6月12日，在四川成都举行的第二届“一带一路”科技交流大会国际大科学计划论坛上，国际子午圈大科学计划（International Meridian Circle Program, IMCP）牵头单位中国科学院国家空间科学中心与最新加入IMCP计划的5个国际组织、高校和研究机构签署了合作协议。这标志着科学界先行发起了国际子午圈大科学计划。

国际子午圈大科学计划将至少执行11年，完成一个太阳活动周期以上的日地空间环境探测和研究。

国际子午圈大科学计划科学目标示意图。中国科学院国家空间科学中心供图

“第四环境”天气预报水平仍需提升

地球空间是人类航天、通信、导航等高技术活动，以及空间开发利用的主要区域，是继陆海空环境之后的“第四环境”。受太阳活动影响，地球空间环境会产生突发、频繁的剧烈变化，甚至引发非传统的自然灾害，称之为空间天气。

去年在多地出现的美丽极光让很多人记忆犹新。作为最典型的太阳爆发活动，一次日冕物质抛射过程能将数以亿吨计的太阳物质以数百千米每秒的高速抛离太阳表面，它们还携带着太阳强大的磁场能，一旦命中地球，就会引发地磁场方向与大小的变化，即地磁暴。极光正是地磁暴的“副产物”。

“大的地磁暴会使卫星陨落，影响航天活动；使通讯中断，并影响导航精度，造成几十米的误差。”中国科学院院士、国际子午圈大科学计划牵头单位负责人、中国科学院国家空间科学中心主任王赤说，去年5月发生的被称为“母亲节事件”的地磁暴，曾引起中国大范围地区电离层消失。

如同提醒公众刮风下雨的天气预报一样，科研人员也可以通过卫星、雷达、望远镜等设备，进行天基监测和地基监测，对空间天气进行预报。“但目前距离准确预报空间天气，还有相当的距离。现在空间天气预报的能力和水平，相当于上世纪60年代天气预报的水平。”王赤说。

我国子午工程沿“井”字布局近300台设备

今年3月，国家重大科技基础设施——子午工程二期正式通过国家验收。

该工程由中国科学院国家空间科学中心牵头建设，科学家们花了十多年的时间，在地球上沿着东经120度，北纬30度，东经100度，北纬40度这样两纵两横的“井”字，布局了31个台站近300台设备，建成了国际上综合实力最强的空间天气地基区域监测网络，为我国上空的空间环境探测和保障提供了连续、可靠的监测数据。

地球的磁力线大致沿经线（子午线）分布，空间天气事件一般都沿磁力线传播和演化，而随着地球的自转，利用子午线上的台站联合探测，可以实现对空间环境进行扫描观测，类似于给地球空间环境做CT。

子午工程二期建成了一批大型监测设备，三站式非相干散射雷达就是其中的代表。“如果将传统探测设备比喻为X光机，那非相干散射雷达就像是空间的CT，可以看清空间的电子有多少、温度多高、怎么运动、处于什么状态等。”雷达负责人、中国科学院地质与地球物理所研究员乐新安说。

雷达部署在海南省三亚市、儋州市和文昌市三地，海南省高温、高湿和高盐的“三高”环境，对雷达环境适应性提出了严峻挑战，科研人员通过技术攻关，攻克了这一难题。在“十年磨一剑”的长期攻关中，这样的例子不胜枚举。

北方中纬高频雷达，是子午工程二期的另一组大型设备，可以实现我国北方中纬地区电离层不间断、大尺度探测。雷达首席科学家、中国科学院国家空间科学中心研究员张佼佼说，雷达的三个野外台站部署在新疆、内蒙古、吉林，其建设过程恰逢新冠疫情，团队在台站选址征地、工程实施、生活保障等方面困难重重，任务推进举步维艰。多部门、多单位间的协同聚力，给政策、给条件、给保障，推动工程建设走出困境，保证建设任务如期完工。

中国科学家主导，大科学计划可实现“日不落”式观测

空间天气是全球性现象，是全人类面临的共同挑战，破题的关键之一就是构建全球协同的地基监测网络，并且需要联合全球空间天气监测与研究力量开展联合科学攻关。

在子午工程的基础上，我国科学家率先倡议国际子午圈大科学计划。国际子午圈大科学计划以子午工程为基础，建立陆地最完整的东经120度到西经60度子午圈监测链，扩展形成全球一体化的多学科、多要素探测网络，实现对日地空间环境全纬度、全天候、日不落的立体观测。

