空间天气学就业前景_空间天气

1.从空间改变气候可能吗？

2.空间天气的历史研究

3.空间天气的空间天气监测

4.空间天气的全新概念

5.空间天气学的空间天气灾害

6.空间天气的空间天气建模

13.5.3.1 科学方面——对空间过程规律性的认识

地球空间环境是太阳的电磁辐射和粒子流与地球大气、地磁场相互作用而形成的一种特定的地球物理环境，它是由中高层大气、电离层、磁层、行星际空间直至太阳表面等几个互相耦合的部分组成的复杂动力学系统。太阳是这一系统主要的能量和扰动来源，也是各种空间天气过程的根本起源。认识空间过程的规律是空间物理的中心任务。

人们早就意识到空间环境是人类生存环境的重要组成部分。对变化地磁场起源于高空电流体系的猜想可以追溯到1882年斯图尔特提出的大气发电机设，40多年后阿普尔顿用电磁波反射的方法证实了电离层的存在。把地磁变化、北极光和太阳辐射联系在一起的第一位科学家是挪威人伯克兰（1867～1917），他的开创性的实验和理论研究把人们的思考带到了地球空间。

空间物理学经过半个世纪的发展，对地球空间的组成和结构有了深入的了解，对空间过程的物理机制有了基本的认识。空间天气学是空间物理和空间探测发展的新阶段，它将把人类对空间环境的知识变成促进人类社会进步的现实生产力。

13.5.3.2 航天活动方面

空间天气的重要性首先体现在航天活动方面。在日地空间运行的航天器遭遇的空间环境主要有以下几个方面。

（1）中性大气环境

当太阳紫外辐射、X射线的强度发生剧烈的变化时，高层大气的温度和密度也随之发生剧烈的变化，它导致在太阳活动高年和低年时，高层大气密度有很大的差别。太阳发生耀斑等短期变化时也同样会导致大气密度类似的变化。

（2）等离子体和低能带电粒子环境

航天器运行轨道上的等离子体主要是组成电离层的电子和离子。太阳电磁辐射的差异（太阳活动高年和低年）也导致电子密度有很大的差别。

沉降粒子是航天器轨道遇到的低能带电粒子，它是在地球磁场发生扰动时，原来被地磁场束缚的辐射带粒子的束缚条件被破坏，沿磁力线注入到高层大气，在低轨道上运行的航天器会受到它的轰击。它出现的区域很小，厚度往往只有几千米到几十千米，在极光带和极盖区出现的概率最高。因为它是伴随磁场扰动而发生的，所以在太阳活动高年遇到的机会较多。

（3）磁场环境

航天器轨道上的磁场主要是起源于地球内部的地磁场。磁场对航天器的直接影响主要是作用在航天器上的力矩，改变航天器的姿态。

地磁场中起源于空间电流体系的变化磁场部分，也是空间环境安全保障中的重要参数。

（4）高能带电粒子环境

高能带电粒子是影响航天器的重要环境参数，主要由来自太阳的太阳宇宙线，来自系的宇宙线，以及被地磁场捕获的辐射带粒子组成。在航天器轨道上，能量较高的粒子在地磁场的引导作用下集中到高纬度地区，表现出很强的区域特征。

通常只是在太阳表面发生剧烈扰动时才发射出大量高能粒子，其成分主要是质子。太阳质子的发生带有很大的随机性，并表现出很强的空间分布不均匀性和突发性。预报地球附近的太阳宇宙线强度是空间环境安全保障中的重要课题。

辐射带是由被地磁场捕获的带电粒子组成的，它们长时间地围绕地球运动，对航天器构成严重威胁。在磁场强度低于偶极子磁场的负磁异常区，如位于南大西洋的异常区，辐射带下边缘的高度比较低，在200 km左右高度上即出现辐射带粒子。在磁场强度高于偶极子磁场强度的正异常区，辐射带下边缘在1500 km以上。航天器轨道将不可避免地穿过辐射带的南大西洋异常区，因此，辐射带的高能带电粒子是影响航天器的重要环境因素。

（5）电磁辐射环境

航天器轨道上的电磁辐射环境包括太阳电磁辐射，地球和大气对太阳电磁辐射的反射，地球大气本身的电磁辐射。太阳总辐射即为太阳常数，变化很小，对空间环境的直接影响也比较小。紫外辐射、X射线和γ射线则相反，它们所占能量份额虽然较小，但强度变化大，对空间环境的直接影响大。在太阳表面发生剧烈扰动时，近紫外辐射的强度增加接近一倍，远紫外辐射强度可增加数倍，X射线则可能增加数十倍或更高。这些波长很短的电磁辐射对航天器轨道上的空间环境有很大的影响，当它们发生变化时，会引起高层大气温度和密度随之变化。

