佀长刚　姚好海　谭琳珊　杨亮

摘 要：该文简述了空间天气科学的发展概况及其在人类生活中各领域日趋增加的应用情况。通过空间天气科学在航空业的应用方法，介绍了如何以建模方式将某一种科学主题的显著性和可靠性加以强调并使其合法地推广使用。重点论述了在太阳活跃期，一定程度的恶劣空间天气可能对极地和高纬度航空活动造成的严重危害，并结合相关事实，证明了空间天气科学应用的显著、可靠、合法。并对空间天气科学的应用前景做出了进一步的展望。

关键词：空间天气 应用 建模 航空业

中图分类号：V2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）03（b）-0019-02

1 空间天气科学目前应用现状

1.1 应用现状

如何更好地将最新的科技成果应用于决策科学中，无论对科学家还是各决策机构来说都是一个突出的问题。在日常工作与各项社会活动中，相关的科技知识在各领域的决策中都起到非常重大的作用。今天，管理层对计算机等现代科技的有效运用，让他们能轻易解决许多复杂、繁琐的问题。另一方面，科学家们从日益增长的科技知识入手，逐步建立同类问题的一般性解决方案。然而，令人遗憾的是，最新的科技信息总是很少地被决策者有效地利用。这种科学研究与应用的距离在很多学科中普遍地存在，空间天气领域也不例外。

1.2 应用的重大意义

随着科技的进步和和社会的发展，社会生活的诸多方面对空间天气的依赖也日趋显著。由于各学科应用技术的发展，人们对电和卫星系统的依赖性显著提高。同样，随着太阳活动的进一步活跃，对地球的影响也逐渐增大，人类在新的太阳活动周期将面临着更加严峻的考验。例如，人们日常生活和工业活动比以往更依赖全球定位系统（GPS）和卫星无线技术，任何中断和错误都将造成严重经济影响。因此，在相关科学领域建立空间天气和应用决策之间的联系显得尤其重要。

2 将空间天气预测应用于各行业中的方法

2.1 建模

但是你怎样强调某一（科学）主题对决策的制定应该是重要的？为回答这个问题，一个社会科学研究小组研发出一个结构，通过这个结构科学家们能够将信息与决策有效地联系起来。他们的研究显示，所谓的信息需要有三个属性，显著性、可信性、合法性，对信息的范围做出了限定。突出的信息是有关决策者的需要；可信的信息顺理成章地体现了科学技术的特征和观点；合法的信息反映了信息生产过程的“公正性”，并反映出此过程对不同利益者所具有的不同价值观和信仰。虽然没有计划正式应用这一框架，空间天气一个领域的研究工作已成功地和决策接口：航空预报方面的应用。随着空中航线的日益增多，航空业越来越意识到不良的空间天气对高纬度和极地飞行的不利影响。不良的空间天气会破坏高频通信，引起卫星导航系统出现错误，增加辐射对人类和航空设备的伤害。由于科学家们成功地做了空间天气的研究，而且研究成果显著、可靠、合法，因而越来越多的航空公司开始使用他们。仔细看看空间天气领域接下来在航空工业方面要做的重要研究，这些研究将帮助科学家将这个框架应用于其他对空间天气来说重要的研究领域。

2.2 航空业

2.2.1 会议空间气候的独特挑战

尽管所有科学领域的竞争都和决策研究相关，但空间天气领域面临的挑战更加独特。例如，许多决策者可能不知道有空间天气，不了解恶劣空间天气对经济发展带来的危害。部分原因是由于恶劣空间天气对社会各方面影响的研究进展缓慢，只在最近才刚刚取得較显著的技术成果。加上当前的科研经费有限，与众所周知的洪水、地震等自然灾害相比，对政府有关政策的制定者而言，进一步提升空间天气研究的地位实在不算明智。面对这些挑战，需要空间天气从业者加倍努力工作，使研究与决策有机结合起来。虽然有些决策者考虑到空间天气信息有助于减少风险和最大限度地减少损失（美国国家研究委员会的会议，2008年），但要做的更多工作是集中精力研究空间气候是如何对日常生活和经济产生严重破坏的。回顾过去的成就，像空间天气在航空领域所发挥的作用，为未来的发展提供了有用的指南。但科学家们在航空工业领域究竟是如何有效地克服在研究和制定政策之间的障碍？答案是通过仔细检查组织结构获得的发现。

