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《国家重点基础研究发展规划》项目结题验收材料
(一)项目结题总结报告项目名称太阳剧烈活动与空间灾害天气项目编号G2000078400起止年限2000年—2005年项目负责人汪景琇研究员__地址北京朝阳区大屯路甲20号,邮编100012中国科学院国家天文台主要承担单位中科院国家天文台南京大学中科院紫金山天文台中国科技大学中科院地质与地球物理所中科院武汉物理与数学所项目依托单位中国科学院中华人民___科学技术部制二〇〇五年十月
1、项目结题基本信息表一973计划项目结题基本信息表项目编号TG2000078400项目名称太阳剧烈活动与空间灾害天气起止年月2000年10月至2005年9月项目首席科学家汪景琇单位中国科学院国家天文台依托部门中国科学院参加人员总数57第一承担单位中国科学院国家天文台承担单位数9项目总经费
4881.1万元其中973计划资助总额
2288.7万元累计部门、单位匹配1371万元累计从研究单位获得的人员费___0累计获得的其它资助
81.4项目执行情况0101按期结题02提前结题03延期结题04其他课题设置课题编号课题名称课题负责人承担单位起止年月01太阳磁场演化和磁通量输出张洪起中国科学院国家天文台
2000.10-
2005.902耀斑的时空结构及能量输出方成南京大学
2000.10-
2005.903太阳高能粒子___与输出颜毅华中国科学院国家天文台
2000.10-
2005.904CME的太阳起源和磁化等离子体输出汪景琇中国科学院国家天文台
2000.10-
2005.905行星际空间对CME的响应过程王水中国科学技术大学
2000.10-
2005.906磁层空间暴和磁层对太阳__的响应徐文耀中国科学院地质与地球物理研究所
2000.10-
2005.907电离层暴和电离层对太阳活动的响万卫星中国科学院地质与地球物理研究所
2000.10-
2005.908空间天气预报的物理基础和方法王华宁中国科学院国家天文台
2000.10-
2005.
92、项目主要研究内容和预期目标本项目着重研究太阳活动及其对人类生存的日地环境的影响,特别是太阳剧烈活动的成因,及在剧烈活动中爆发式增长的电磁辐射、高能粒子流、磁通量和磁化等离子体抛射对太阳风和行星际介质、磁层、电离层和高层大气的作用,从而形成空间灾害天气的物理过程,建立和发展空间天气预报的物理基础这是当代空间科学中最困难、最富挑战性和最能造福人类的多学科交叉的重大科学难题它适应面向21世纪的中国空间技术、空间探测乃至空间产业的重大需求,并将对宇宙科学中的一个基本问题,带电物质与磁场的相互作用的研究,做出原创性的贡献这一项目是天文学、空间和地球科学相结合的基础研究项目它以奠定我国日地空间灾害天气预报的物理基础为国家目标,适应多学科交叉发展的趋势,聚焦于太阳的剧烈活动及其驱动的日地空间灾害天气的机理,力图在新的学科生长点取得原创性的科研成果按照计划任务书的构想,在这一研究中揭示的太阳变化和空间灾害天气的因果__,形成的新的概念和理论,不但将为发展我国空间天气预报准备必要的科学基础,而且将为我国空间天气地基和空间观测网的建设等大科学工程做理论和概念准备
2.1主要研究内容1)太阳剧烈活动的能源来自磁场,系统地研究导致剧烈太阳活动如耀斑、日冕物质抛射(CME)的向量磁场结构、演化,取得定量的观测结果,以__磁拓扑之间的相互作用来理解和构筑唯象和数值模型,乃至物理模型,为理解剧烈太阳活动形成的物理机制和其中粒子加速等高能物理过程,为太阳活动预报提供物理基础这一研究是关于太阳活动的磁活动机理的研究,包括活动区向量磁场的结构和演化的系统观测,活动区电流、磁螺度和拓扑奇异性的观测和理论研究,活动区和大尺度磁场的理论外推和数值模拟2)充分利用国际空间观测、特别是SOHO、TRA__、和刚刚投入工作的Hessi等最新的观测,结合我国地面观测等多波段资料进多波段自洽的物理诊断和分析,建立耀斑、CME的磁流体力学和辐射大气动力学模型,系统地理解其中初始能量释放,粒子加速和传播,以及等离子体响应过程,以利于理解太阳输出变化对背景太阳风和行星际的影响过程在这一研究中将综合地面和空间多类数据和多波段的系统分析,并与磁场观测相结合,理解对空间天气有重要影响的耀斑、CME、空间暴等的形成机理3)发挥我国世界先进水平的太阳和日地物理观测系统的作用,取得从太阳表面向量磁场演化、太阳剧烈活动的时空结构、动力学,即包括扩展的日冕物质抛射、行星际激波、磁量重联、磁暴、磁亚暴,空间离子暴和电离层暴的多学科多波段的光谱、频谱、成像和流量的时间演化系统,从而认识空间灾害天气形成中的因果__和基本物理问题研究太阳风和CME与磁层的相互作用,磁层与电离层耦合,电离层与中层和热层大气的耦合,以理解空间天气__的形成和各个天气链条间的能量传输过程4)把太阳大气、太阳风、日球作为一个积分系统,研究其中爆发式__发生和发展过程,形成对空间灾害天气的检测、预报、预警的科学概念、方法和模式对空间天气的可预报性、预报必需的观测基础、作为预报依据的主导性的物理规律、预报的不确定性及我国空间天气预报的发展战略得到初步的结论性___
2.2预期目标1)在空间天气过程的关键环节取得突破性进展预计可望取得重大突破性进展进展的方面包括太阳向量磁场的演化、耀斑中的粒子加速、CME的太阳源区认证、太阳风加速机制、空间暴的形成机理、磁暴磁亚暴理论模型、我国电离层暴的发展规律,以及空间天气的物理预报的原理等2)对空间天气总体过程的时空结构得到更为清晰的物理图象,如日地空间多个层次对太阳输出剧烈变化的时空响应和因果关系通过几个重大空间天气__的系统观测的分析研究,理清基本的链条和其中决定性的物理过程,在空间天气综合研究上取得重要进展3)为保证我国不迟于发达国家能在2005年前后开展实时空间天气预报提供决策和物理基础提出___国家空间天气实施计划的__意见4)为我国21世纪日地空间科学探测做好科学积累,提出新的突破性的思路和概念,在项目结束时能形成一两个大型空间计划的初步方案通过项目的实施,一个基本的目标是实质性地提高我们的原创能力,并在太阳剧烈活动和空间灾害天气研究中在国际上取得足够的显示度,真正占有一席之地
3、项目研究计划的完成情况项目集中了我国太阳物理、空间科学、地球物理和中高空大气物理学领域一批最优秀的学者在国家目标和学科发展趋势的导引下,项目组完满地完成了预定的研究计划,取得了一些重要的原创性研究成果,并在相关研究领域产生了重要的国际影响项目组成员在项目执行期间获国家自然科学二等奖两次、国家科技进步二等奖一次,一名成员被选为中国科学院院士,11名青年学者获国家基金委杰出青年基金和“____”支持项目组五年来发表SCI论文628篇,其中SCIEN__1篇;应邀在国际最著名的《天文学和天体物理学年鉴》(Ann.Rev.Astron.Astrophys.)发表评述论文1篇,这是中国天文学家首次获此殊荣,在这一最高层次的综述__发表论文;在重要国际会议作大会特邀报告77次(不含双边国际会议),包括在国际天文联合会(IAU)、空间研究委员会COSPAR等编号学术会议16篇和国际天文联合会等地区性学术大会特邀报告26篇项目执行期间发表的部分论文已得到国际同行700多次的SCI__引用,多篇工作被收入国际新进出版的___从2002-2004年一年一度关于整个天体物理的年评中(PASPTrimbleAschwanden)项目每年被评述的论文平均为18次项目组成员作为科学和地区委员会__,__召开了国际天文联合会第226次学术大会,推动了国内外对“日冕和恒星物质抛射”的研究项目组充分发挥我国已建立的具有国际一流水平的磁场望远镜、射电宽带动态频谱仪和有特色的太阳二维成像频谱仪等观测仪器的作用,充分利用国外空间观测资料,在太阳活动区和太阳剧烈活动的三维结构、时空演化过程、形成机理等研究方面,取得重要进展,在取得重要的观测研究成果的同时,提出了一些有影响的半定量和定量的物理模型,得到国际学术界的承认;取得了对本次太阳周两次最重大的太阳爆发__(2000年7月的Bastille__和2003年10-11月的Halloween__)从太阳向量磁场演化和表面磁活动到日地空间扰动、磁层空间暴和电离层暴等的完整的时间序列和物理图象在国际上率先发表了对它们的研究成果,并由汪景琇在国际上建议和__,为权威刊物SolarPhysics__了对Bastille__的研究主题卷(SolarPhys.2001204)项目有关课题组取得了本次太阳活动峰期国