（6）流星体和空间碎片环境

流星体是宇宙空间中在太阳引力场的作用下高速飞行的固体颗粒，相对地球的速度最高可达72 km/s。流星体可分为两部分：一部分比较均匀地分布在宇宙空间之中，航天器与之发生碰撞的概率相对稳定；另一部分密集在某颗彗星的轨道附近，当地球携带航天器通过这些轨道区域时，这时航天器与它们碰撞的概率增加。

空间碎片，又称空间垃圾，与航天器的相对速度稍低于流星体的相对速度。从相对静止到16 km/s，平均相对速度为11 km/s左右。测量结果表明在300～1500 km的高度范围内的通量都很高。

在上述各种空间环境中运行和工作的航天器受到多种多样的影响，其影响形式和程度与卫星轨道和卫星功能有关。

卫星受环境影响主要表现在以下几个方面。

a.来自太阳、行星际空间和地球磁层的高能粒子不断轰击航天器表面，更高能的粒子可穿过电子器件，在电子信号串中改变数据位，导致仪器发出混乱指令或提供错误数据，这种混乱指令能引起卫星重大事故。如果地面控制人员预先注意到粒子的影响，是完全可以避免的。低能粒子可引起航天器表面带电，特别是在大的地磁活动期间。另外高能电子可造成电介质深层充电效应缩短内部器件的使用寿命。

b.剧烈变化的太阳紫外线强度不断改变着大气的密度和温度，影响卫星的轨道和寿命，大磁暴使大气加热，大气层扩张，强烈扰动低高度卫星的轨道，能危及航天飞机和机组人员的安全。

c.所有波段的通信都受到空间天气的影响，高频（HF）首当其冲，电离层的不规则性往往会造成信号的衰减。在强扰动条件下，通常在极光带附近或穿越极盖区时，电离层可将信号完全吸收，使高频传播成为不可能。信号特征可能被电离层改变，它将导致信号质量的下降，更为重要的是会使关键的通信中断，例如搜索与营救、军事行动和计算机网络等。

这些环境影响会造成一系列严重后果。例如，影响航天器轨道、姿态和寿命，对宇航员会造成辐射损伤，对航天器材料、电子器件、太阳能电池会造成辐射损伤和化学损伤，影响航天器电位，导致航天器出现软件错误，影响航天器通信和测控，影响航天器热状态。

13.5.3.3 通信与导航方面

在现代社会，离开空间通信寸步难行。各种卫星、军事侦察卫星、科学实验卫星、气象卫星、通信卫星、GPS等都要进行信息传输，传输所经过的空间经常发生着各种扰动，决定着传输的可能性和质量。

地面的无线电通信要借助于电离层对电波的反射，而磁暴、电离层暴等空间天气过程会对电波信道造成灾害性的破坏，轻则降低传输质量，重则使通信完全中断。

飞机和舰船导航要借助地磁场、雷达等，在磁暴期间，地磁场发生极大扰动，会使导航失灵。

13.5.3.4 地面技术系统方面

当太阳风到达地球空间时，地球的磁层—电离层—热层—中性大气系统中会发生一系列变化。其中最剧烈的活动就是磁层暴。磁层暴期间，地球空间的各个部分都发生剧烈扰动，这些扰动破坏了空间飞行器的正常工作条件，同时对地面技术系统产生极大的破坏性影响。例如，强烈变化的磁场会在地面的任何导体中产生感应电流，一旦地表有导体油气管线或电网存在，强大的感应电流就会在其中流动。强磁暴时，每千米的输油管线上有6 V的感应电压。感应电流从油气管线流过时，会造成管线的加速腐蚀，影响流量计的正常计数。感应电流从输电线路流过时，会损坏变压器和储存器。

13.5.3.5 国防安全方面

从第一个人造卫星上天，各国就把卫星在军事侦察和未来战争中的应用作为一个主要目标。空间技术在军事领域中的应用最具有代表性的是战略导弹和军用卫星。军事侦察卫星是高技术战争战场局势的最有力的太空兵器。

