中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心劉維寧研究員、王赤院士，法國(guó)圖盧茲大學(xué)Michel Blanc教授等在2021年第12期《中國(guó)科學(xué)-地球科學(xué)》發(fā)表封面文章介紹了中國(guó)科學(xué)院牽頭的一項(xiàng)國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃——國(guó)際子午圈計(jì)劃(International Meridian Circle Program，IMCP)。該計(jì)劃由我國(guó)科學(xué)家率先提出并主導(dǎo)，以我國(guó)子午工程為核心，聯(lián)合東經(jīng)120°、西經(jīng)60°子午圈沿線的十余個(gè)國(guó)家或地區(qū)千余臺(tái)各類儀器形成全球分布式地基探測(cè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)地球空間環(huán)境進(jìn)行全緯度、全天候、全要素的觀測(cè)，深入研究地球空間物質(zhì)和能量在太陽和地球活動(dòng)雙重驅(qū)動(dòng)下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，研究空間天氣的全球特征和演變規(guī)律，及其與全球變化的相互影響，為應(yīng)對(duì)地球?yàn)?zāi)害和國(guó)家空間安全決策提供科學(xué)依據(jù)。

　　國(guó)際子午圈計(jì)劃的研究對(duì)象是太陽活動(dòng)引發(fā)的日地空間環(huán)境中的短時(shí)間尺度變化，即空間天氣。它會(huì)給通信、導(dǎo)航、航天、電力能源等人類重要設(shè)施造成重大影響與危害，對(duì)國(guó)家安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)構(gòu)成威脅。據(jù)2008年美國(guó)國(guó)家科學(xué)院的專項(xiàng)研究報(bào)告，人類有記錄的最大空間天氣事件，即1859年電氣時(shí)代之前的“卡靈頓事件”如果發(fā)生在現(xiàn)在，一年給美國(guó)造成高達(dá)兩萬億美元的經(jīng)濟(jì)損失。在高度電氣化和網(wǎng)絡(luò)化的今天，空間天氣對(duì)高技術(shù)系統(tǒng)危害尤為凸顯。

　　作為極端空間天氣的發(fā)軔區(qū)，日地空間中的近地空間（電離層和中高層大氣，ionosphere，upper and middle atmosphere，IMUA）的探測(cè)和研究有著重要意義。然而由于近地空間區(qū)域特殊，比飛機(jī)、氣球等能探測(cè)的區(qū)域高，又比科學(xué)衛(wèi)星軌道高度低，地基探測(cè)設(shè)備成為了能夠全面研究該關(guān)鍵區(qū)域的不可替代的探測(cè)手段。對(duì)此空間區(qū)域進(jìn)行全面科學(xué)觀測(cè)，需要在地面盡可能多的站點(diǎn)部署多類科學(xué)儀器，利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)，形成一個(gè)持續(xù)、穩(wěn)定、智能的全球性觀測(cè)能力，從而可對(duì)從地球表面到數(shù)千公里高度的空間區(qū)域的關(guān)鍵要素和物理機(jī)制開展多學(xué)科觀測(cè)和研究。在這個(gè)過程中，近地空間類似等離子體顯示屏，上部的太陽、行星際和外地球空間，與下部的巖石圈和低層大氣的運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)，通過圈層耦合都顯現(xiàn)于這一獨(dú)特的屏幕中。

　　國(guó)際子午圈計(jì)劃的全球監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)便充分利用電離層和中高層大氣的“顯示屏”特性，來追蹤日地空間擾動(dòng)（圖1）的蹤跡。國(guó)際子午圈計(jì)劃主要觀測(cè)的日地空間的不同類型的擾動(dòng)(圖1中所示)及其時(shí)間尺度如下:

　　A太陽活動(dòng)和太陽風(fēng)/磁層/電離層擾動(dòng)(分鐘到幾十年，甚至更長(zhǎng));

　　B對(duì)流層/平流層天氣系統(tǒng)擾動(dòng)(小時(shí)到年);

　　C氣候系統(tǒng)的擾動(dòng)和長(zhǎng)期演化(月至數(shù)十年);

　　D巖石圈活動(dòng)和地震(數(shù)秒至數(shù)年);

　　E地磁場(chǎng)的中長(zhǎng)期變化(數(shù)十年到數(shù)百年，甚至更長(zhǎng))。

圖1 在電離層和中高層大氣這個(gè)“顯示屏”上可以追蹤到的日地系統(tǒng)內(nèi)的多種擾動(dòng)(空間天氣、地球和太陽磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化、溫室氣體排放、全球大氣電路瞬變、地震活動(dòng)、大氣天氣和波動(dòng))

　　國(guó)際子午圈計(jì)劃全球監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)主要為120°E～60°W主子午圈，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)日地空間擾動(dòng)主要地理和地磁緯度變化的最佳覆蓋。120°E～60°W子午圈跨越東亞、澳大利亞和美洲，靠近地理和地磁兩極，對(duì)日地空間擾動(dòng)的地理和地磁緯度變化構(gòu)建最優(yōu)監(jiān)測(cè)布局，同時(shí)還覆蓋環(huán)太平洋火山帶最東和最西邊緣，也是監(jiān)測(cè)地震和火山災(zāi)害（擾動(dòng)D）的不二選擇，其廣泛的陸地覆蓋也非常利于地基設(shè)備的部署。同時(shí)輔以30°E+150°W子午圈（覆蓋世界上閃電最多的區(qū)域——中非），可以捕捉陸地-海洋對(duì)比引發(fā)的經(jīng)度變化，尤其針對(duì)對(duì)流層天氣和雷暴活動(dòng)。

　　國(guó)際子午圈計(jì)劃全球監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)首先會(huì)通過國(guó)際合作整合120°E+60°W子午圈上現(xiàn)有的觀測(cè)設(shè)備或陣列，而后增加新的大型設(shè)施級(jí)設(shè)備(如非相干散射雷達(dá)和激光雷達(dá))。當(dāng)前，我國(guó)監(jiān)測(cè)日地空間環(huán)境的地基綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng)，國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“子午工程(Chinese Meridian Project，CMP) ”正在進(jìn)行二期建設(shè)，該工程正是按照上述原則規(guī)劃并建造(如圖2)，它將成為IMCP全球觀測(cè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的核心組成部分，并提供先期借鑒經(jīng)驗(yàn)。

圖2 中國(guó)子午工程地基監(jiān)測(cè)網(wǎng)(a)和IMCP全球監(jiān)測(cè)網(wǎng) (b)

　　同時(shí)，中科院-歐空局聯(lián)合空間科學(xué)衛(wèi)星任務(wù)——太陽風(fēng)-磁層相互作用全景成像衛(wèi)星(SMILE)，預(yù)計(jì)2024年發(fā)射，將使我國(guó)在關(guān)鍵的103–104 公里尺度，躋身太陽風(fēng)與地球系統(tǒng)耦合研究領(lǐng)域前列，其觀測(cè)的磁層頂曲面（驅(qū)動(dòng)源）和國(guó)際子午圈觀測(cè)的電離層曲面（效應(yīng)區(qū)）高度互補(bǔ)，二者結(jié)合將實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽爆發(fā)引發(fā)地球空間環(huán)境全球性響應(yīng)的全過程、全方位、全天候監(jiān)測(cè)。

圖3 中國(guó)科學(xué)-地球科學(xué)封面

　?。ü└澹鹤游缛k、天氣室）