际上最完整的太阳向量磁场观测资料,为我国和国际太阳物理研究做出了重要的贡献项目组在四年多的研究工作中,努力强化现有的太阳物理和日地物理观测能力,发展新的探测手段,实质性地抬升了我国日地物理的实测能力完成了目前世界上最大口径的对称光路真空太阳望远镜的设计工作,解决了地平支撑、像场消旋、真空密封、高精度跟踪、Stokes光谱测量和数据获取等技术难题,研制完成了太阳塔的机械、电控系统,完成了厂内组装和两次机电联调,达到了预期的结果项目组为日地空间科学探测努做了重要的科学积累,发展了突破性的新的思路和概念项目组成员为我国第一个科学卫星“双星计划”的实施作出了不可取代的贡献,又作为首席科学家先后提出了中法“太阳探测小卫星计划__ES”和在日地L1点进行空间天气监测的“夸父计划”,并进一步凝炼了空间太阳望远镜(SST)的科学目标这三个空间计划都得到国防科工委民用__项目的预研立项,为未来10-20年我国太阳和空间科学探测保持了强大的储势为实现适时开展我国空间天气预报的国家目标,项目组__了以“中国国家空间天气计划”为主题的香山科学会议,在会议简报中提出了关于中国国家空间天气计划的战略性思考;最近,以项目的研究成果为基础,进一步__了关于国家空间天气实施计划的讨论,完成了呈报国家科技部的建议书,为制定国家空间天气实施计划提出了系统的科学论证各课题组完成计划任务的详细情况已展示在各课题组的总结报告中,在项目总结中将不再一一陈述
4、项目研究成果的水平与创新性项目的研究成果表现在多学科的前沿领域和交叉领域主要研究成果具有原创性,部分成果具有国际领先水平作为涵盖太阳物理学、行星际物理学、磁层物理学、电离层物理学、中高层大气物理学和地球物理学等多学科领域的研究计划,项目的研究成果是大尺度和多方面的,涉及太阳和空间物理的基本问题项目的研究成果体现在1)在重大前沿方向的观测积累和重要的观测发现,2)提出和发展的在国际上有影响的理论模型和理论计算,3)在太阳和空间科学一些最基本的学科问题上的重大进展,4)形成对学科研究有重要影响的创新集成研究这一总结通过列举部分原始创新性研究成果以阐明成果的水平和原创性
4.1太阳向量磁场的可靠观测和关于太阳向量磁场结构与演化的领先研究太阳向量磁场的可靠测量在太阳活动和空间天气研究中具有最重要的意义它对太阳剧烈活动中基本物理过程的诊断和理论模型的检验是决定性的项目组系统检验和完善了国家天文台怀柔太阳观测__太阳向量磁场测量的理论定标(SuZhang2004a),从理论和实测两方面定量分析了磁光效应对磁场测量的影响SuZhang2004b,通过对不同太阳天文台(怀柔太阳观测__、美国夏威夷大学MEES天文台、__国立天文台)的矢量磁场观测的详细比对,确定了怀柔向量磁场观测的可靠性和不确定性,评估了当代太阳向量磁场测量的现状和前景(Zhangetal.2003)这些工作是实测研究中最具基础性的工作,是基于向量磁场观测的太阳物理研究的基础,对各国学者的向量磁场观测研究有重要的参考价值基于向量磁场的观测和理论研究取得重要进展通过把太阳活动区电流分解成涡旋分量和剪切分量,张洪起
(2001)揭示了电流螺度与观测的磁场剪切与梯度的内在__,并用于太阳活动区磁场的研究,为国际同行向量磁场研究所借鉴对典型太阳活动现象及其产生强烈日地物理效应的重大活动和太阳超级活动区的磁场特征进行了系统的观测研究在成功观测太阳23活动周峰年耀斑—日冕物质抛射活动区磁场和速度场的基础上,项目组结合国际空间卫星YOHKOH、SOHO和TRA__的观测资料,详细地研究了2000年7月国际编号9077太阳活动区和正在研究的2003年10月10___太阳活动区等观测资料被国内外太阳物理学家广泛使用,相关研究论文(Deng2001;LiuZhang20012002;Zhangetal.2001)在国际上产生重要的影响利用怀柔太阳磁场和速度场的大量观测资料,在太阳耀斑活动区强剪切磁反变线附近的拓扑性质,太阳光球矢量磁场(电流,螺度)变化、非势磁能的形成、释放和耀斑—日冕物质抛射的__等基本科学问题取得重要进展
4.2日冕磁场的三维理论重构取得重要进展目前关于太阳大气磁场计算的方法仍未成熟,美国2000年版的《国家空间天气计划》将日冕磁场的重建列为模型研究中的一个重要内容我们曾首次得到了具有有限能量的一般(非常)无力磁场问题的边界积分方程,成为国际公认的基本方法之一,得到国内外学术权威的重点评述与引用项目组对这一方法的原理和可靠性作了进一步的研究系列研究工作已被美国学者在Spinger出版社新近出版的《PhysicsofSolarCorona》(Springer2005)___中单列一节介绍其方法原理在这一系列的工作中,课题组首次以我国向量磁场观测数据为基础,经上述非线性无力场理论外推方法,重建得到悬浮在太阳低层大气中的磁绳(FluxRope)结构,它与H观测到的暗条位置一致,也与空间TRA__卫星紫外波段观测到的一个间歇性产生的亮条位置一致(Yanetal.2001)这项工作很快得到国际学者的多篇SCI论文的重点引用__noharan等
(2001)利用IPS__观测得到与之符合的磁能估计有关工作分别应邀在IAUSymposium226“世界空间环境__”、“空间环境中的高性能计算研讨会”和第十届欧洲太阳物理会议等10个国际会议上作特邀报告寻找向量磁场的奇点并研究其邻近区域磁场结构,对发展三维磁重联理论有关键性的科学意义研究生赵辉在导师的指导下
(2005)由微分几何的方法首次得到在太阳三维向量磁场中确定磁场奇点(NullPoints)的定量方法方法一经提出,立即为空间ClusterII地球磁层的观测分析所采用,并首次在地球磁尾捕捉到磁重联零磁场点这一方法得到美国学者的重视,基于该方法于太阳活动区磁场研究的合作研究已经开始
4.3日冕物质抛射的源区和初发过程的开拓性研究日冕物质抛射是空间灾害天气的主要驱动者,是把太阳剧烈活动和空间灾害天气__起来的主要媒介日冕物质抛射的源区证认和初发过程研究成为认识空间灾害天气成因和预报日冕物质抛射的关键项目组结合SOHO的空间观测和怀柔等国内外地面观测资料,筛选了本次太阳周从太阳活动谷期到峰期(1997-2003)的完整的对地日冕物质抛射的样本,系统地证认了样本中288个对地日冕物质抛射在紫外、X射线、H等波段观测到的活动现象和源区的磁场特征对日冕物质抛射和表面磁活动的关系进行了详尽的统计研究,揭示了日冕物质抛射与太阳表面活动的强相关关系--即所有日冕物质抛射都伴有远紫外局部增亮,90%以上的日冕物质抛射与暗条爆发相关(Zhouetal.2003)基于全新的思考,详细研究对地日冕物质抛射初发区的大尺度的磁场特性,在国际上第一次对日冕物质抛射的大尺度源区作了系统分类在四类日冕物质抛射源区大尺度磁场结构中,有三类磁结构,如扩展的双极区(ExtendedBipolarRegion)和跨赤道暗条及其相__的剪切磁拱在日冕物质抛射中的作用是项目成员在文献中首次描述的(见Zhouetal.2005)通过研究与日冕物质抛射相__的太阳活动区向量磁场的详细演化,发现大尺度日冕物质抛射与小尺度磁通量对消的关系,从而揭示在太阳低层大气中的磁重联在触发日冕物质抛射中的作用(Zhangetal.2001),得到国际学术界的承认,并应邀在IAUSymp.226和Cospar大会SessionE
2.2/D
3.3作大会特邀报告(zhangetal.2005;Wang2004)对多个活动区向量磁场演化的研究,发现导致日冕物质抛射的磁浮现总是携带与活动区主导符号相反的磁螺度这一发现对关于活动区螺度积累导致日冕物质抛射的理论模型,即螺度加载模型,提出了挑战为日冕物质抛射初发的预报提供了一个可能的依据(Wangetal.2004)提出“相似日冕物质抛射”的三个判据;基于高分辨率MDI磁图的详细观测,证实相似日冕物质抛射与巨单极黑子周边的运动磁结构有紧密的__提出运动磁结构能触发日冕物质抛射(ZhangWang2002)