导弹和军事侦察卫星在作战应用中的问题有两个。一是对目标的打击或分辨的精确程度；二是可靠性。随着科学技术的发展，导弹武器的命中精度和侦察卫星的目标分辨率都在不断提高，空间飞行安全的可靠性也在不断提高。但是，达不到预期效果和出现意料不到的故障，乃至惨败事故的情况也是屡见不鲜的。

究其原因大致有三类，即设计（包括材料）方面的原因，操作使用方面的原因，大气与空间环境的影响。由前两类原因所造成的精度和可靠性方面的问题，通过不断的研究和使用技术的改进，在事故原因中所占比例也在逐步减小。对于第三类原因，改进依赖于对空间环境的认识。

目前军事上最关心的问题有：空间环境对导弹、卫星的影响因素及影响机理，空间热环境、电磁环境与辐射环境，微流星和碎片环境以及高层大气环境。

在航天器设计中必须考虑空间环境问题，但灾害性空间天气属异常情况，它与正常模型偏离较大。为了提高航天器设计的可靠性和合理性，提高其对空间环境变化的适应能力，要求尽可能准确描述灾害性空间天气过程的各种参数，评价其危害性。

作战空间的四维化使空间环境成为现代战争重要的作战环境之一，空间环境的保障势必成为未来战争的基本军事保障要素之一。空间气候、空间天气势必进入战略谋划、决策和战争全过程的各个阶段和层次。

21世纪将有更多的军事系统，包括指挥、控制、通信、导航、侦察、预警和导弹等主战武器系统进入平流层及其以上空间。这些系统的设计、研制用的全过程、全寿命管理和使用中，都将需要空间气候和空间天气的支持。

了解和认识空间天气也是利用空间天气，趋利避害，打击敌人，保护自己需要。

随着现代战争作战空间的扩大，原来已经列入军事气象保障范畴，但过去并未实施、并未受到重视的对流层以上直至电离层的广阔空间的军事气象保障问题将会逐步提到议事日程上来。这些空间是与空间天气研究空间相交叉的、最具实用价值的空间领域。随着对军事气象保障要求的不断提高，常规气象保障中的一些难题的解决也需要拓宽研究领域，需要空间天气研究的支持。

现代战争和现代军事科学的发展对空间天气保障不断提出新的需求。例如，高空风和高空风切变，中高层大气密度及其变化，电离层电子密度及其变化，地磁干扰，太阳质子，太阳X射线，太阳无线电爆发，卫星轨道上高能粒子通量。

因此，发展空间天气，对加强国防建设，增强抵御能力是非常重要的。

13.5.3.6 自然灾害方面

地磁活动与太阳活动、大气层和生物圈之间存在很好的相关关系，因而认为地磁活动性可作为太阳天气关系的“指示器”。分析研究上百年的太阳活动、地磁活动和各种气象参数资料，揭示了地磁场与低层大气气压、气温和降雨量的关系。

英国日地物理学家J.W.King在14年建议将气象现象和与其有相关过程的地球磁场间的关系的研究领域称为“磁气象学”（magnetometeorology）。

13.5.3.7 国民健康方面

研究表明，心脏病、脑血管病和恶性肿瘤的发病、死亡与自然界的一些突发如太阳活动及地磁场干扰等外部因素有关，而且很可能某些外部因素在一定程度上对这些疾病的发病和病死起着诱发或加速的作用。

13.5.3.8 国民教育方面

空间天气是一个新的知识领域，一方面它密切地依赖于空间物理学对日地空间规律性的认识，另一方面它又建立在航天、通信等高技术基础之上。它的基础性和应用性极强。有关空间天气知识的宣传教育，有利于提高国民的基本素质，有助于增强公众对空间天气及其影响的认识。尤其可以使青年学生认识和理解基础性研究和高科技在当今社会中的作用，激发和引导他们关心这一对人类今天和未来有重大影响的事业，为空间天气领域不断补充高素质的科研和工程人员创造条件。

从空间改变气候可能吗？

恐龙灭绝的真正原因是由当时恶劣的“空间天气”造成的。

一亿五千万年前，某些大的爬行动物是地球上最有生命力的生物，这些生物一般被称为“恐龙”，这类最大的陆地爬行动物的体重可达八十五吨，大鱼龙和蛇环龙统治着海洋，翼龙在天空中飞行，巨型皮翼的翼展达六米，大约在七千万年前，所有这些大的生物都已灭绝。

