近日，中国第35次南极科学考察队在中山站完成我国首台极区中高层大气激光雷达安装调试和试运行，首次同时探测到南极中间层顶区大气温度和三维风场，填补了极隙区中高层大气探测的空白。
“在极区开展高空大气物理观测对于建立空间天气模型、改进无线电远距离通讯、确定卫星轨道、国防军事等方面具有重要意义。”中国极地研究中心极地大气与空间物理学研究室主任、第35次南极考察队中山站站长胡红桥说，“我国利用南极中山站和北极黄河站地磁共轭的特点建成了国际上首个位于极隙区纬度的共轭观测对。此次安装的激光雷达将观测范围由电离层高度向下延伸到了中高层大气，标志着我国极区高空大气物理观测由国际合作为主走向自主创新阶段。”
瞄准国际科学研究前沿
高空大气物理学的研究对象为从地表以上30公里高空到行星际空间发生的地球物理现象和物理过程。自1984年首次南极考察以来，我国极地科学研究历经30多年发展，开辟了极区高空大气物理学研究新领域。
南北极高空大气物理研究为何受重视？究其原因，这里是地球联系外太空的重要“窗口”。太阳是对地球影响最大的星球，不断向外太空喷射带电粒子并形成太阳风。太阳风与地球磁场相互作用形成磁层。在磁层和大气保护下，地球犹如一艘巨轮迎“风”漂浮于宇宙中，人们因此免受太阳喷射的高速带电粒子直击。
极区是太阳风能量和粒子进入地球空间的入口，是在地球空间造成磁暴、电离层暴、粒子暴等灾害性空间天气的能量源头，地磁场近乎垂直进出。同时，地球外层空间发生的各种动力学过程都会沿着磁力线投影到南北极，在极区电离层产生极光、磁场扰动、等离子体对流、电波吸收与闪烁现象，蕴藏了丰富的空间天气信息。因此，极光被称作空间天气的“动画”，极区电离层则被称为空间天气的“显示器”。
“极区高空大气是地球大气层和近地空间最活跃的组成部分，与中低层大气有较强的耦合作用，对全球变化有着灵敏响应和显著反映。开展极区高空大气物理观测对空间环境和空间天气的研究、监测和预报非常重要。”胡红桥说，空间天气直接与航空航天、导航、定位等高新技术发展密切相关。“例如研发自动驾驶技术，必须考虑由空间天气造成的定位误差。”
开辟极地研究新领域
由于地域等因素限制，我国在极光系统观测研究方面发展较慢，从事极区高空大气物理学研究的时间远落后于美国、日本、澳大利亚等国。
在1990年前，我国南极高空大气物理学研究尚处起步阶段。在谋划建立南极长城站期间，我国科学家多次到外国南极站考察。1985年10月~12月，南极及高纬地区高空物理学术讨论会在京召开，标志着我国科学家在该领域迈出坚实步伐。
1990年~2005年，国家持续加大支持力度，国际合作蓬勃开展，我国极区高空大气物理研究进入快速发展阶段。特别是中山站的建立为开展极区高空大气物理学观测研究提供了得天独厚的基础条件。
据胡红桥介绍，自1994年中国第11次南极考察以来，我国科学家通过与日本、澳大利亚等国科研机构合作，在中山站建成了达到国际先进水平的高空大气观测系统。纵观20多个国家建立的50多个极地常年考察站，我国南极中山站高空大气综合观测系统已跻身前列。同时，通过组织参与双边和多边极区空间物理学术研讨会，进一步提升了我国在极区高空大气物理研究的国际影响力。
2005年以来，在国家重点科技项目支持下，我国极地高空大气物理的观测研究能力快速提升，在南极中山站建成了极区空间环境实验室，在北极黄河站建成了极区高空大气物理观测系统，为我国构建国际为数不多的极区高空大气物理共轭观测体系奠定坚实基础。
在此基础上，中国科学家2013年撰写了关于极盖区等离子云块演化过程的学术论文，在国际顶级科学期刊《科学》发表，引起广泛关注。
事业兴衰，关键在人。30多年来，我国极地考察事业发展有效促进了该学科人才队伍建设。目前，参与极区高空大气物理研究的包括自然资源部、中国科学院、工业和信息化部、中国气象局、中国地震局等系统和众多高校等，形成了一支具有高水平学术的科研队伍，瞄准极区高空大气物理学前沿，积累了大量观测资料，取得系列科研进展。
中山站极区高空大气物理观测栋，建于1997年2月。
中山站空间环境观测栋，建成于2010年2月。
中山站激光雷达，建成于2019年2月。
积极服务空间探索活动
今年2月，中国第35次南极科考队在中山站完成钠荧光多普勒激光雷达探测系统的安装和调试，标志着中国在极区大气探测领域已掌握国际前沿关键技术，将为研究极隙区中高层大气对太阳风粒子注入的响应及全球大气环流相互作用等科学问题提供观测数据。
2019年3月15日2：42，中山站全天空视野中的极光。
“目前中山站激光雷达已进入试运行阶段，但距离业务化运行还需时间。”激光雷达项目负责人、中国极地研究中心研究员黄文涛说。
“该雷达实现了两项创新：一是可提供三维风场信息；二是可在晴天实现昼夜连续观测。”黄文涛说，“截至3月20日，该雷达已获得连续80个小时的观测数据，正在进行数据分析处理。中山站最近一直是阴天下雪，期待着天气转晴后获得更多的观测数据。”
近年来，随着我国南极长城站、中山站、昆仑站、泰山站和北极黄河站、冰岛极光观测台的建立，为开展极区高空大气物理学研究提供了理想的观测基地。目前，我国南极科学考察站现有高空大气物理观测设备状态稳定，部分观测数据可准实时传输到数据中心。
“中国极地研究中心高度重视极地观测业务化，积极推进数据质量控制和处理，目前正在抓紧组织编制极区高空大气的监测规范和数据规范，通过极地数据库和数据中心实现数据共享。”胡红桥说，“从科学走向应用一直是我们努力的方向，下一步我们将积极探索与应用单位合作，为服务我国空间探索活动做出新贡献。”
（中国海洋报记者 赵宁 编辑 大红）
联系客服