4.4提出新浮磁流的日冕物质抛射触发模型观测统计研究表明,有两种有利于磁重联的磁流浮现常导致CME一种是磁流浮现发生在暗条通道处,且具有同跨越其上的磁位形相反的磁极性;另一种是磁流浮现发生在暗条通道之外侧,但其极性也有利于发生磁重联通过求解二维时变可压缩MHD方程组,数值模拟了磁流浮现触发日冕物质抛射CME的过程(ChenShibata2000)结果表明,有利于磁重联的磁流浮现的确可以使磁绳失去平衡,并在其下面形成电流片磁绳失去平衡后产生的快速磁重联可导致CME的发生,并且也可产生cusp形的耀斑或X射线拱状物在磁绳的上面和下面还将出现快激波它们是与CME有关的两类II型射电暴之源由此,提出CME由磁流浮现而导致磁绳爆发的模型它清楚地再现了CME产生和演化的动力学过程,可解释某些CME的结构、时变曲线、CME和耀斑的关系等一系列观测结果目前新浮磁流与日冕磁场磁重联过程的三维数值模拟正在进行之中这一理论研究得到广泛的国际引述,并被权威学者Gopalswamy列为主流日冕物质抛射触发模型之一(Gopalswamy2005)著名学者Shibata2005在总结日冕物质抛射模型时指出,“在这一模型中,与新浮磁流相__的小尺度的磁重联(磁对消)触发远离其上的X-中性点的大尺度磁重联在这个意义上,这一模型可分类为汪和史的两阶段磁重联模型Kusano的螺度湮灭模型、Antiochos等的爆裂模型和MooreRoumeliotis模型也都属于两阶段磁重联模型”
4.5提出日冕EUV波的完整新思想和新理论日冕EUV波是近年空间观测的新发现,是日冕物质抛射在日面的可观测特征对日冕EUV波的认识是理解日冕物质抛射形成机制的关键项目组关于EUV波的磁流体力学(MHD)数值模拟取得系列重要进展指出EUV波不是日冕快磁声波(即Moreton波)而是对应于暗条上方闭合磁力线的打开过程在太阳过度区的效应,重建了与观测符合的EUV波理论和模型Chenetal.20022005为欧美学者的日冕光谱空间观测所证实(Harraetal.2003)过去人们普遍认为,Moreton波是耀斑产生的,而日冕EUV波则是色球Moreton波的日冕对应物陈鹏飞等的研究(2003,2005)表明,日冕物质抛射才是Moreton波的驱动源,EUV波不是Moreton波,而是对应于暗条上方闭合磁力线的打开过程,从而成功地解释了___EUV波的速度只有Moreton波的三分之一左右等一系列观测事实对日冕EUV波的数值研究还表明,日冕EUV波在冕洞及其它活动区边界停止,而快磁声波却能够穿越冕洞及其它活动区观测还表明,EUV暗化dimming和EUV波是共生现象,但EUV暗化__比EUV波要多得多,这表明在不同磁场环境下的EUV波的强度差异很大为此,我们对不同磁场位形下EUV波的传播进行模拟,并将模拟结果合成出极紫外图像,以研究EUV波亮度与磁场位形的关系考虑了真实的太阳大气模型后对日冕物质抛射及耀斑进行了数值模拟,并将磁流体力学数值模拟结果合成出H、极紫外、和软X射线图像,结果表明日冕物质抛射导致的驱动激波对应观测到的软X射线波,其足点扫过色球形成HMoreton波,结果还表明H
0.45Å偏带观测是探测色球Moreton波的最佳波段
4.6在太阳风起源、加速和加热机制的研究中取得重大突破性进展太阳风起源、加速和加热是__困扰太阳物理和空间物理学家们的难题,现有理论中,或者假设条件过多,或者理论本身不自洽,都未能较好地给予定量解释涂传诒等
(2005)联合分析SOHO飞船搭载的SUMER观测的离子发射谱线数据,并与MDI观测得到的太阳磁场的理论外推结果作相关分析,得到具有不同电离温度的离子发射线的相关高度和表征太阳风外流发射线的相关高度,率先从数据分析中提出太阳风起源的确切高度为极区冕洞磁漏斗结构中光球层上方5000km至20000km之间在此数据分析的基础上,进而提出了三维的太阳风物质供应模型可以很好地解释太阳风在太阳低层大气中___Scien__审稿人认为,“本文首次提供了漏斗中平均流动的详情,这对了解源区附近的太阳风的性质有重要意义”吴德金等提出的动力学阿尔文波加热机制成功地解决了以往研究中遇到的能量传输和耗散困难,对日冕加热机制及其他恒星热冕加热问题的研究提供了一个新的途径;其关于耗散孤立动力学阿尔文波加速机制对各种天体物理非热辐射现象中普遍遇到的高能电子加速问题提供了一个新的机制
4.7白光耀斑研究位于国际前列白光耀斑是一类特殊的耀斑,具有增强的连续辐射,通常对应于较强的耀斑关于白光耀斑的发生概率、加热过程和辐射机制一直是一个争论的课题我们通过二维光谱观测发现了多个白光耀斑,特别是首次在近红外波段8500Å附近探测到白光耀斑通过多波段分析,发现白光辐射在空间和时间上和硬X射线辐射有较好的对应关系,比较明确地证明了白光耀斑起源于高能电子的轰击加热我们进一步从理论上求解了高能电子加热伴随辐射加热(backwarming)从而导致白光辐射的定量模型,解决了低层大气加热效率不足的问题有关白光耀斑的工作获得国际同行的多次引用例如,美国BBSO研究组在分析了近年来最强的近红外白光耀斑后认为我们提出的电子加热伴随向下辐射加热机制提供了一种更合理的解释;美国J.C.Allred等人计算了白光耀斑的动力学模型,指出理论结果同我们观测推导的结果相当接近
4.8对日冕磁绳灾变过程完成系统的理论研究日冕磁绳灾变在日冕物质抛射的理论中占有核心的地位该项目对日冕磁绳灾变作了详尽和系统的数值模拟研究,对磁绳灾变产生的条件、磁绳灾变能阈超过对应开放磁场的能量得到了可靠的定量结果这些研究把在日冕物质抛射理论中有重要意义的Aly-Sturrock约束__到部分开放无力场的情形因而,磁绳的存在是日冕物质抛射的必要条件由于磁绳的存在,系统可具有超出与之对应的开放型无力场8%的能量胡有秋因为这些工作应邀在IAUSymposium做了大会特邀报告为了从理论上理解日冕物质抛射的初发过程,在磁流体数值模拟中引入复杂磁拓扑,即与观测相对符合的四极磁场,发现系统同样存在灾变现象,灾变能阈超过对应部分开放场的能量(PengHu2004;DingHu2005);发现磁绳的双重灾变现象,同时伴随双重电流片的出现,即覆盖在整个磁通量系统上的横向电流片和磁通量绳下的竖直电流片,为同时解释日冕物质抛射和耀斑提供了初始磁位型(ZhangHuWang2005),ApJ审稿人认为,“该文展示了原创性的研究成果,扩展了__以来关于日冕磁绳平衡性质的理论和数值模拟研究,补充了原创性的__gneticbreakout模型”
4.9提出了行星际多重磁云和磁云边界层的新概念日冕物质抛射在行星际传播中可形成展示缠绕磁力线结构的“磁云”磁云的南向磁场与地球磁层相互作用导致磁层空间暴等空间灾害天气汪毓明等发现(2003,2005)当太阳发生连发的(suc__ssive)CMEs时,这些CMEs形成的磁云在行星际空间会挤压到一起,形成一种多重磁云结构,这是复杂抛射中的一种形式对多重磁云开展了资料分析、理论描述和数值模拟研究,发现多重磁云会形成较大的行星际磁场南向分量,引起大地磁暴多重磁云成为我国学者最早提出的新概念作为一篇行星际磁云的研究论文被选作国际一流的天文学__Astron.Astrophys.的封面论文发表魏奉思等(2003ab)找到行星际空间中可能发生磁重联的观测证据,进而提出磁云边界仍是磁云与背景介质相互作用形成的边界层外边界多是磁重联边界,等离子体温度、密度和值多呈现“三高状态”,内边界为未受相互作用影响的磁云本体,呈现为“三低状态”磁云边界层是一种非压力平衡结构,其中存在着丰富的等离子体波动现象这一概念的提出对理解磁云和磁云与行星际的相互作用提供了新的思考
4.10得到对地日冕物质抛射影响近地环境有效性的统计规律对地日冕物质抛射是否总能导致强烈地磁暴并直接影响近地环境,是一个非常有意义的问题这不仅是因为空间灾害天气预报的需要,还在于寻找是否存在影响近地环境的未知的物理因素由太阳和行星际结合的研究小组统计分析了1997年3月至2000年12月期间132个晕状(halo)CMEs的对地有效性,发现仅45%的CME引起地球上的地磁暴,但对的强地磁暴几乎全部与对地日冕物质抛射有关发现影响近地环境的晕状CMEs的日面初发位置呈现东西不对称性,其源区分布总体向西偏斜,分析得到这与CMEs在行星际空间中运行的快慢及与太阳风的相互作用有__,从而为理解和预报日冕物质抛射的对地有效性提供了依据(Wangetal.2002)找到了行星际激波穿入磁云的观测证据,并对其物理过程开展了理论分析激波进入磁云将导致磁云中行星际磁场南向分量的增强,并伴有大地磁暴,这也是导致大或特大地磁暴发生的行星际起因之一
4.11地球磁层亚暴与磁暴物理关系的原创性研究亚暴与磁暴是最重要的磁层空间灾害性__,它们的关系是磁层动力学的一个非常重要而尚未解决的问题过去的研究工作大多集中于对亚暴活动指数与磁暴活动指数关系的统计分析沈超等
