空間天氣學(xué)的基本問題是什么？
當今，空間天氣學(xué)正處在一個世界范圍內(nèi)起步的階段，許多國家的科學(xué)家和政府部門都十分關(guān)注空間天氣學(xué)的發(fā)展和建立。如何有效地推動空間天氣學(xué)的發(fā)展呢？它涉及如下五個基本問題。
1． 空間天氣監(jiān)測
建立空間天氣的地面、空間的全球監(jiān)測網(wǎng)是建立和發(fā)展空間天氣學(xué)的基石。它為空間天氣變化的規(guī)律研究、模式與預(yù)測、效應(yīng)分析、防護措施、地面與空間技術(shù)系統(tǒng)的運作，以及人類活動決策等提供觀測依據(jù)。
空間天氣的監(jiān)測涉及與地球常規(guī)天氣十分不同的一些顯著特點，例如：監(jiān)測的空間范圍很大。從地面2-30公里以上直至太陽，它涉及物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)很不相同的空間區(qū)域，這是迄今為止人類能直接探測的一個天體系統(tǒng)；監(jiān)測的對象和參數(shù)多。主要包括太陽、多波段電磁輻射、太陽物質(zhì)拋射事件和太陽帶電粒子事件、行星際太陽風(fēng)暴、磁層亞暴和磁暴、電子通量增強事件、粒子沉降、輻射帶變化、電離層擾動和閃爍、中高層大氣密度和溫度、風(fēng)速和成分等的擾動以及空間電狀態(tài)改變等等；監(jiān)測現(xiàn)象的空間、時間尺度的變化范圍大。從行星際激波的106公里到中高層大氣的1公里左右.從幾分鐘、幾小時、幾天到11年太陽活動周變化；監(jiān)測現(xiàn)象的地域性與全球性。如地磁異常、粒子沉降、電離層異常、地形地貌對高空大氣的成分、狀態(tài)的影響?？臻g天氣的全球性，如存在隨地球的磁經(jīng)、磁緯度的全球分布與變化；監(jiān)測現(xiàn)象的相關(guān)性強。太陽日冕物質(zhì)拋射、行星際風(fēng)暴、地磁暴、電離層暴、中高層大氣中的熱層暴和銀河宇宙線暴等都存在著很強的時序因果間的相關(guān)性。它們是一個空間天氣事件在不同空間區(qū)域、不同時間過程的具體表現(xiàn)。
空間天氣現(xiàn)象的這些特點，使空間天氣的監(jiān)測具有極大的挑戰(zhàn)性，不僅應(yīng)當不斷完善和建立地面和空間的全球監(jiān)測系統(tǒng)，而且要盡可能到太陽附近去觀測，才識廬山真面目。
目前國際上這種監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)已初具規(guī)模，而我國空間天氣的監(jiān)測卻是相對薄弱的。從整體上講距離建設(shè)一個監(jiān)測手段先進、綜合性強與國際接軌的立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)尚有較大距離。
2． 空間天氣變化規(guī)律的研究
了解變化難測的空間天氣變化規(guī)律是技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計、人類活動決策和預(yù)測空間天氣事件發(fā)生的基礎(chǔ)。
空間天氣變化規(guī)律研究是當代自然科學(xué)極具挑戰(zhàn)性的重大前沿課題之一，它研究富于變幻的太陽活動的能量、動量和質(zhì)量的產(chǎn)生，在行星際介質(zhì)中的傳輸和與地球空間系統(tǒng)的相互作用過程。涉及地面實驗室無法模擬的特殊環(huán)境：高溫、高電導(dǎo)率、高超真空、高超音速、多種間斷面和邊界層等；涉及宏觀與微觀多種非線性過程和激變過程：如太陽耀斑、日珥、物質(zhì)拋射、激波傳播、磁場重聯(lián)、電離與復(fù)合、電離成分與中性成分的動力耦合、重力波、行星波、上下層間的動力耦合等等。這些都是十分重要的基本科學(xué)問題。就了解一次空間災(zāi)害性天氣事件而言，就需要把來自不同空間區(qū)域的擾動暴發(fā)現(xiàn)象，整合成統(tǒng)一的有因果時序關(guān)系的“畫面”，進行多學(xué)科綜合研究；電離層和中層大氣的研究都先后獲得過諾貝爾獎。
從美國空間天氣計劃看，空間天氣研究領(lǐng)域可分為：（1）太陽/太陽風(fēng)；（2）磁層；（3）電離層/熱層系統(tǒng)。研究的重點是放在對預(yù)報空間天氣變化起關(guān)鍵作用的物理過程方面，主要涉及二大方面的問題：一是太陽風(fēng)暴的形成、傳播與演化；二是它吹過地球時所引起的空間環(huán)境的變化。我國日地物理學(xué)家們在這些課題的研究方面已有一定的基礎(chǔ)，急待列入國家層次的發(fā)展計劃，才能提高整體的國際競爭能力。
3． 空間天氣預(yù)報
空間天氣預(yù)報的準確性、可靠性和及時性直接關(guān)系到減少或避免空間災(zāi)害給人類活動帶來巨大損失和危害的問題。