德国科学家提出，恐龙灭绝是由当时恶劣的“空间天气”造成的，也就是说，来自宇宙的强烈粒子流闯入地球大气并导致地球气候发生剧烈变化，从而致使恐龙灭绝。

恐龙灭绝的其他原因

有人认为是气候变化造成的，曾经是气候温暖、有沼泽和浅海的地方，现在形成了高山；土地干了，海洋加深了，季节冷热悬殊；另外有人认为，早期的哺乳动物吃恐龙蛋，这就使恐龙绝种了也许是草蔓延了，覆盖着地球，代替了较早时那的较软而又较多汁的植物，素食的恐龙也许缺乏需要用于磨碎硬草的牙齿；后来，在素食的恐龙开始灭绝后，食肉的恐龙越来越难找到食物，便也灭绝了。

还有人认为，也许恐龙突然开始经历非常大量的变异，由于大多数变异是往坏的方面变，因此形成了许多有缺陷的恐龙，以致整个恐龙族都灭绝了。

空间天气的历史研究

我们知道，全球变暖正在成为一种趋势。为此科学家告诫人们，如果对此不设法加以制止，长期下去，两极冰盖将会逐渐融化，海平面升高，而沿海城镇将有被淹没的危险。与此同时，大气环流与海洋水流也会发生变化，使地球气候出现异常现象，这将有可能给人类带来不可估量的灾难，甚至威胁到人类的生存。

随着航天技术的发展，航天科学家提出了造福人类的“空间气候工程”，即利用空间科学技术来控制、改变地球的气候。目前，科学家提出的方案有：

（1）在空间支起“太阳伞”

科学研究表明，要解决目前气候变暖的问题，只需要把照射到地球的太阳光遮挡掉3％即可。按照计算，在空间支起一把“太阳伞”的伞面积需要有2000平方千米左右，伞面要用薄如蝉翼的金属薄膜或塑料薄膜制造。

如此庞大的伞面应该如何制造、运输和安装呢?这个庞大的伞面由4万个单元拼接而成，每个单元都有一个由计算机和制动器组成的自动控制机构，用来调节其位置和方向。这把太阳伞是依靠太阳光压和星球引力维持在空间规定的位置上，而事实上这个空间位置也不是任意选择的。

据研究，这个空间位置应位于从地球至太阳距离的1％处的点上。在这个点上，任何物体相对于太阳、地球和月亮的距离始终是保持不变的。这样，在这个空间位置上，就可以保证太阳伞具有恒定的遮蔽效果，并且不会影响其他的空间活动。被遮蔽的空域仅仅相当于蒙上一层隐隐约约的薄雾，对人类生活和植物生长没有任何影响。

（2）在空间制造“尘埃云”

宇航科学家提出：如果在位于地球至太阳距离的1％处的某点位置上，设法飘浮一片尘埃云，用它来遮挡太阳光，也是一种行之有效的方法。

用这种方法所用的尘埃可以取材于月球。把装有月球尘埃的若干个圆筒发射到空间规定的位置上。在每个圆筒内，除装有月球尘埃外，还装有一定量的。

当圆筒抵达规定的位置时，让爆炸。依靠的爆炸力使尘埃扩散开来，制造成一片永久性的、具有一定密度的尘埃云，用它来遮挡阳光。

令人担心的是，如果这些尘埃进入地球，对地球会有什么影响?科学研究的结果表明：即使这些尘埃每年散失l％，并且全部落入地球的话，也只相当于通常行星星际尘埃的流入量，不会给地球构成明显的危害。

（3）在空间竖起“反射镜”

有的科学家提出，在空间安置一面反射镜，把部分太阳光集中反射到某个局部地区，就能改变这个地区的气候状况。例如，由于高空云层能阻挡地球向空间散发热量，会使地球表面越来越热。人们利用空间反射镜，就能把太阳光集中反射到高空云层上去，让云层逐渐受热而散开，这样就能加快地表热量的散失而降低地球上的温度。

又如，我们也可以利用空间反射镜，把太阳光反射到南、北极的海区，促使那里浮游生物生长。这样，浮游生物就能不断地从大气中摄取大量的二氧化碳，这不仅会减少温室效应，而且能使浮游生物的产量增加，有利于海洋生物和渔业生产的发展。

（4）在空间编织“激光网”

