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第二篇：国家自然科学基金重大研究计划(1)

附件8：

“空间天气能量传输过程研究”重大项目指南

人类自19xx年步入空间时代，社会的发展越来越依赖于空间技术。然而地球空间环境中电磁、粒子和等离子体等空间天气条件由于太阳爆发而发生的急剧变化，常常给航天、通信、导航、电力、人类健康以及国家安全等人类活动领域带来巨大损失和严重破坏，这是九十年代人们认识到的新事实。为了应对空间天气给人类活动带来的挑战，作为一种国家行为，自19xx年开始，美国、法国、俄罗斯、日本、加拿大、澳大利亚等诸多国家相继制定空间天气起步计划。国际科联日地物理委员会组织实施“国际日地系统气候和天气计划”（2004-2008），美国宇航局牵头组织众多国家和数十艘飞船参与的“与太阳同在计划”（20xx年起），都聚焦于空间天气能量传输有关科学问题的研究。我国也正在实施“子午工程”和提出“夸父”等卫星计划，以提升对空间天气状况的认知能力。

日地空间科学家们围绕日地系统能量传输过程进行了卓有成效的探测与研究。但是，从社会发展对空间天气认知能力的紧迫需求来看，认识空间天气变化的关键区域和关键点处能量的传输、转换和耗散的基本物理过程，将日地系统不同区域的空间天气过程作为一个有机整体，逐步形成空间天气连锁变化过程的理论体系，并建立以此为基础的整体行为的因果链模式，仍是空间天气探测与研究面临的主要问题。

为此，本重大项目将以“子午工程”观测为基础，结合“夸父”卫星计划预研需要，进一步利用地球“双星”计划的科学数据，以及相关的天基和地基的多波段观测资料，通过统计分析、理论研究和数值模拟，综合研究驱动空间天气能量的形成、释放、行星际的传输、转换及其在地球空间系统中传输、转换和耗散过程，尝试建立不同太阳/行星际条件下地球空间120°子午链剖面上地磁、电离层和中高层大气的空间天气模式，并将获得的知识为将来的天基、地基系统的设计和应用服务。

一、科学目标

认识空间天气变化的关键区域和关键点处能量的传输、转换和耗散的基本物理过程，力求在科学上有新的进展。

认识空间天气驱动源能量暴发的形成、释放、传输和转换过程，在利用天基和地基的多波段观测发现新现象、揭示新的物理过程方面有突破性进展，为“夸父”计划凝练新的科学问题做好科学储备，提升中国科学家从获取“夸父”数据到科学产出的竞争能力。

根据天基和地基的观测数据，研究地球系统空间天气变化，初步建立地球空间120°子午链剖面上的地磁、电离层和中高层大气空间天气模式。

二、研究内容

（一）以CME事件为中心开展多时空尺度太阳活动的物理联系研究,揭示控制空间天气驱动源的基本物理过程。凝练“夸父”前沿科学问题，进行拓展创新能力的储备研究。利用多卫星、多波段观测研究CME源区的综观特征和行星际扰动间的关系；

（二）运用统计分析和数值模拟认识L1点的大尺度太阳风结构与太阳物质输出结构和地球120°子午链上空间天气响应变化间的关系，揭示L1点中小尺度结构的物理特性，探索其地球空间天气效应；

（三）综合研究磁层对太阳风变化的三维响应，揭示控制关键区域动力学行为的基本物理过程。运用多卫星观测，分析磁层-电离层多时空尺度耦合过程，初步构建120°子午链上地磁天气模式；

（四）利用地基、天基观测和数值研究分析极区电离层动力学过程及其对磁层过程的响应。综合分析极区能量注入所引起的电离层响应的基本过程，初步构建120°子午链上电离层天气模式；

（五）运用非线性中高层大气动力学模式的数值模拟研究,认识平流层—中间层重力波传播过程。利用卫星观测和数值模拟认识中高层大气波动传播中的动力学、光化学以及辐射等多过程的耦合机制,尝试构建120°子午链上中高层大气的空间天气模式。

三、资助年限 4年

四、拟资助经费 1000万元

五、申请与受理

申请书的资助类别选择“重大项目”，亚类说明选择“项目申请书”或“课题申请书”，附注说明选择“空间天气能量传输过程研究”。

本项目由地球科学部和数理科学部联合提出，由地球科学部受理申请。