6月12日，在四川成都舉行的第二屆“一帶一路”科技交流大會國際大科學計劃論壇上，國際子午圈大科學計劃（International Meridian Circle Program, IMCP）牽頭單位中國科學院國家空間科學中心與最新加入IMCP計劃的5個國際組織、高校和研究機構簽署了合作協議。這標志著科學界先行發起了國際子午圈大科學計劃。

國際子午圈大科學計劃將至少執行11年，完成一個太陽活動周期以上的日地空間環境探測和研究。

國際子午圈大科學計劃科學目標示意圖。中國科學院國家空間科學中心供圖

“第四環境”天氣預報水平仍需提升

地球空間是人類航天、通信、導航等高技術活動，以及空間開發利用的主要區域，是繼陸海空環境之后的“第四環境”。受太陽活動影響，地球空間環境會產生突發、頻繁的劇烈變化，甚至引發非傳統的自然災害，稱之為空間天氣。

去年在多地出現的美麗極光讓很多人記憶猶新。作為最典型的太陽爆發活動，一次日冕物質拋射過程能將數以億噸計的太陽物質以數百千米每秒的高速拋離太陽表面，它們還攜帶著太陽強大的磁場能，一旦命中地球，就會引發地磁場方向與大小的變化，即地磁暴。極光正是地磁暴的“副產物”。

“大的地磁暴會使衛星隕落，影響航天活動；使通訊中斷，并影響導航精度，造成幾十米的誤差。”中國科學院院士、國際子午圈大科學計劃牽頭單位負責人、中國科學院國家空間科學中心主任王赤說，去年5月發生的被稱為“母親節事件”的地磁暴，曾引起中國大范圍地區電離層消失。

如同提醒公眾刮風下雨的天氣預報一樣，科研人員也可以通過衛星、雷達、望遠鏡等設備，進行天基監測和地基監測，對空間天氣進行預報。“但目前距離準確預報空間天氣，還有相當的距離。現在空間天氣預報的能力和水平，相當于上世紀60年代天氣預報的水平。”王赤說。

我國子午工程沿“井”字布局近300臺設備

今年3月，國家重大科技基礎設施——子午工程二期正式通過國家驗收。

該工程由中國科學院國家空間科學中心牽頭建設，科學家們花了十多年的時間，在地球上沿著東經120度，北緯30度，東經100度，北緯40度這樣兩縱兩橫的“井”字，布局了31個臺站近300臺設備，建成了國際上綜合實力最強的空間天氣地基區域監測網絡，為我國上空的空間環境探測和保障提供了連續、可靠的監測數據。

地球的磁力線大致沿經線（子午線）分布，空間天氣事件一般都沿磁力線傳播和演化，而隨著地球的自轉，利用子午線上的臺站聯合探測，可以實現對空間環境進行掃描觀測，類似于給地球空間環境做CT。

子午工程二期建成了一批大型監測設備，三站式非相干散射雷達就是其中的代表。“如果將傳統探測設備比喻為X光機，那非相干散射雷達就像是空間的CT，可以看清空間的電子有多少、溫度多高、怎么運動、處于什么狀態等。”雷達負責人、中國科學院地質與地球物理所研究員樂新安說。

雷達部署在海南省三亞市、儋州市和文昌市三地，海南省高溫、高濕和高鹽的“三高”環境，對雷達環境適應性提出了嚴峻挑戰，科研人員通過技術攻關，攻克了這一難題。在“十年磨一劍”的長期攻關中，這樣的例子不勝枚舉。

北方中緯高頻雷達，是子午工程二期的另一組大型設備，可以實現我國北方中緯地區電離層不間斷、大尺度探測。雷達首席科學家、中國科學院國家空間科學中心研究員張佼佼說，雷達的三個野外臺站部署在新疆、內蒙古、吉林，其建設過程恰逢新冠疫情，團隊在臺站選址征地、工程實施、生活保障等方面困難重重，任務推進舉步維艱。多部門、多單位間的協同聚力，給政策、給條件、給保障，推動工程建設走出困境，保證建設任務如期完工。

中國科學家主導，大科學計劃可實現“日不落”式觀測

空間天氣是全球性現象，是全人類面臨的共同挑戰，破題的關鍵之一就是構建全球協同的地基監測網絡，并且需要聯合全球空間天氣監測與研究力量開展聯合科學攻關。

在子午工程的基礎上，我國科學家率先倡議國際子午圈大科學計劃。國際子午圈大科學計劃以子午工程為基礎，建立陸地最完整的東經120度到西經60度子午圈監測鏈，擴展形成全球一體化的多學科、多要素探測網絡，實現對日地空間環境全緯度、全天候、日不落的立體觀測。

