Space Weather：如何改进空间天气预报？

Space Weather一篇特邀文章认为，空间天气预报应当扩大其前沿领域，建立更多的卫星监测站，并借鉴和应用气象和气候研究中的技术。

空间天气预报可以从地球天气预报领域获得启发，以提高模型的可靠性，并增加太阳风暴到来之前的预警时间。

欧洲航天局(European Space Agency) 为了未来的发射而评估的拉格朗日任务。拉格朗日任务将在拉格朗日L1和L5点部署航天器，以帮助监测朝向地球的危险空间天气。

资料来源: 欧洲航天局/A. Baker1，CC BY-SA 3.0 IGO

随着人类对科技的依赖程度越来越高，各国正投入更多资源用于空间天气预报，以预测可能破坏电网2和卫星3的危险太阳风暴。然而，空间天气预报的性能还远远落后于传统天气预报。

Morley在最近的一份特稿文章中写道，为了缩小这一差距，空间天气预报应当扩大其前沿领域，建立更多的卫星监测站，并借鉴和应用气象和气候研究中的技术。

与大气天气模型相比，空间天气模型的观测数据较少，这限制了在较短时效内能够做出的预测。气象预报可以利用全球的卫星影像来跟踪风暴，而空间气象预报只能依靠寥寥几颗卫星来监测太阳风和可能的太阳风暴。

例如，NOAA的深空气候观测站(Deep Space Climate Observatory, DSCOVR)4卫星就位于太空中称为L1点5的位置，在这里地球和太阳的引力相互抵消。这里距离地球约150万公里，也就是到太阳距离的1%，探测器只能在很短的提前期内发出预警: 大多数情况下大约在风暴袭击地球前30分钟，而在极快的太阳风暴来临前只有17分钟。

为了增加提前期，卫星可以通过使用太阳帆将航天器推动到更接近太阳的位置上。NASA的Sunjammer任务6就是为了展示这一概念而设计的，但未能成功飞行。卫星也可以被放置在其他无重力的位置，比如太阳一侧的L5点，以提供对太阳磁场更多的空间覆盖。

空间天气预报也可以借用天气预报的计算工具，来增加提前期。例如，统计降尺度（Statistical downsampling）7经常用于气候模式中，根据先前观察到的相关性，从稀疏数据集中人为地生成细节。

作者认为，为了有效地利用这些经验工具，空间天气模型还必须能够量化它们所引入的不确定性。一种可能的策略是集合预报8，即运行许多个模拟来更好地理解可能结果的范围，这在预测飓风轨迹的“意大利面条图(spaghetti plots)9”中很常见。作者认为，如果太空天气预报有朝一日要像天气预报一样可靠和有用，精确地跟踪其准确性至关重要。

以上英文原文发表于：AGU Eos Research Spotlights，中文翻译仅供参考。

原文标题：

How to Improve Space Weather Forecasting

原文链接：

https://eos.org/research-spotlights/how-to-improve-space-weather-forecasting

作者：Mark Zastrow

Text © 2020. AGU. CC BY-NC-ND 3.0

原文信息

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2018SW002108

关于期刊

Space Weather 发表原创研究文章和评论，致力于理解和预测空间天气以及太阳活动与地球环境的其他相互作用，了解它们对通信、电力、卫星导航和其他系统的影响。

2018年影响因子： 3.69

5年影响因子： 3.59

从投稿到一审意见的中位数时间：31天

扩展阅读：

1. Lagrange mission: https://www.esa.int/Safety_Security/Lagrange_mission2

2. Assessing the Benefits of Improved Space Weather Forecasting: https://eos.org/editor-highlights/assessing-the-benefits-of-improved-space-weather-forecasting

3. Space Traffic Management: Better Space Weather Forecasts Needed: https://eos.org/editor-highlights/space-traffic-management-better-space-weather-forecasts-needed

相关公众号文章：

AGU 本周精选文章：太空交通管理需要更好的太空天气预报

4. DSCOVR: Deep Space Climate Observatory: https://www.nesdis.noaa.gov/content/dscovr-deep-space-climate-observatory

5. Points of Lagrange: A Satellite a Million Miles from Home: https://www.nesdis.noaa.gov/content/points-lagrange-satellite-million-miles-home

6. Solar Sail Demonstrator (‘Sunjammer’): https://www.nasa.gov/mission_pages/tdm/solarsail/index.html

7. What is downscaling?: https://gisclimatechange.ucar.edu/question/63

8. Why Space Weather Needs Ensemble Forecasting: https://eos.org/editor-highlights/why-space-weather-needs-ensemble-forecasting

9. Hurricane Spaghetti Models: Four Things You Need to Know to Track Storms Like the Pros: https://weather.com/science/weather-explainers/news/spaghetti-models-tropics-tropical-storm-hurricane