上述的3种方法，都是在太空设置庞大的遮蔽物以遮挡阳光。世上的事，不怕一万就怕万一，万一出了故障，容易造成过多的太空垃圾。为此，有的航天科学家提出建议：向太空发射多颗人造地球卫星，并且从卫星上发射激光，形成“激光网”，让太空中对海面温度颇有影响的红外线发生变化，以阻止气候变暖。

根据这一设想，美国科学家提出了一个具体的实施办法：发射4颗人造地球卫星，

在卫星上配置激光发射装置和巨大的反射镜，4颗地球卫星上发射的激光互相碰撞。这样，当太空中红外线通过时，就会被与红外线能量相当的激光网阻挡，发生折射并照到海面上。于是，海面温度便人为升高，产生气流，兴云播雨，以此调节地球上的温度。

知识点

空间天气

空间天气是一个近地空间环境变化的概念。它与行星大气层内的天气截然不同，涉及空间等离子、磁场和辐射等现象。“空间天气”通常与近地空间磁层紧密相连，但其也研究行星际空间的变化。在我们的太阳系内，空间天气主要受太阳风的风速和密度以及太阳等离子体带来的行星际磁场三者的影响。各种各样的物理现象都与空间天气相关，包括地磁风暴和亚暴，在范艾伦辐射带的电流，电离层扰动和闪烁，极光和在地球表面的磁场变化诱导的电流等。日冕物质抛射及相关冲击波，也是空间天气的重要动力，因为它们可以压缩地磁层和触发地磁风暴。太阳高能粒子，日冕物质抛射或由太阳耀斑加速，也是对空间天气的重要驱动力，因为它们可以破坏航天器电子设备，并威胁到宇航员的生命。空间天气对空间探索和发展这些领域产生深远的影响。地磁的变化可引起大气密度的变化导致低地球轨道航天器的高度迅速降低。由于太阳活动引起的地磁风暴能够致盲航天器上的传感器并干扰机载电子设备，对于人造航天器的防护系统的设计来说了解空间环境至关重要。磁暴同样会增加高空飞行情况下飞机乘务员的辐射量。

空间天气是一个全新的概念，太阳上出现的耀斑和日面物质的抛射等剧烈活动，给地球磁层、电离层和中高层大气，卫星运行和安全，以及人类健康，带来严重影响和危害，人们把这种由太阳活动引起的短时间尺度的变化，称为空间天气。

空间天气的空间天气监测

几个世纪以来，人们已经注意到空间天气造成的极光，但不理解它。中世纪欧洲航海家使用天然磁石磁罗盘导航仪时注意到石头的方向有时候会偏离磁北极。这是1600年在《De Magnete》书中描述的，但是直到19世纪才知道是由空间天气造成的。1840年空间天气在各区域的不同时段影响了第一份电报。1859年的巨大太阳风暴中断了全球的电报业务，被当时的许多主要报纸刊登报道。Richard Carrington把这次中断与一天前观测到的太阳耀斑以及与电报中断同时发生的地磁场大的偏转（磁暴）正确地联系起来。根据这种联系，空间天气已经成为太阳物理学范围内的学术研究课题。KristianBirkeland通过在他的实验室中人工制造极光解释了极光的物理过程，并预测了太阳风的存在。随着无线电在商业和军事领域的应用，人们注意到极端平静和噪声存在周期性。在1942年的大太阳期间雷达受到的严重干扰引导人们发现了空间天气的另一个方面：太阳射电爆发（太阳耀斑产生的覆盖很宽频率范围的无线电波）。

在20世纪，由于军事和商业系统都依赖于空间天气系统的影响，人们对空间天气越来越感兴趣。通信卫星是全球贸易的重要组成部分，气象卫星系统提供地面天气信息，全球定位系统的卫星信号在各种各样的商业产品和过程得到广泛使用。空间天气现象会干扰或破坏这些卫星，或者干扰这些卫星的无线电上行和下行信号。空间天气现象会在长距离输电线路中产生有损害作用的浪涌电流，也会使飞机上的乘客和机组人员暴露在辐射之中，特别是在极地航线上。

国际地球物理年（IGY）大大促进了空间天气研究。IGY期间获得的地基数据表明，极光发生在距离磁极15~25纬度，宽5~20度的极光椭圆带上，是一个永久的发光区域。1958年，Explorer I卫星发现了范艾伦带，也即辐射粒子被地球的磁场束缚的区域。1959年1月，苏联卫星Luna 1第一次直接观察到了太阳风，并对其强度进行了测量。1969年，INJUN-5（又名Explorer 40）第一次直接观察到由太阳风带来的地球高纬电离层电场。20世纪70年代早期，Triad数据表明在极光椭圆带和磁层之间永久的存在电流。由于这些及其它重要的发现，空间天气研究快速增长。