(2002)突破了国外研究者在亚暴活动指数与磁暴活动指数关系研究过程中所采用的统计分析方法,首次通过理论分析导出亚暴活动指数与磁暴活动指数的物理关系式,阐明了注入函数与亚暴活动指数既具有线性关系又具有非线性关系的物理原因本项研究成果揭示了亚暴与磁暴之间存在的密切的物理关系研究发现,亚暴对磁暴的发生具有重要贡献,但是磁暴并不是亚暴系列的简单叠加,暴时电场对环电流离子的绝热加热效应是产生强磁暴的必要条件本项研究也证明等离子体片能量密度对注入函数和磁暴活动强度具有重要影响上述创新性的研究成果对于人们认识亚暴与磁暴的物理关系具有重要的理论意义,为国际学术界所承认和引述
4.12建立了中高层大气光化学-动力学耦合的大气波动模式徐寄遥等人2003建立了时变的二维中高层大气光化学-动力学耦合的大气波动模式;提出了光化学诱发中层顶区大气波动的不稳定随着背景变化而改变的机制;指出稳定传播的大气重力波扰动可以影响大气化学成分的平均分布,这一结果修正了过去的只有在大气波动破碎产生湍流后才可对大气化学成分的分布产生影响的经典理论;利用EEA方法研究了钠层光化学系统对大气扰动响应的特征时间常数,得出了与观测一致的结果,并且指出了经典理论的不足以及适用范围提出了探测夜间全球钠层分布的卫星遥感新方法国际同行指出,“徐等人发现了背景扩散可以减弱光化学诱发波动不稳定”,“探讨了光化学对重力波的作用以及被原子氧的加强的效应”,“徐等人给出了一种计算钠层光化学时间常数的特征值方法”
4.13得到新的太阳活动整体行为长周期演化规律这一研究包括南北半球不对称性、高纬度的太阳活动现象和扩展的太阳周行为等重要方面根据太阳第12到22活动周的__观测数据,计算了太阳几个主要活动现象在南北半球的分布概率,明确了各太阳活动周太阳活动水平占优势的半球,发现了太阳活动南北不对称性存在一个长时间尺度的周期性变化特性(Lietal.2002a);发现从太阳的赤道到南北两极,纬度越高,活动暗条发生得越早在高纬度(大于50度)的暗条活动周期领先于低纬度(小于40度)活动暗条和黑子相对数周期4年(Lietal.2002b)这一规律对理解太阳发电机过程和太阳__活动预报有重要意义在太阳__活动的研究中项目组提出的一个新的表征参数,“黑子单位__”(SUA)在描述太阳活动的长周期行为中不再出现太阳活动奇偶周和活动周幅度偏低引起的表观效应
4.14对日冕物质抛射理论的创新集成研究张枚与刘文才合作在最高层次的Ann.Rev.Astron.Astrophys.发表综述文章(ZhangLow,2005),系统讨论了CME成因,CME在太阳总体磁场反转和太阳周运行中的重要性__在总结CME的观测结果和理论进展的基础上作创新集成,从电磁流体力学的角度论证了日冕物质抛射是不断的磁流浮现和磁螺度守恒的必然结果,为从总体上理解CME产生机制提供了理性思考
5、项目实施效果(研究成果的原创性和科学价值、对学科发展的推动作用及国际影响)
5.1在太阳和空间科学一些学科基本问题上的重大突破性进展自著名物理学家Parker于1958年预言太阳风并为人类第一代人造卫星观测证实以来,太阳风___一直是空间科学中的一个基本问题,作为恒星和星系中的普遍存在的现象得到广泛的__,取得了重要的研究成果但是,太阳风从哪里起源,其内边界在哪,在怎样的磁场位型中产生,等离子体来源何在,以往的一维磁流管模型是否合理?都是未解决的科学问题涂传诒等(SCIEN__《科学》__308卷519-523页2005年)联合分析了SOHO飞船上搭载的SUMER/MDI/EIT仪器的数据,得到了新的太阳风起源的证据,提出了基于观测证据的太阳风起源的三维模型按照这一模型,快速太阳风起源于日冕磁场漏斗状磁结构的开放磁力线区,对应着辐射高度为两万公里(20Mm)的Ne7+离子的外流速度较大(超过7km/s)的区域;在漏斗状磁结构的边界,单极的开放的漏斗状磁结构受临近太阳混合极性区低位双极磁环的限制,并与其相互作用,由此获得太阳风被加速的能量和等离子体源这是第一个定量得到太阳风被加速的高度和磁场位型、并唯像地给出磁能和等离子体来源的太阳风模型这一结果立即在欧洲和美国宇航局等相关网页得到报道,论文发表以来已得到多次国际同行的引述全面估计其学术影响尚为时太早
5.2对重大前沿课题的开拓性创新研究日冕物质抛射CME作为日地空间灾害天气的主要驱动源近年得到学术界普遍的__在欧美SOHO卫星观测前的近30年的研究中,对日冕物质抛射的理解几乎完全依赖日冕仪的太阳边缘观测,对其在可见日面的源区一无所知,主要成果也集中在发生在太阳边缘的__,形成所谓“三分量”的结构模型项目组注意到空间观测手段的扩展、即紫外和软X-射线成像观测,已使证认CME日面可识别特征成为可能考虑到我国学者在太阳磁场观测研究中的科学积累,项目组把系统证认CME初发的日面源区和导致CME初发的向量磁场演化作为主攻点,把注意力集中在发生在可见日面对对地日冕物质抛射上,在这一所知甚少的领域艰苦努力,推动了国内外的CME研究项目组构筑了本次太阳周对地日冕物质抛射及相关日面活动的完整的样本,在国际上发表了第一个CME与表面磁活动强相关的统计结果(Zhouetal.2003)项目组认为,作为大尺度和全球尺度的太阳活动现象,必须找到其孕育和发展的大尺度源区,单从活动区尺度是无法理解CME的他们对CME大尺度源区的磁场结构作了系统研究并给出了国际上第一个分类Zhouetal.2005在四类大尺度源区中,有三类是项目组成员在国际上首次描述的这一分类的样本按Astron.Astrophys.主编___将在线与论文同时发表AA审稿人认为“这是一个重要的课题,至今没有人做过系统的努力这一工作做的很细致,结果很有意义,当然值得发表”在项目启动前的1998和1999年,我国学者从未在审稿__上发表有关CME的研究论文从2000年以来,论文数迅速增加,从2002年-2005年,我国学者在审稿__上发表的有关CME的论文平均已经占国际总审稿__论文数的10%以上绝大多数论文是项目组成员完成的张枚与Low合作,应邀在国际最高水平的综述__Ann.Rev.Astron.Astrophys.上发表关于日冕物质抛射磁流体力学性质的评述论文这是中国学者第一次在这一最权威的综述__发表论文汪景琇应IAU太阳活动委员会Commission10的要求,撰写近三年(2003-2005)关于日冕物质抛射研究研究进展的报告,将作为Commission10的报告的一部分为IAU正式出版
5.3提出国际上占有主流地位的理论模型和方法__以来,我国学者在理论模型研究中相对薄弱,没有足够的发言权,很少有中国学者的工作作为主流的模型为国际学术界所承认我们在太阳物理等观测研究中曾取得显著的成绩,但在理论上仍显单薄项目组首席科学家和专家委员会一开始就把发展有影响的唯像、数值和定量的物理理论作为一个最重要的努力方向四年多来,在高速太阳风理论、日冕磁绳灾变理论、非线性无力磁场理论计算、日冕物质抛射理论、地球磁层亚暴和磁暴理论模型、中高层大气模型研究等多个方面,已取得了重要的进展,产生了显著的国际影响基于国内外的观测发现,陈鹏飞及合__Shibata发展了新浮现磁流触发日冕物质抛射的磁流体力学模型,这一模型采用多极磁位型并引入磁绳结构,由详细的磁流体力学模型再现了与新浮磁流相关的小尺度磁重联触发日冕大尺度磁重联的物理过程,再现了耀斑、CME和两类II型射电暴等观测现象权威学者Gopalswamy把“陈和Shibata”模型,与平衡丧失、“磁暴裂”,磁绳浮现和爆发等模型并列为日冕物质抛射初发的主流模型之一这一工作得到广泛的国际引述Shibata本人又把国际上主要的CME模型,包括陈和Shibata的“新浮磁流触发”、Kusano的“螺度湮灭”、Antiochos等的“磁暴裂”、MooreRoumeliotisde“TetherCutting”模型都归类为汪和史最早提出的“两阶段磁重联”模型近年CME研究的一个重大成就,是发现了与之相__的日冕EUV波然而对这一新发现的解释成为学术界讨论的热点陈鹏飞及合__发表关于“日冕EIT波完整观念”等数值模拟研究,把日冕EUV波和日冕物质抛射中磁力线被打开的过程__起来,批评了关于日冕EUV波是快磁声波的理论太阳紫外观测研究的著名学者Moore、Harra和Sterling等由空间观测证实了陈等的理论,指出观测与陈等的数值模拟全面的符合在这一重大的问题上,中国学者独创性的提出完整的新概念,并为国际学术界承认
5.4在国际相关领域活跃的学术__工作和显著的学术影响创新性的研究工作提高了我国学者的国际学术地位一些项目组专家委员会和课题成员在国际学术界开始成为活跃的__者和带头人在相当程度上推动了国际学术研究和学术活动的开展