子午工程二期總工程師、中國科學院國家空間科學中心研究員徐寄遙說，子午工程的探測系統為國際子午圈的建設提供了核心的基礎。“工程還培養了一大批的人才隊伍，包括具備國際水準的科研團隊、攻堅克難的技術團隊和高水平專業化的管理團隊。”

國際子午圈的范圍為何定在東經120度到西經60度？王赤解釋說，從世界地圖上就可以看出來，東經120度和西經60度的范圍，可以在陸地上形成一個基本閉合的國際子午圈，實現全緯度的覆蓋。他說，空間天氣變化的主要源頭是太陽活動，東經120度跟西經60度時差相差12個小時，區域內一邊是白天，一邊是夜晚，總有一個地方能看到太陽，可以實現“日不落”的監測。隨著地球自轉，國際子午圈可以對地球空間環境進行全球三維掃描，形成7×24小時不間斷的多尺度立體成像。

“我們還將在重點區域解決一些問題，比如極區高緯地區”。王赤說，另外，南半球巴西附近有一大塊區域的磁場強度比世界其他地區弱了30%-50%，被稱作南大西洋異常區。由于磁場較弱，高能粒子能夠直接打到更低的地方，影響衛星、空間站等安全運行，宇航員也避免在這個區域出艙活動。中國科學院國家空間科學中心和巴西國家空間研究院共同建設了國際子午圈先導項目——中巴空間天氣聯合實驗室。2024年，中巴實驗室已經完成兩期建設，針對兩大關鍵區域——磁赤道、南大西洋異常區（SAMA）部署10個綜合/專業臺站。

另外一個重要區域是我國云貴高原，地震等活動“自下而上”對空間天氣造成擾動的途徑和機制，也是大科學計劃關注的問題。

大科學計劃將用AI賦能空間天氣預報

“在機制上，我們要建成世界科學家廣泛參與和密切合作的共同體，開啟全球科學家國際合作的新范式。”王赤說。

中國科學院國家空間科學中心副主任、中國-巴西空間天氣聯合實驗室負責人李暉說，目前，國際子午圈大科學計劃已與36個國際組織和國外科研機構簽署了合作協議或確定了合作意向，開展了大量的國際合作，并通過中國-巴西空間天氣聯合實驗室在南美地區開始了先行示范工作。

國際子午圈大科學計劃的科學目標，可以簡單概括為“認知一個系統、厘清兩類影響、揭秘三大難題”。

國際子午圈大科學計劃科學方案工作組組長、太陽活動與空間天氣全國重點實驗室主任張清和說，“一個系統”，即地球空間系統，是國際子午圈大科學計劃的研究主體，包括地表100公里以上的高層大氣、電離層和磁層，是與人類生存和發展關系最密切區域。

“兩類影響”，一是來自太陽活動的物質與能量對地球空間的“自上而下”的影響，主要體現在太陽爆發引起的惡劣“空間天氣”現象對地球空間的影響；二是來自地表-氣候氣象系統對地球空間“自下而上”的影響，主要體現在地震、火山、雷暴、臺風等活動引起地球空間環境變化。“地球空間系統處在日地空間環境之中，受太陽爆發和地球活動雙重驅動影響。”

“三大難題”，分別是空間環境全球與典型區域的多要素、多時空尺度特征和變化規律，太陽爆發在日地空間的傳播和演化，空間天氣與全球變化以及地球自然災害的關系。

國際子午圈大科學計劃將采用更先進的研究范式，比如用AI來賦能空間天氣預報。

將完成一個太陽活動周期以上的日地空間環境探測

與子午工程運控大樓一樣，國際子午圈大科學計劃總部大樓位于懷柔科學城。為實現科學目標，國際子午圈大科學計劃擬成立“IMCP國際組織”，落戶總部大樓，整體協調和推進國際子午圈大科學計劃的實施，完成“開展創新研究、組織協同監測、共享數據信息、深化合作交流”等4大任務。

國際子午圈大科學計劃將至少執行11年，完成一個太陽活動周期以上的日地空間環境探測和研究。利用多樣化的觀測手段和全球性布局，推進空間天氣領域的重大理論創新和探測技術突破，為提升防御全球空間天氣災害的能力提供科學支撐，為認知宜居地球、和平利用外層空間提供獨特方案和貢獻重要力量。

記者 張璐

編輯 張牽 校對 楊利