在我们的太阳系中，空间天气主要受太阳风的速度和密度，以及太阳风等离子体携带的行星际磁场（IMF）影响。很多物理现象都与空间天气有关，包括地磁暴和亚暴，范艾伦辐射带能量增强，电离层扰动，星地无线电信号闪烁，远距离雷达信号闪烁，极光和地球表面地磁感应电流。日冕物质抛射和与其相关的激波也是重要的空间天气驱动源，因为它们可以压缩磁层并引发磁暴。由日冕质量抛射和太阳耀斑加速的太阳高能粒子，也是一个重要的空间天气驱动源，因为它们能损坏航天器中的电子器件（如Galaxy 15的失效），并威胁到宇航员的生命。

20世纪90年代，空间环境对人类系统的影响使得人们越来越明显的感觉需要一个更加协调的研究和应用框架，空间天气这个术语也随之被人们使用。美国国家空间天气的目的就是将研究集中在受空间天气影响的商业和军事群体的需求上，将研究团体和用户群体联系起来，协调各业务数据中心，并更好地定义用户群体的需求。这个概念在2000年转化为行动，在2002年转化为实施规划，并在2006年进行评估，在2010年进行战略修订。修改后的行动将在2011年发布，修订后实施规划将在2012年发布。国家空间天气的一部分是让用户知道空间天气影响了他们的业务。

早在1994年，美国就批准实施了“国家空间天气”，包括部门、研究机构、大学、企业在内的跨部门持续协作，增强并巩固了美国在空间天气领域的领先地位。

特别引人关注的是，美国军方在空间天气研究中始终占据主导地位，关乎国家安全的空间天气探测设施和探测产品始终居于军方控制之下。例如，在太阳观测方面，美军拥有分别位于澳大利亚、意大利、马萨诸塞州、新墨西哥州和夏威夷州等地的太阳地基观测网，对太阳实施号称“日不落”式的连续观测；在电离层探测方面，美军拥有遍布美国全境和世界主要地区的电离层综合探测网；在卫星轨道空间天气探测方面，美军拥有部署于GPS等系列卫星的天基空间天气探测网。他们还在研究成果的业务转化方面给予了特别关注，比如，美国空军著名的第55中队，就是专门从事空间天气业务的专业力量。

空间天气的全新概念

被用于科学研究和应用的空间天气的监测已经被建立起来。多年以来，由于我们对空间天气理解的领域的扩大和与其他空间相关的研究的资金竞争，使得用于科学研究的空间天气监测的种类十分多样化。而由于我们对其认识和应用的不断提高，与应用相关的空间天气监测则变得更系统、更广泛。

空间天气地基监测

目前，通过观测地球磁场几秒到几天内的变化、观测太阳表面和太阳大气所产生的无线电噪声已经能在地面上监控空间天气。比如沃尔夫黑子相对数，F10.7，地磁指数，太阳光球层，中子探测器，电离层电子总含量TEC等早已被监测和利用。

空间天气的卫星监测

自从探险者1号飞船发现太空不是真空虚无的，许多飞船（飞船上搭载了很多种探测仪器）就已经发射去发现和描绘空间环境。著名的卫星有：STEREO卫星，辐射带探针卫星RBSP，WIND卫星，ACE卫星，SOHO卫星，GOES系列飞船，POES系列，DMSP系列，Meteosat系列卫星等。这些卫星打造的磁强计，高能粒子探测仪，太阳X射线成像仪，远紫外成像仪等等，观测得到了持续不断的太阳风资料和太阳电磁频谱资料，对我们了解空间天气和预测空间天气有巨大帮助。

空间天气学的空间天气灾害

传统“天气”的物理定义是：瞬时或较短时间内风、云、降水、温度、气压等气象要素综合显示的大气状态。日常所讲的天气，是指发生在对流层内、影响人类生活、 生产的中性大气物理图象和物理状态，例如阴、晴、雨、雪、冷、暖、干、湿等。