(1)在项目执行期间,项目组成员在国际学术__和刊物担任了重要职务方成被选为国际天为联合会副__;汪景琇、甘为群被选为IAU第10和12委员会的__委员;濮祖荫、胡有秋、王水先后担任国际空间和地球科学权威__JournalofGeophysicalResearch副主编;方成、汪景琇被选为国际太阳和空间物理权威刊物SolarPhysics编委、SCI核心刊物ChineseJournalofAstronomyandAstrophysics主编;张洪起、丁明德、王华宁分别被选为IAU太阳数据工作委员会、日食工作委员会委员和空间天气工作委员会委员;汪景琇被英国著名学府UniversityCollegeLondon聘为荣誉教授(
2005.3-
2010.3)在项目执行期间有这么多成员担任重要国际学术职务,这是他们多年的学术积累和奉献的结果,也是项目取得的学术成绩影响程度的一个标志
(2)在项目执行期间,项目组成员在重要国际会议中作了77多次大会特邀报告,开始在一些重要的研究领域有了发言权项目组成员在重要的国际会议上(不包括双边国际会议)作了77次大会特邀报告这些会议包括IAUSymposiumCospar科学大会的sessionsIAU和国际地球物理联合会的亚洲和太平洋地区大会、欧空局、美国地球物理学会等重要会议项目组仅在IAU和Cospar编号学术会议上的大会特邀报告就多达16次汪景琇应邀在__圣彼得堡召开的IAUSymp.223作以“太阳活动区磁场”为主题的大会开场报告
(3)项目组成员积极参与国际学术合作和学术研究的__工作对自19__年以来最重大的太阳活动和空间天气__(俗称Bastille__)汪景琇建议在权威刊物SolarPhysics__以Bastille__研究为主题的的专卷,集中发表关于Bastille__从太阳表面到行星际、磁层,直至外日球的系统性和原创性研究成果,得到国际学术界的热烈响应,推动了国际上对空间灾害__多学科的联合研究这一SolarPhysics主题卷发表的论文,被认为“展示了一个杰出和可能是唯一的空间天气研究的范例,包括从太阳表面到向日冕和行星际的抛射,直到其对地球环境和外日球的效应”主题卷中29篇论文包括了项目组成员论文5篇在这一973项目的支持下,我们成功地在北京__了以“日冕和恒星物质抛射”抛射为主题的IAUSymposium226项目组成员担任了科学委员会联合__、地区委员会__和会议文集的联合主编这是在IAU框架下最高层次的学术会议,也是第一次以“日冕和恒星物质抛射“为主题的IAU编号学术会议会议总结和讨论了CME研究的最新成就,促进了国内外对日冕物质抛射的研究会议文集已由剑桥大学出版社出版,所有论文收入SCI.由SOC联合__汪景琇建议,会议还确立了一个“会议参加者共享荣誉和责任的原则”,这一原则保证SOC外的会议参加者有更多的机会做大会特邀报告,并保证会议的SOC成员和特邀报告者有广泛的地区代表性汪景琇把基于我国先圣孔子思想的这一原则写入文集序言这一原则已对其他IAUSymposia如何筛选特邀报告人产生了影响中国学者不仅实质性的参与学术__,还创立了良好学术活动的规范作为联合__,项目组成员先后__两次中法、一次中韩、中印合作会议项目组成员在国际合作中,表现出很高的学术水平和良好的学术素养,为各国学者所尊重
5.5为实现国家目标、特别是载人__事业做出了重要贡献专家委员会明确意识到,这是一个有明确国家目标的研究计划,必须以实现我国有效的空间天气预报为目标,必须在国家目标下发挥科学家的自主创新能力和探索精神,必须发展为国家经济发展、__技术和____服务的空间天气预报方法和理论项目组把相关研究成果努力用于为神舟5号、6号等载人__空间安全的预报服务工作在为神舟5号的预报服务中,项目组龚建村和刘四清充分考虑长寿命冕洞对地磁暴的影响,利用自己对太阳质子__预报研究的积累,估计最大可能的地磁暴和高能粒子流量,为神舟5号飞行的空间安全做出了重要贡献龚建村被国家授予特别贡献奖,刘四清被授予贡献奖,深层次的学术研究是考虑国家天气事业发展的基础在学术研究的基础上,中国科学家应当思考和回答国家天气事业发展的战略问题项目组__了以“中国国家空间天气计划”为主题的研讨会,在会议简报中提出了在国家层面__国家空间天气计划的建议最近项目组再次__关于制定国家空间天气实施计划的研讨,完成了拟呈报国家科技部的建议,作为发展国家空间天气事业的战略的科学论证的基础
5.6为我国空间科学探测形成了新的创新性方案项目的原创性科学研究为我国空间科学探测作了重要的科学积累,孕育了我国下一代空间科学探测的新概念项目专家组和课题成员为我国地球“双星计划”的立项和运行做出了重要的贡献项目成员濮祖荫、沈超等成为双星数据分析的骨干力量,取得了关于磁层分量磁重连等重要成果(Puetal.205)项目组专家组和课题组成员为我国空间太阳望远镜的科学目标的凝练和论证作了主要贡献随着项目的深入,项目组成员涂传诒又创造性地提出了在日地拉格朗日(L1)点和地球极地轨道监测太阳剧烈活动和空间灾害天气的夸父(KuaFu)计划在这一计划中同时观测太阳活动(如日冕物质抛射)和地球磁层的磁重联过程成为一个全新的思考而由项目第二课题为主提出的中法“太阳小卫星探测计划(__ESE)”充分反映了这一课题研究的优势,把同时观测两类最重要的太阳活动现象—耀斑和日冕物质抛射、研究它们之间的关系作为直接的科学目标这两个空间项目一经提出就得到了国际同行的强烈反响,已经把这两个项目列入国际“与星同在计划”经国防科工委__的专家__,这两个项目已列入我国民用__
11.5预研计划项目实现了立项伊始确立的为我国21世纪空间探测提供新思路和新概念的目标
5.7推动了天文、空间和地球科学跨学科的合作研究项目实施四年多来,实质性地推动了天文、空间和地球科学跨学科的合作研究从太阳对流层底部直到地球中层和热层大气的广袤范围,成为一个互相__的整体和包含大量共同物理问题的实验室项目专家组把推动跨学科的研究作为最重要的努力方向之一,把培养能在交叉学科领域进行创新研究的人才作为人才培养的一个重要目标在推动国内外空间天气领域跨学科研究方面取得了重大的进步项目的一些重要进展体现了多学科交叉研究的成果例如,在太阳风起源研究上的重大突破主要是空间物理学的成就,然而太阳学者在网络和网络内小尺度磁场研究中的积累为此提供了有益的贡献空间科学的进展,特别是关于空间灾害性天气的成因的研究为太阳物理学者提出了新的课题“日冕物质抛射的对地影响有效性研究”,成为太阳物理学者__的一个焦点项目组完成的对重大太阳活动__--Halloween__的行星际和地球空间效应的研究(Wangetal.2005)是太阳光学、射电、行星际物理多学科合作的成果
6、项目在人才培养、__建设、__管理、国际合作、数据共享等方面的情况
6.1人才培养项目成员包括了国内一批最优秀的、有开阔的学术视野、锐进的创新精神的高水准的研究队伍
(1)项目首席科学家和专家组着意培养在国际学术前沿活跃的学科带头人我们把已经取得一些重要学术成就的青年学者推荐到重要国际学术__任职和到重大学术会议参与学术__和做大会特邀报告项目组在IAUComission和工作委员会任职的四名青年学术骨干都是由项目首席科学家在近几年推荐的,还有四名青年学者先后被推荐到IAU最高层次的编号学术会议(Symposia)作大会特邀报告这些青年学者通过在国际高层面的学术活动和学术__工作,开阔了学术视野,与国际一流学者交了朋友,增长了对学科发展和学术__的知识和理解,为他们成为国际一流的学科带头人创造了条件
(2)项目组为国内相关学科发展培养了领军人物以国家天文台天文学科创新群体为例,在现任的40多位首席科学家中有9位是本项目组成员,约占总首席科学家总数的1/5他们成为一个学科方向的学术__者,为中国科学院天文学科的发展做出了重要贡献
(3)项目组通过联合数据分析和合作研究等学术活动,通过不同学科组交换和联合培养研究生、聘请其他学科的成员作系统讲座,着力培养跨学科的学术带头人和能在交叉学科工作的学术骨干项目组已经培养了一些跨学科的人才最近刚刚获得国际杰出青年基金的科大空间和地球科学系的汪毓明__,按照导师的要求曾到国家天文台接受联合培养和合作,在太阳物理和空间物理合作领域都取得了显著的成绩
(3)项目组培养了一百多名的硕士、__研究生和十多名__后有三名__研究生学位论文获全国优秀__论文,两篇获得中国科学院优秀__论文11名青年学者获国家杰出青年基金和“____”支持多名青年学者获中国天文学会“纪念成中杰奖”一人获“载人__工程突出贡献奖”,一人获“中国科学院十大杰出妇女”提名奖
