié)果，也是項(xiàng)目取得的學(xué)術(shù)成績(jī)影響程度的一個(gè)標(biāo)志。 （ 2）在項(xiàng)目執(zhí)行期間，項(xiàng)目組成員在重要國際會(huì)議中作了 77 多次大會(huì)特邀報(bào)告，開始在一些重要的研究領(lǐng)域有了發(fā)言權(quán)。 項(xiàng)目組成員在重 要的國際會(huì)議上（不包括雙邊國際會(huì)議）作了 77 次大會(huì)特邀報(bào)告。這些會(huì)議包括 IAU Symposium, Cospar 科學(xué)大會(huì)的 sessions, IAU 和國 18 際地球物理聯(lián)合會(huì)的亞洲和太平洋地區(qū)大會(huì)、歐空局、美國地球物理學(xué)會(huì)等重要會(huì)議。項(xiàng)目組僅在 IAU 和 Cospar 編號(hào)學(xué)術(shù)會(huì)議上的大會(huì)特邀報(bào)告就多達(dá) 16 次。汪景 琇 應(yīng)邀在俄國圣彼得堡召開的 IAU 作以“太陽活動(dòng)區(qū)磁場(chǎng) ”為主題的大會(huì)開場(chǎng)報(bào)告。 （ 3）項(xiàng)目組成員積極參與國際學(xué)術(shù)合作和學(xué)術(shù)研究的組織工作 對(duì)自 1989 年以來最重大的太陽活動(dòng)和 空間天氣事件（俗稱 Bastille 事件） ,汪景 琇 建議在權(quán)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(guān)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(xué)術(shù)界的熱烈響應(yīng)，推動(dòng)了國際上對(duì)空間災(zāi)害事件多學(xué)科的聯(lián)合研究。這一 Solar Physics 主題卷發(fā)表的論文，被認(rèn)為“展示了一個(gè)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(duì)地球環(huán)境和外日球的效應(yīng)”。主題卷中 29 篇論文包括了項(xiàng)目組成員論 文 5 篇。 在這一 973 項(xiàng)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(xiàng)目組成員擔(dān)任了科學(xué)委員會(huì)聯(lián)合主席、地區(qū)委員會(huì)主席和會(huì)議文集的聯(lián)合主編。這是在 IAU 框架下最高層次的學(xué)術(shù)會(huì)議，也是第一次以“日冕和恒星物質(zhì)拋射“為主題的 I