子午工程二期总工程师、中国科学院国家空间科学中心研究员徐寄遥说，子午工程的探测系统为国际子午圈的建设提供了核心的基础。“工程还培养了一大批的人才队伍，包括具备国际水准的科研团队、攻坚克难的技术团队和高水平专业化的管理团队。”

国际子午圈的范围为何定在东经120度到西经60度？王赤解释说，从世界地图上就可以看出来，东经120度和西经60度的范围，可以在陆地上形成一个基本闭合的国际子午圈，实现全纬度的覆盖。他说，空间天气变化的主要源头是太阳活动，东经120度跟西经60度时差相差12个小时，区域内一边是白天，一边是夜晚，总有一个地方能看到太阳，可以实现“日不落”的监测。随着地球自转，国际子午圈可以对地球空间环境进行全球三维扫描，形成7×24小时不间断的多尺度立体成像。

“我们还将在重点区域解决一些问题，比如极区高纬地区”。王赤说，另外，南半球巴西附近有一大块区域的磁场强度比世界其他地区弱了30%-50%，被称作南大西洋异常区。由于磁场较弱，高能粒子能够直接打到更低的地方，影响卫星、空间站等安全运行，宇航员也避免在这个区域出舱活动。中国科学院国家空间科学中心和巴西国家空间研究院共同建设了国际子午圈先导项目——中巴空间天气联合实验室。2024年，中巴实验室已经完成两期建设，针对两大关键区域——磁赤道、南大西洋异常区（SAMA）部署10个综合/专业台站。

另外一个重要区域是我国云贵高原，地震等活动“自下而上”对空间天气造成扰动的途径和机制，也是大科学计划关注的问题。

大科学计划将用AI赋能空间天气预报

“在机制上，我们要建成世界科学家广泛参与和密切合作的共同体，开启全球科学家国际合作的新范式。”王赤说。

中国科学院国家空间科学中心副主任、中国-巴西空间天气联合实验室负责人李晖说，目前，国际子午圈大科学计划已与36个国际组织和国外科研机构签署了合作协议或确定了合作意向，开展了大量的国际合作，并通过中国-巴西空间天气联合实验室在南美地区开始了先行示范工作。

国际子午圈大科学计划的科学目标，可以简单概括为“认知一个系统、厘清两类影响、揭秘三大难题”。

国际子午圈大科学计划科学方案工作组组长、太阳活动与空间天气全国重点实验室主任张清和说，“一个系统”，即地球空间系统，是国际子午圈大科学计划的研究主体，包括地表100公里以上的高层大气、电离层和磁层，是与人类生存和发展关系最密切区域。

“两类影响”，一是来自太阳活动的物质与能量对地球空间的“自上而下”的影响，主要体现在太阳爆发引起的恶劣“空间天气”现象对地球空间的影响；二是来自地表-气候气象系统对地球空间“自下而上”的影响，主要体现在地震、火山、雷暴、台风等活动引起地球空间环境变化。“地球空间系统处在日地空间环境之中，受太阳爆发和地球活动双重驱动影响。”

“三大难题”，分别是空间环境全球与典型区域的多要素、多时空尺度特征和变化规律，太阳爆发在日地空间的传播和演化，空间天气与全球变化以及地球自然灾害的关系。

国际子午圈大科学计划将采用更先进的研究范式，比如用AI来赋能空间天气预报。

将完成一个太阳活动周期以上的日地空间环境探测

与子午工程运控大楼一样，国际子午圈大科学计划总部大楼位于怀柔科学城。为实现科学目标，国际子午圈大科学计划拟成立“IMCP国际组织”，落户总部大楼，整体协调和推进国际子午圈大科学计划的实施，完成“开展创新研究、组织协同监测、共享数据信息、深化合作交流”等4大任务。

国际子午圈大科学计划将至少执行11年，完成一个太阳活动周期以上的日地空间环境探测和研究。利用多样化的观测手段和全球性布局，推进空间天气领域的重大理论创新和探测技术突破，为提升防御全球空间天气灾害的能力提供科学支撑，为认知宜居地球、和平利用外层空间提供独特方案和贡献重要力量。

记者 张璐

编辑 张牵 校对 杨利