6.2__建设项目高度重视观测__的建设,专门支持了具有重要学术价值的1米近红外太阳塔和双波长激光雷达的研制一米红外太阳塔是在国际LEST计划停止后,我国__设计和研制的大型太阳物理观测设备,同时也是空间太阳望远镜的地面配套设备,是目前世界上最大的对称光路真空太阳塔作为973大型仪器专项,其科学目标为在
0.3~
2.5微米波段对太阳进行高分辨率成像和光谱观测(包括测量太阳磁场的精细结构、高时空分辨率的演化过程)立项以来,经过项目组的努力工作,目前厂内装调已经完成,即将运往云南抚仙湖老鹰地址点__调试2005年9月15日,验收专家组在南京对项目进行了现场验收为保持中国太阳物理发展的后劲,项目组勘选出了“目前国内太阳观测点中首屈一指的,视宁度等部分指标可与国际上最优秀的同类台址媲美”的澄江老鹰地台址该项选址成果及方法获云南自然科学二等奖,视宁度测量设备获国家发明专利(公示中);所研制的视宁度测量设备被选为美国4米ATST选址的主要视宁度测量仪双波长高空探测激光雷达研制中解决了二次倍频余光复用、双光纤焦面分光、高空收发整机联调等关键技术,从而将瑞利散射和钠层荧光两种机制融入一台激光雷达中,首次实现了两段高度的同时探测,扩展了探测范围其技术方案先进、可行,具有自主知识产权;研制成功的双波长高空探测激光雷达的主要技术指标和探测能力均已达到预定的研制目标,初步试运行的结果表明,该双波长高空探测激光雷达运行可靠,性能良好,为中高层大气的探测研究提供了一种更为有效的手段太阳磁场演化和磁通量输出课题组把建设好怀柔太阳物理实测__作为自己的一项重要任务;在地磁、电离层等实测领域,在探测手段的发展、观测规范、仪器定标等方面都作了系统努力在项目的支持下,在理论和数值模拟研究中,一些有影响的研究__已初步形成并开始产生系统的研究成果有代表性的是方成院士指导下的太阳耀斑研究为重点的辐射磁流体力学研究组和王水院士指导下的科大等离子体物理和数值模拟研究实验室
6.3__管理项目依托单位、首席科学家、专家组、课题负责人和项目管理办公室严格执行“国家重点基础研究发展规划项目暂行办法”、“国家基础研究专项经费管理办法”、“国家重点基础研究专项财务管理办法及补充规定”等,保证了项目的顺利完成首席科学家和专家组对学科发展有高度的敏感和深刻的见地,本身就是活跃在学术前沿的研究人员,对国内外、特别是国际前沿领域的研究现状有充分的了解,把在太阳剧烈活动和空间灾害天气研究中的基本科学问题作为主攻的研究方向,把构筑完整日地空间天气__子样并取得规律性认识和建立新的唯象、经验和半经验、数值和理论模型作为重点,把与国际一流学术集团和学者的合作和交流作为重要途径,主要是加强学术管理,特别是做好两件事开好每年一次的学术年会和对选择的重大空间天气__做跨学科联合数据分析在2003年10-11月的重大太阳风暴和空间灾害__,Halloween__发生后,项目组立即__有关课题组对我国地面观测资料进行综合分析,在2003年12月率先在国际上发表了对导致Halloween__的太阳超级活动区的研究(Zhangetal.2003ChineseJ.Astron.Astrophys.);项目组在2004年一月__60多位研究人员和研究生对__发生的太阳活动区磁场结构和演化、耀斑和日冕物质抛射的初发过程及其在光学、射电、软X-ray、紫外等多波段的表现、行星际相应、磁层和电离层效应等多层次多方面的数据作了系统的收集、整理和跨学科的联合分析,__了十几个有重要意义的课题和合作研究小组有的小组又多次__进一步合作研究,多篇研究论文已经发表和被接受项目组还注意这一活跃领域的国际研究动向,__对我国空间天气事业发展战略的讨论由项目第8课题组建立了sinosun电子网络,对重大空间天气__和重要研究动向及时进行交流和讨论
6.4国际合作
(1)与国际一流研究机构和研究群体的__和稳定的合作是项目组进行国际合作的主要方式项目组有__国际合作的基础,已与许多国际一流机构有良好的合作关希这些稳定的合作伙伴有美国哈佛史密松天体物理中心、大熊湖太阳天文台、美国国家大气研究中心,美国高山天文台,Alaba__大学空间等离子体研究中心、德国马普太阳系研究所、德国马普研究所地学研究中心、__京都大学、__国立天文台、英国莫拉德空间实验室、法国墨东天文台、___科学院日地物理研究所、澳大利亚Adelaide大学等研究机构与这些研究机构和群体的合作包括互派学者、交换研究生、联合资料分析和合作研究最近,英国莫拉德空间实验室主任和副主任都曾到项目有关课题讲学和短期工作
(2)__双边学术会议,定期进行学术交流,如中法、中韩、和即将召开的中印合作会议中印的合作会议将促进两国科学家的交流,对我国在理论研究和日震等领域的学科发展有积极的促进作用中法小卫星计划(__ESE)就是双边__合作的基础
(3)参与重要国际会议和国际合作研究的__和协调工作,不但将增加我国学者的国际影响,还将广泛接触国际一流学者,为发展深层次的国际合作奠定基础项目成员多次担任IAU编号学术会议的SOC成员在即将召开的Cospar科学大会中方成、张洪起、甘为群、涂传诒、汪景琇等多位项目成员将作为不同科学Session的主要或执行__者
6.5数据共享太阳物理学在国际范围内的数据共享已经实现空间和地球科学的国际数据共享也已初步实现在项目组和相关学术研究中,专家组强调
(1)数据和资源的共享,
(2)科学数据潜力的充分和有效的发掘,
(3)大范围和高层次的科学合作四年多来怀柔太阳观测__取得了1186个太阳活动区的向量磁场观测资料,全部对国内外研究人员开放依据这些向量磁场观测,已在国际SCI刊物发表120多篇研究论文第二课题组太阳光谱仪的课题观测资料和界面友好的处理软件、第三课题组的射电动态频谱数据、第四课题的对地CME的完整样本均对国内外同行开放对2003年10月太阳活动的异常爆发,积极__多个子课题的同行进行资料交流和联合数据分析,召开了多次小型专题研讨会,已经形成若干重要研究成果由项目成员参与的的神舟-2号飞船空间天文分系统,共获得约十个太阳伽玛射线暴的观测资料,已提供给国内外同行,利用这些观测结果的由巴西、美国、__同行和项目成员合作的论文已经在ApJ上发表磁层物理观测中双星——CLUSTER资料交换和共享、INTER__GNET(全球地磁台网)资料交换和共享、国际5条子午台链和中国子午链台站资料交换和共享都已实现;电离层观测中收集整理的武汉电离层观测站的45年的电离层垂直观测数据,11年的法拉第TEC数据,亚洲大洋洲扇区9年GPS-TEC数据,5年激光雷达数据和4年流星雷达数据,在地质与地球物理研究所建立美国MillstoneHill非相干散射雷达数据镜像站数据都已实现数据共享
7、经费使用情况本项目到位专项经费共计
2288.7万元其中人员费支出为
178.0万元,设备购置含研制费为
583.8万元,国际合作费为
294.6万元,其他相关费用(包括材料费、燃料动力费、差旅费、论文版面费、__会议开支以及非项目成员专家津贴等)为
1020.8万元;此外,各项目承担单位按规定提取的管理费为
113.6万元以上合计支出共计
2190.8万元整个项目预留专项经费20万元将主要用于项目结题验收和学术研讨等必须的开支,以及对本项目计划中的待出版专著等出版费用除项目专项经费外,各项目承担单位为本项目提供的匹配经费合计约为1371万元,课题组成员从其他经费渠道获得资助约为
81.4万元,总计约
1452.4万元,均用于项目研究的有关开支经本次项目结题检查,各课题组对专项经费的使用上符合科技部的有关规定和每个课题的分项目预算计划由于项目实际被批准是在2001年10月,各课题尚有少量经费将用于待付版面费和课题结题阶段的学术总结和研讨项目首席负责的项目经费用于项目总部的有关开支,如项目__的各类会议费用以及非项目成员专家的津贴和出差费用等;这部分经费均归入第四课题组列支
8、课题验收情况(包括课题验收工作总结、课题验收专家组__、各课题验收专家组意见及评议结果复印件)
8.1课题验收工作总结根据国家科技部司发函(国科基函[2005]13号)文件精神,中科院国家天文台商项目依托单位中科院基础研究局,制定了"太阳剧烈活动和空间灾害天气"973项目的课题结题验收方案,报科技部基础司批复后,于2005年9月22-23日在中关村外专____了课题结题验收会验收专家组由科技部973领域专家顾问成员林泉、艾国祥、项目专家组成员郝晋新、刘振兴,同行专家姚振兴、张柏荣、尤建圻,保宗悌、乔国俊、于晟,管理专家汲陪文、董国轩、王宜、邵力勤和项目首席科学家汪景琇等15人组成(__附后)刘振兴因在国外,未能到会,实际到会14人(__附后)科技部基础司973项目处有关负责人代表项目管理部门出席了验收会 课题验收组专家全面听取各课题负责人及学术骨干的汇报,并审议课题结题总结报告,对各课题计划任务完成情况、研究成果的水平、创新性、国际影响和对学科的推动、课题对项目总体目标的贡献、研究队伍创新能力、人才培养情况以及数据共享与数据交换、技术资料归档情况、经费使用情况等进行了充分的讨论,并作出了相应评价根据各验收专家组成员的评议结果(附后),形成了对各课题的验收意见(附后)