2.2.2 空间天气信息的显著性

显著的信息所回答的是有意义的问题，可以为各个利益阶层所应用。为实现显著性，所做的研究应当与专业领域外的真实世界紧密相连，以使研究结果成为形象的东西。例如，一定程度的太阳暴辐射可能不会对一颗人造卫星或航空飞行产生显著影响，他们可能更关心空间天气现象会对这些过程产生何种程度的影响。为获得显著的信息，NOAA的空间天气预报中心（swpc）和商业服务供应商携手推出了空间天气信息应用，以确保预报对决策过程是有用的。特别是在太阳风暴和无线电中断的空间环境下，空间天气信息对一家航空公司用来预测决定是否要中断和恢复飞行的发布的作用是很显著的。操控中心对一些航班改变的操作就是根据美国国家洋和大气局所发布的空间天气指示——如果是发出了警报的太阳辐射水平达到4级或更高，操作人员可要求中止此区域的航线，因为高频通信交流的丧失可能会使飞机无法从空中交通管制中心收发资料信息，对旅客和机组人员的生命安全造成危害。事实上，美国联邦航空管理局规定：在飞行航线设置前，为安全考虑，要求考虑保持双通道通信。

如图1所示在2006年12月，地球遭到一连串强烈太阳暴袭击。类似于目前美国国家海洋和大气局的空间天气预测中心制作发布的这张图，频率在35 MHz以内的信号，在极地被削弱至少1 dB，西半球尤为突出。紫外线和X辐射线喷射向地球，影响着中低纬朝向太阳一侧，当被激活的质子穿透高纬度时，侵袭了极地高纬度地区的通信系统。因为高频信号在跨洋飞行和大部分极地航线的飞行中的远程通信是很易受干扰的。对航空工业来说，像这些问题的出现，突显了空间天气的影响。

集中了科学家和航空公司代表的会议——NOAA空间天气预报室和美国的气象协会新成立的太阳光谱工作室举行的年度会议，是一个旨在综合用户在空间天气方面的需求而提高空间天气预报产品针对性的特别会议。气象协会太阳光谱工作室的与会者决定成立一个越极地工作组（CPWG）——个国际航空代表参与的开发一系列用户极地业务需求的特别小组，该小组服从联邦航空管理局（FAA）和国际民用航空组织（ICAO）的领导。由于这一过程，空间天气研究的价值和对航空工业的重要性就可以获得人们进一步的了解，这将有助于未来突显空间天气的显著性。

2.2.3空间天气信息的可靠性

可靠性是在科学和同行公认的基础上建立的。对于信息的可靠性，研究者必须向决策机构展示其可信度，而决策机构必须明白数据和预报的局限性。例如，为确保信息的可靠性，空管和气象人员参加空间天气会议直接从科学家们那里了解对观测数据和预报评估的第一手资料。在这样的会议上提出数据、方法和分析、解释，使研究人员和决策者对彼此表述的观点变得互相熟悉。一旦在观测数据和预报之间建立起高度的可信任度，空管人员就会按照空间天气预报中心发布的预报来在制定或修改他们的飞行计划。为增强可信度，NOAA努力有效使用行业熟悉术语和信道来有效传递预报结果。此外，他们还为航空公司的决策者提供了空间天气培训和教育的基础资料。

2.2.4空间天气信息的合法性

信息合法性的概念是指信息的无偏见和谐公正性，可以通过参与研究者、信息的生产方式、以及对它的修改和散发等步骤来检验。开发的合法信息需要用决策者的期望值和对预报产品的综合反馈来判断。无论怎样的显著的、可信的信息，如果生产、发布的过程，被认为是不是合法的，那么这种信息就有很大可能的不会被使用。很多步骤的设置，都是为了确保信息的和谐、公正，例如，国家空间天气计划，要求各部门间主动提供及时、准确的空间天气观测资料和警报，通过合法渠道支持和帮助不同机构合作以满足公共需要。这涉及确保注册的各机构的利益。为航空产业的特殊需要，将科学家和航空公司的代表召集在一起，举行了一个会议，会议旨在根据用户的需求决定产品研发的次序。此外，科学界通过参加越极地工作组（CPWG）、国际航空运输协会（IATA）和国际民用航空组织（ICAO）等机构组织的航空会议，协助定义的用户的条件和要求，增强了空间天气信息的权威性。使空间天气有关应用更加合法。

3 空间天气未来应用的展望

对政策的决策来说，空间天气信息的应用具有巨大的潜力。对连接科研与决策感兴趣的所有人都认为以这一框架为向导是一个方向。空间天气研究和航空工业结合的成就正在稳步取得。类似的与决策者稳固的伙伴关系已经在电力和GPS工业等行业中建立。

连接科研与决策的关键点在于确保掌握的信息具有显著性、可信性、合理性等这三个属性。为达到这一目标，科学家们需要了解决策者的观点，包括语言、文化和尊重他们的需要，而且要了解他们的需要可能会随时间的推移而发生变化。这样，随着未来科技的发展，在科学家和决策者之间建立持续的沟通就是非常必要的。

参考文献

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[2] Kumar M. Modern Methods：Unlocking the Secrets of the Sun [J].Space Weather，2006，4（11）：S11001.

[3] 焦维新.空间天气学[M].北京：氣象出版社，2003.