它的預(yù)報水平主要取決于觀測能力和對空間天氣變化規(guī)律認識的水平。建立不同空間區(qū)域、不同參數(shù)和空間天氣事件的因果鏈研究模式是空間天氣預(yù)報的基礎(chǔ)，而將這些研究模式轉(zhuǎn)化為預(yù)報員使用的運作模式（Operational models）是關(guān)鍵。當前需要研制和完善的空間天氣模式主要涉及：日冕物質(zhì)拋射模式、太陽耀斑模式、太陽紫外、極紫外和軟X射線模式、太陽風(fēng)模式、磁層粒子和場模式、地磁擾動模式、輻射帶模式、極光模式、電離層背景、擾動、電場和閃爍中性大氣模式（熱層和中層）等等。
美國目前的預(yù)報水平和能力是這樣：警報——空間災(zāi)害發(fā)生在24小時內(nèi)，對太陽、行星際的預(yù)報能力非常有限，而對地球空間系統(tǒng)尚無能力滿足需求；現(xiàn)報——給出當時的空間天氣條件以及推演到觀測條件發(fā)生新變化前的一個短暫的天氣條件，對整個日地空間環(huán)境來說，這種能力都非常有限；預(yù)報——短期預(yù)報（幾小時到幾天）、中期預(yù)報（提前幾個月）和長期預(yù)報（長達11年太陽活動周期），對太陽、行星際和中性大氣其能力非常有限，對磁層和電離層更是無力滿足； 我國在太陽活動、地磁暴和電離層預(yù)報方面已有一定歷史集累，也做出了很好的工作。整體講，我們的預(yù)報對西方國家的觀測和預(yù)報有太多的依賴性，這是十分危險的事。
4．空間天氣服務(wù)
空間天氣學(xué)要為人類的高科技活動“保駕護航”，開展空間天氣服務(wù)，減輕或避免空間災(zāi)害的損失與危害是它的終極目的。
空間天氣服務(wù)包括：提供空間天氣產(chǎn)品——常規(guī)產(chǎn)品：觀測數(shù)據(jù)、模式、環(huán)境規(guī)范；效應(yīng)分析；專項產(chǎn)品——根據(jù)用戶的特定需要而進行特別加工的產(chǎn)品；預(yù)報產(chǎn)品、警報、現(xiàn)報、預(yù)報；效應(yīng)診斷與分析——鑒別系統(tǒng)異?；蚴欠裼煽臻g天氣因素或其他工程設(shè)計、機械故障或軟件錯誤引起；建議防護措施或改進工程設(shè)計；調(diào)整地面與空間技術(shù)系統(tǒng)的運作程序和采取應(yīng)變措施；教育與培養(yǎng)——增強公眾（包括政府官員和新聞媒介）對空間天氣及其影響的意識；培養(yǎng)足夠數(shù)量的高素質(zhì)科學(xué)與工程人員。
從我國的國情看，空間天氣服務(wù)遠遠落后于西方發(fā)達國家，除了全民的科技水平落后這一重要原因外，我國現(xiàn)行的管理體制，部門所有制等，導(dǎo)致缺乏宏觀調(diào)控和強有力的國家計劃指導(dǎo)也是重要因素。因此，要作好空間天氣服務(wù)，當務(wù)之急是需要空間天氣有關(guān)各方：科學(xué)、教育、工程、用戶和政府等，建立有效的協(xié)調(diào)工作體系，成為一種國家指導(dǎo)下的行為，方能事半功倍。
5、空間天氣的技術(shù)支撐系統(tǒng)
空間天氣信息的處理與傳輸系統(tǒng)是實現(xiàn)空間天氣學(xué)、為發(fā)展高科技“保駕護航”、發(fā)揮重要科學(xué)、經(jīng)濟與社會效益的重要技術(shù)支撐系統(tǒng)。它的水平如何，直接關(guān)系到空間天氣學(xué)的發(fā)展速度和水平。
空間天氣信息包括來自全球的地面和空間的觀測數(shù)據(jù)、研究模式、用戶需用的天氣新產(chǎn)品（包括各類圖形和動態(tài)圖像等）、空間天氣對人類活動的影響，包括對技術(shù)系統(tǒng)的效應(yīng)損傷與防護，用戶咨詢和訪問等等。這些龐大的種類多樣、復(fù)雜信息的實時采集、加工、處理和分析、實時運行復(fù)雜的模式、顯示和處理圖像，快速獲得、生成和傳輸空間天氣產(chǎn)品、新數(shù)據(jù)的獲取和模式的更新等，以及建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)等。需要建立強有力的高性能的計算機系統(tǒng)和進行信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以及不斷升級硬件和軟件來滿足不斷增長的需要。它們對于發(fā)展和建立空間天氣學(xué)來都是十分重要的技術(shù)支撐系統(tǒng)，它是先進與落后與否常常帶來是事半功倍還是事倍功半的截然不同的效果。
如果我們能解決好發(fā)展空間天氣學(xué)的上述五方面問題，我國的空間天氣學(xué)必將在不長的時期內(nèi)（5-10年）走到國際的前列去，為中國和人類進入高科技的21世紀做出重要貢獻！（魏奉思 中國科學(xué)院院士）