8.2课题验收专家组__姓名单位职务/职称联络__E-__il备注林泉国家科技部邵力勤国家科技部司长艾国祥中科院国家天文台院士64888701aigx@sun
10.bao.ac.cn汲培文基金委数理学部副主任62327184jipw@nsfc.gov.cn董国轩基金委数理学部天文处处长623271__donggx@rose.gov.cn于晟基金委日地物理科学部处长62327160王宜中科院国家天文台副台长64888704wangyi@bao.ac.cn郝晋新中科院基础局处长68597346hjx@cashq.ac.cn刘振兴中科院空间科学与研究中心院士62582765liu@sun
20.cssar.ac.cn姚振兴中科院地质与地球物理研究所院士张柏荣国家天文台云南天文台研究员尤建圻中科院紫金山天文台研究员乔国俊北京大学教授627___33gjn@pkn.edu.en保宗悌暨南大学教授汪景琇中科院国家天文台研究员64888720wangjx@bao.ac.cn组长
8.3各课题验收专家组意见及评议结果课题验收专家组意见表项目名称太阳剧烈活动与空间灾害天气课题名称太阳磁场演化和磁通量输出课题编号G2000078401得分
93.7在认真审议课题总结报告、全面听取各课题负责人及学术骨干汇报的基础上,对以__面提出具体、明确的评价意见计划任务完成情况;课题组在观测、理论分析、仪器设备发展等方面较好地完成了原定任务,并有所扩展对学科发展的推动作用、国际影响以及研究成果的原创性和科学价值;课题组利用世界上著名的太阳矢量磁场观测和研究中心——怀柔的磁场望远镜等,在太阳磁场等方面获取大量的数据,取得了新的发现,提出了新的观点,受到国际同行的好评和引用为推动太阳磁场研究发展起到基础性作用的观测数据被国内外科学家所利用取得的主要成果有
(1)、首次仔细观测分析和研究了太阳活动区和宁静区色球磁场的精细结构;
(2)、首次揭示了磁剪切、磁梯度、磁电流和螺度的内在有机__概念被用于活动区磁场的非势特征与太阳耀斑—日冕物质抛射活动区的研究;
(3)、发现太阳活动区磁场缠绕(twist)和扭曲(writhe)的反号统计特征和电流螺度的太阳周变化规律统计结果显示反常手征性的偶极活动区和在这些活动区常常发生的M级以上X射线耀斑倾向于出现在日面特殊经度带上;
(4)、发现由新浮磁流注入的螺度符号与原活动区的螺度符号相反的核心作用,提出太阳磁螺度与太阳发电机过程的内在__;
(5)、设计研制了世界上首台太阳差分像运动视宁度测量仪;
(6)、红外太阳塔取得重要进展,设计并研制了世界上最大口径的对称光路真空太阳望远镜目前,太阳塔已在南京完成厂内组装,机电指标达到要求,将运往抚仙湖址点进行现场__和调试研究队伍创新能力及人才培养情况;该课题主要由中青年科技人员构成,已取得的研究进展和今后工作的设想表明其有较强的研究能力和潜在的创新能力共培养__后2人,__14人,硕士生23人,引进____1人(获科学院择优支持)存在的主要问题;加强和其它课题组的合作,加强课题研究成果的集成和总结,继续努力做好设备研制工作,为太阳第24活动峰年的观测和研究做好准备项目首席科学家(签字)2005年9月23日课题验收专家组意见表(重要科学前沿项目)项目名称太阳剧烈活动与空间灾害天气课题名称耀斑时空结构和能量输出课题编号G2000078402得分
96.2在认真审议课题总结报告、全面听取各课题负责人及学术骨干汇报的基础上,对以__面提出具体、明确的评价意见计划任务完成情况;对学科发展的推动作用及国际影响;研究成果的原创性和科学价值;研究队伍创新能力及人才培养情况;存在的主要问题本课题按计划任务书要求出色地完成了设定的任务,取得了重要进展5年累计发表SCIE论文99篇(含已接受),其中在国际上最核心的4种__上发表原创性论文42篇,其中33篇论文被他引150余篇次出版专著一部,主编两部国际会议论文集,获得国家科技进步奖二等奖1项,___提名国家自然科学奖一等奖和江苏省科技进步奖一等奖各1项,在学科领域做出了显著的贡献特别值得提出的是,课题组推动了中法合作“太阳爆发探测小卫星”(__ESE)的预研和立项,取得了一批国际上少有的耀斑多波段光谱资料在课题研究上取得了一系列重要的原创性成果,特别是提出了磁流浮现触发耀斑和日冕物质抛射的模型,成为国际上主流模型之一;提出了解释日冕EUV波的全新思想,为空间日冕远紫外光谱观测所证实,受到重视和引用;在Hα偏振观测与太阳高能粒子诊断、在近红外谱线的non-LTE理论计算和白光耀斑的辐射机制等方面也有创新发现本子课题在研究中培养了一批优秀的年青骨干,以成为该领域的学科带头人课题组有两人得到国家杰出青年基金资助,一人获得中科院____支持,一人获2002年度全国优秀__论文奖,2人分别获得2003和2005年度江苏省五四青年奖章所有这些表明本子课题已圆满地完成了任务书的规定,成绩较突出,建议予以结题验收项目首席科学家(签字)2005年9月23日课题验收专家组意见表(重要科学前沿项目)项目名称太阳剧烈活动与空间灾害天气课题名称太阳高能粒子___和输出课题编号G2000078403得分
90.7在认真审议课题总结报告、全面听取各课题负责人及学术骨干汇报的基础上,对以__面提出具体、明确的评价意见本课题围绕粒子加速的本源——日冕磁场的诊断、高能粒子参数的诊断、粒子加速的时间和位置、粒子加速机制和高能粒子传输过程等五个方面,结合具有国际先进水平的我国太阳射电宽带动态频谱仪数据和国内外其它观测资料,在课题进行过程中完成SCI核心论文101篇,2部学术专著,其中25篇论文得到80余次的SCI他引,课题组成员在IAUSymp、UN/ESAWorkshop等国际学术会议上共作了20次特邀报告完成了预定的研究计划,实现了预期目标,产生了一些有影响的创新研究成果,包括对日冕磁场的重建与诊断方法研究、首次以观测数据为边界条件重建出日冕大气中的磁绳结构、在动力学阿尔芬波的耗散理论和太阳高能电子能化(加速与加热)机制的研究、在微波段系统观测到的斑马纹结构与其辐射机制的研究,提出在硬X射线观测中心必须考虑光球反射的作用等原创性成果,在历年的国际“天体物理2000”至“天体物理2004”年评中得到评述,关于日冕磁场重建的系列研究成果已被美国学者单列一节收进2004年由Springer出版的《Physicsofthesolarcorona》___;美日“阳光”卫星项目《每周科学评论》对本课题在微波段观测到的最复杂的斑马纹结构发表评论,这是它唯一一次以中国设备观测结果为基础发表的评论在国际上产生一定的影响,推动了国内该学科的发展在课题进行过程中,锻炼和凝聚了具有创新能力的研究队伍,有2人分别获得2002年和2004年国家杰出青年基金,1人获2004年中科院____,培养了大量的__和硕士研究生国际合作积极活跃,与多方合作伙伴产生了实质性研究成果本课题负责的太阳射电宽带动态频谱仪获2002年北京市科学技术一等奖,作为主要完成者参加的“行星际扰动传播研究”工作在项目进行期间获得2001年中科院自然科学一等奖和2002年度国家自然科学二等奖项目首席科学家(签字)2005年9月23日课题验收专家组意见表(重要科学前沿项目)项目名称太阳剧烈活动与空间灾害天气课题名称日冕物质抛射___和磁化等离子体输出课题编号G2000078404得分