空间天气是一个近地空间环境变化的概念。它与行星大气层内的天气截然不同，涉及空间等离子、磁场和辐射等现象。“空间天气”通常与近地空间磁层紧密相连，但其也研究行星际空间的变化。在我们的太阳系内，空间天气主要受太阳风的风速和密度、以及太阳等离子体带来的行星际磁场三者的影响。各种各样的物理现象都与空间天气相关，包括地磁风暴和亚暴，在范艾伦辐射带的电流，电离层扰动和闪烁，极光和在地球表面的磁场变化诱导的电流等。

日冕物质抛射及相关冲击波，也是空间天气的重要动力，因为它们可以压缩的磁层和触发地磁风暴。太阳高能粒子，日冕物质抛射或由太阳耀斑加速，也是对空间天气的重要驱动力，因为它们可以破坏航天器电子设备，并威胁到宇航员的生命。空间天气对空间探索和发展这些领域产生深远的影响。地磁的变化可引起大气密度的变化导致低地球轨道航天器的高度迅速降低。由于太阳活动引起的地磁风暴能够致盲航天器上的传感器并干扰机载电子设备。对于人造航天器的防护系统的设计来说了解空间环境至关重要。磁暴同样会增加高空飞行情况下飞机乘务员的辐射量。

空间天气是指近地空间或从太阳大气到地球大气的空间环境状态的变化。与地球行星大气（对流层和平流层）中天气的概念不同，空间天气描述的是空间中背景等离子体、磁场、辐射等的变化。大多数空间天气是由源于太阳近表面和太阳大气（色球和日面）的太阳风所携带的能量驱动的。空间天气有时候也指行星际空间（极少数情况下指星际空间）的环境状态变化。

空间天气有两个重点：科学研究和应用。空间天气这个术语直到20世纪90年代才开始使用，在此之前，当前意义上的空间天气活动被认为是物理或高层大气物理学和空间探索的一部分。

空间天气的空间天气建模

相对于地面天气而言，空间天气发生在距地30公里以外。空间天气涉及的物理参数与日常所说的天气有很大不同。空间天气关心的“风”是太阳风，“雨”是来自太阳的带电粒子雨；空间天气没有阴晴之分，但有太阳和地磁场的“平静”与“扰动”之别，空间天气不太关心“冷暖”，而特别注意太阳的紫外线和X射线辐射的变化。 太阳是距我们最近的一颗恒星，它的光芒惠泽了地球上的万事万物。除了阳光以外，太阳还每时每刻往外喷射着高速带电粒子流，人们形象地称之为“太阳风”。当太阳风十分强劲时，产生名副其实的“太阳风暴”。当太阳风暴袭击地球时，我们幸亏有地球磁场作为天然盾牌，才得以安然无恙。然而，地球磁场本身在为我们承受“打击”时，产生激烈的扰动——磁暴。磁暴会在人类的供电网中诱发强大冲击电流，进而造成输电网络崩溃。

在太阳峰年期间，太阳风暴的强烈影响非常显著，引起空间环境发生灾害性变化，给人类活动带来巨大损失。1989年3月13日至14日，太阳风暴造成加拿大魁北克地区电网停电，600万人遭受停电之苦，挨冻一天。同时造成全球无线电通信中断，轮船、飞机的导航系统失灵，卫星受损减寿而提前陨落。这是历史上罕见的空间灾害性天气，引起国际社会的震惊。人们越来越感到太阳有其“不友善”的一面，太阳如何影响地球（即日地联系）及空间天气的变化状况日益受到关注。

以航天技术为代表的高技术，受空间天气变化的直接影响。在航天领域，卫星故障40%来自空间天气；在国民经济领域，空间天气变化导致磁场强烈变化，从而引起的感应电流，会破坏电力系统的变压器造成停电，腐蚀输油管造成泄漏；在自然灾害领域，地球上的洪、涝、干旱、平均气温变化、臭氧含量的减少等自然灾害，以及影响人类健康的心脑血管疾病、皮肤癌和社会突发与空间天气的关系，也正成为众多科学家关注的热点。

空间天气模式是指计算机对空间环境的模拟。类似于气象计算机模式，空间天气模式根据有限的一组数据值，并且推断出描述模式中整体或部分空间天气环境的值。每一个模式都能对环境随时间如何演变进行预测或部分预测。计算模式使用一系列的数学方程来描述涉及的物理过程。在过去的20年中，空间天气模式的研究与发展的一个重要部分就是成为美国国家科学基金的地球空间环境模式(GEM)的部分。模拟的两个主要中心分别是：空间环境模拟中心(CSEM)和综合空间天气模拟中心(CISM)。