95.1在认真审议课题总结报告、全面听取各课题负责人及学术骨干汇报的基础上,对以__面提出具体、明确的评价意见本课题研究集中于CME、太阳爆发活动和磁场结构等太阳物理前沿课题,全面完成任务计划,取得了一系列重要原创成果__和主持IAU第226次学术大会,为天文界最高水平的综述__AnnualReviewAstron.Astrophys.撰写CME方面的评述文章,产生了重要的国际影响在重要国际学术会议作大会特邀报告14次,其中IAU和COSPAR空间合作委员会编号学术会议特邀报告8篇;共发表学术论文178篇,其中SCI刊物论文147篇,SCIE论文8篇,发表在天体物理和空间物理学领域国际一流学术刊物(Astrophys.J.Astron.Astrophys.Mon.Not.Roy.Astron.Soc.SolarPhys.J.Geophys.Res.)上的论文82篇四年内发表的论文得到SCI他人引用126次主要的原创性成果体现在建立了太阳活动第23周完整的对地CME的样本,系统地分析了其在日面的可观测特征,由此确定了日冕物质抛射和表面磁活动的相关关系;首次完成对日冕物质抛射的大尺度源区的磁场分类;发现磁对消和活动区螺度图样与CME之间的密切关系;发展了日冕磁绳的灾变模型,定量的得到磁绳发生灾变的能域,揭示了复杂磁场拓扑结构对日冕磁绳灾变起着关键作用;把在日冕物质抛射研究中有重要意义的Aly-Sturrock约束由全开放无力场__到部分开放无力场,为CME理论模型研究提供了新的基本约束;将磁场引入恒星内部物态方程和星震研究课题组成员获北京市科学技术一等奖、云南省自然科学二等奖各一次,中科院____“引进国外杰出人才”择优支持1名,培养出__后2名,__4名,硕士8名建议进一步加强课题内部的合作交流,争取将来建立中国人自己的CME方面的理论模型项目首席科学家(签字)2005年9月23日课题验收专家组意见表(重要科学前沿项目)项目名称太阳剧烈活动与空间灾害天气课题名称行星际空间对日冕物质抛射的响应过程课题编号G2000078405得分
93.9在认真审议课题总结报告、全面听取各课题负责人及学术骨干汇报的基础上,对以__面提出具体、明确的评价意见计划任务完成情况;课课题组依照任务书的研究内容,开展了深入系统的研究,取得了不少原始创新的研究成果特别对太阳风起源的研究取得了突破性进展;提出了行星际磁云边界层和多重磁云的新概念;发展了两套三维MHD数值模拟方法及其它数值计算程序5年中正式发表论文77篇(SCI论文69篇),已被国内外同行引用80余次,还获得2项国家自然科学二等奖,培养了一批青年人才,全面达到预期目标对学科发展的推动作用及国际影响;行星际空间对日冕物质抛射的响应过程是连接太阳剧烈活动与地球空间天气的重要环节本课题对该方向的重要问题开展了深入研究,并取得了一些重要的原创性的研究成果,推动了本学科研究工作的开展,产生了较大的国际影响课题组提出和发展的“夸父”计划受到国际同行的广泛__研究成果的原创性和科学价值;由观测资料首次提出了太阳风起源的确切高度,进而提出了三维太阳风物质供应模型,被认为“对了解接近源区的太阳风的性质有重要意义”行星际磁云边界层和多重磁云概念的提出和确认,对了解大地磁暴的起因有重要价值新发展的三维MHD数值程序及其它数值方法,为空间天气预报提供了可行的数值预报途径研究队伍创新能力及人才培养情况;形成了国际上有相当影响的研究团组,培养了一批优秀的青年人才存在的主要问题作为“973”大项目,可进一步__各课题对典型空间天气__,联合开展综合研究项目首席科学家(签字)2005年9月23日课题验收专家组意见表(重要科学前沿项目)项目名称太阳剧烈活动与空间灾害天气课题名称磁层空间暴和磁层对太阳__的响应课题编号G2000078406得分
86.6在认真审议课题总结报告、全面听取各课题负责人及学术骨干汇报的基础上,对以__面提出具体、明确的评价意见计划任务完成情况;本课题按计划圆满地完成了预定的各项任务在科学研究、人才培养、国际合作、资料交换和共享等方面取得了很好的成绩对学科发展的推动作用及国际影响;本课题在推动磁层物理研究、深入认识磁层空间暴方面,利用最近的卫星和地面观测资料得到了一批新的有重要意义的结果,在国际上产生了较大的影响,多次在重要国际会议上作邀请报告研究成果的原创性和科学价值;在磁暴和亚暴的物理__、不同成因电流体系的分离和诊断方面取得了原创性成果,受到学术界好评在本项目中第一次观测到与地球磁层中与磁场重联相关的3维磁场奇点研究队伍创新能力及人才培养情况;本项目培养了__硕士研究生35名,有两人获得国家基金委杰出青年基金,有2人提升为教授(研究员),一支以年青人为主的研究队伍已经形成存在的主要问题与别的课题组交流不够经常项目首席科学家(签字)2005年9月23日课题验收专家组意见表(重要科学前沿项目)项目名称太阳剧烈活动与空间灾害天气课题名称电离层暴和电离层对太阳活动的响应课题编号G2000078407得分
86.8在认真审议课题总结报告、全面听取各课题负责人及学术骨干汇报的基础上,对以__面提出具体、明确的评价意见本本课题利用综合观测、数据分析、数值模拟与理论研究方法,探讨电离层和中高层大气环境对太阳剧烈活动的响应,重点是电离层暴等电离层高度上的灾害性空间天气过程的产生机理及其能量传播耦合过程,按原计划完成了课题任务书的要求本课题在电离层暴的能量输入及对中低纬和低电离层的影响研究中取得了良好进展,建立了电离层综合观测手段,建成多种电离层及中高层大气模式,探讨了电离层对太阳活动响应的机理,达到了预期目标本课题在基础研究方面的重要成果是
(1)、在中高层大气光化学耦合模式研究中,提出了稳定传播的重力波对大气化学分布影响的机制
(2)、建立了一套利用电离层观测诊断高层大气风场的新方法,并运用在暴时风场和其它效应的分析研究上
(3)、利用国外非相干散射雷达资料研究高纬电离层与磁层和热层的耦合,取得了新的成果
(4)、在电离层探测和诊断方面,建立了比较成熟的技术,在中层大气研究方面,建立了双波长激光雷达以上工作在国际高水平学术刊物上发表,产生了较好的影响,有关工作多次被国际同行引用和正面评价本课题的研究,对推动与促进电离层与中高层大气中的空间天气与气候学基础研究具有重要意义,对我国的空间环境监测与空间天气预报具有重要价值本课题人才培养、国际交流工作成绩显著项目执行期间,1人获国家杰出青年基金资助希进一步加强与磁层、行星际及其他课题组的合作和交流项目首席科学家(签字)2005年9月28日课题验收专家组意见表(重要科学前沿项目)项目名称太阳剧烈活动与空间灾害天气课题名称空间天气预报的物理基础和方法课题编号G2000078408得分
86.9在认真审议课题总结报告、全面听取各课题负责人及学术骨干汇报的基础上,对以__面提出具体、明确的评价意见计划任务完成情况;该课题在预报的物理基础方面主要进行了太阳活动整体行为演化研究,太阳爆发__与太阳表面磁场的因果__研究,冕洞发展与地球定向效应研究,太阳活动与电离层效应研究;在预报方法研究方面主要__了太阳质子__,太阳X射线和冕洞与地磁暴等基于统计方法的预报模式,改进了太阳活动__预报模式、太阳10厘米射电流量预报模式,将神经网络、SVM等人工智能技术运用于预报模式,基本上完成了计划研究任务对学科发展的推动作用及国际影响;上述研究成果与国际上的同类研究处于相同的水平部分成果直接应用于我国载人__空间环境安全保障服务,满足了国家战略要求研究成果的原创性和科学价值;项目课题组提出的计算机自动判别磁场拓扑奇点的方法作为预测太阳爆发指标的方法是具有开创性的,为今后太阳活动预报开辟了一条新的途径在太阳活动整体行为研究和太阳风等短期预报指标方面,也提出了若干物理概念和方法,具有重要的科研价值研究队伍创新能力及人才培养情况;该课题组培养了一批从事空间天气预报研究的业务人才,重要成员在我国载人__空间环境安全保障方面受到有关部门的嘉奖存在的主要问题本本课题的具体研究目标应适当界定,本课题与具体的“空间灾害天气”预报执行单位的分工应进一步明确,均以有限目标为宜项目首席科学家(签字)2005年9月23日
9、存在的主要问题
(1)项目组成员来自天文、空间物理和地球物理多个学科10个研究单位,研究队伍相对分散,给学术__和管理工作带来一定的困难许多成员都是各单位的学术骨干,承担的科研项目比较多,有的担任各种学术__职务,工作时间非常紧,又大多无行政和财务管理方面的经验这使课题和项目的申报、总结、检查和结题验收工作常显得很匆忙,材料的申报和呈送显得繁杂和无法做到及时
(2)作为多学科合作和交叉的项目,深层次的合作是一个最重要的又是最困难的任务项目组作了大量和艰苦的努力,但仍有进一步加强的必要首先,培养跨学科的优秀人才需要从研究生培养抓起,需要从基础性研究课题作起其次,真正的科学上的合作取决于科学家在切磋和磨砺中的相互理解和友谊短短的4-5年在学科交叉和合作上只能是初初起步,系统地解决跨学科的关于空间灾害天气的成因和预报这一难题还需要至少另一个五年
(3)项目尚未找到一个办法吸引国际一流学者到相关课题组工作,也还不具备能力就若干重要课题__经常性的国际小型合作研究和合作会议而事实证明,上述做法对提高项目的原创能力和取得重大成果具有决定性意义
10、项目投入统计表(表二)和项目产出统计表(表三)
11、项目首席科学家签字项目结题总结报告内容属实,呈请主管部门主持验收。