受重现性冕洞高速流的影响，北京时间2019年8月31日-9月2日，地磁发生扰动，有6小时达到中等地磁暴水平（Kp=6），有27小时达到小地磁暴水平（Kp=5）。9月2日地球同步轨道大于2MeV 高能电子日积分通量超过中等高能电子暴事件阈值（1.0E+09 个/cm²·sr·day），达到橙色警报等级，高能电子日积分通量为1.6E+09个/cm²·sr·day。

图1  2019年8月31日-9月2日地磁活动及同步轨道高能电子通量

        预计中等高能电子暴事件还将持续2天左右，之后将下降至小高能电子暴水平。鉴于近几日高能电子通量持续处于较高水平，请中高轨道卫星用户关注深层充电可能引起的异常。

关于近地空间环境的发展态势，我们将密切关注并及时通报。

具体的预报情况请关注我们的网站www.sepc.ac.cn。

1.事件回顾

        2015年3月15日，之前曾经爆发过1个Ｘ级Ｘ射线耀斑和多个M级Ｘ射线耀斑的AR2297活动区爆发了一个长时间的C9.7级耀斑，并伴随有全晕日冕物质抛射（CME）。图像显示这是一次普通的CME，是一次强度一般的爆发过程。空间环境预报机构和数值模拟结果都显示：CME会在世界时17日下午到达地球，影响一般。

图1  3月15日卫星观测到的CME

    然而，出乎所有科学家和预报员的意料，这次CME来的是如此之快、如此凶，导致了第24太阳活动周以来最强地磁扰动，并引发了一系列空间环境效应。

2.第24太阳活动周最强磁暴

        3月17日凌晨3点，裹挟着强大磁场的CME开始冲击地球，之后地磁Kp指数一路飘红，地球磁场发生剧烈扰动，有12个小时达到大地磁暴水平，Dst一路下降至-200nt，3月17日Ap指数达到117，成为第24太阳活动周以来最强地磁暴。

    对地磁暴反应最快也最明显的莫过于极光。3月17日北极地区极光活跃，最低纬度达到了美国北部地区，其中威斯康星、蒙大拿等州都看到了美丽的极光。

图2   CME引起的强地磁扰动

图3   地磁Dst指数变化

3.地球磁层顶穿越地球静止轨道

    受快速等离子体云的撞击，3月17日地球磁层受到严重压缩，地球磁层顶大小和形态发生了明显的变化。中科院空间环境预报中心利用自主开发的模式，预测到3月17日磁层顶日下点多次被压缩到地球静止轨道（距地心6.6个地球半径）以内，发生了多次磁层顶穿越地球静止轨道事件。

图4 地球磁层顶（蓝色曲线）穿越地球静止轨道（红色虚线）

 图5   空间环境预报中心模式预测地球磁层顶穿越地球静止轨道事件

    此次事件引发了多次地球磁层顶穿越地球静止轨道事件，其中正好被地球静止轨道上GOES13和GOES15空间环境监测卫星所监测到。图6中显示了GOES13和GOES15卫星观测到的磁场水平分量（Hp）。当它们穿越地球磁层顶时，观测到磁场水平分量（Hp）发生了反转。如果此时穿越磁层顶的地球静止轨道卫星是靠磁场来控制姿态的话，那么它将面临姿态控制异常的危险。

图6   GOES13和GOES15卫星观测到的Hp分量

4.电离层负暴

    在此次最强地磁暴期间，中国科学院空间环境监测网所属的9个电离层台站监测到电离层环境发生剧烈的变化。电离层的响应延迟于地磁暴，最强地磁暴开始于世界时3月17日3时左右，电离层扰动变化则开始于17日晚，持续至18日，19日电离层逐渐恢复正常。

    漠河、北京、武汉和三亚站（纬度从高到低）监测到的电离层F2层临界频率(foF2)发生负暴响应，即临界频率下降至远低于背景平均水平。特别是在3月18日白天，漠河、北京的foF2最高值甚至低于平均夜间的最低值，这会对我国大部分地区的短波通讯造成严重影响。

图7   电离层F2层临界频率监测数据

    福州、厦门、广州、南宁和海南富克站（均在低纬）监测到电离层总电子含量（TEC）发生负暴响应。3月18日5站的TEC峰值（约40TECU）明显低于地磁暴前17日峰值（约100TECU）。TEC的剧烈变化，会影响导航定位的精度，但负暴影响较小。

图8   电离层总电子含量变化

5.低轨卫星轨道下降加快

    地磁暴期间，受焦耳加热和高能粒子沉降等的影响，中高层大气受热膨胀，卫星轨道上大气密度增加，从而使得卫星运行阻力增大，轨道下降速度加快。

    受此次磁暴的影响，天宫一号和国际空间站的轨道下降速度加快，且国际空间站随即进行了抬轨操作。

图9  天宫一号轨道变化情况

 图10  国际空间站轨道变化情况

    平凡的一生，短暂的绽放，将留在历史的记忆里，值得！

        受冕洞高速流的影响，北京时间2019年8月5日，地磁发生小扰动，有12小时达到小地磁暴水平（Kp=5）。8月7日地球同步轨道大于2MeV 高能电子日积分通量超过中等高能电子暴事件阈值（1.0E+09 个/cm²·sr·day），达到橙色警报等级，高能电子日积分通量为1.2E+09个/cm²·sr·day。

图1  2019年8月5-7日地磁活动及同步轨道高能电子通量

        预计高能电子暴事件还将持续3-4天左右。鉴于近几日高能电子通量持续处于较高水平，请中高轨道卫星用户关注深层充电可能引起的异常。

        关于近地空间环境的发展态势，我们将密切关注并及时通报。

        具体的预报情况请关注我们的网站www.sepc.ac.cn。

        1989年，强太阳风暴引发了历史上知名的加拿大魁北克大停电事件。自此开始，每当新的太阳活动周临近，美国NASA和NOAA都会牵头成立国际太阳活动预测专家组，对未来一个太阳活动周进行预测。2019年初，第25太阳活动周预测专家组正式成立，由来自美国、加拿大、英国、比利时、日本和中国等国家的十二名科学家组成，这也是我国科学家首次受邀参加会商。

图1   第25太阳活动周预测专家组

        2019年4月5日，在美国空间天气研讨会上，专家组发布了初步预报结果。各位专家研讨了国际上60余个第25太阳活动周的预测结果，分析了第25太阳活动周太阳黑子数峰值、极小值和它们的出现时间。得出结论如下：第25太阳活动周太阳活动水平基本与第24太阳活动周相当，低于平均活动周水平，但是不再延续自第22太阳活动周以来连续三个太阳活动周太阳活动水平持续下降的趋势。 

图2   第25太阳活动周初步预测结果

        这个结论使担心太阳休眠的科学家松了一口气。回眸上一次太阳活动最急速下降时期，是在 1645 年至 1715 年间，这段长达 70 年之久的时期称为“蒙德尔极小期(Maunder Minimum)”。在这期间，太阳黑子数量异常稀少，太阳活动水平不高。“蒙德尔极小期”恰好与历史上的“小冰河期(1550年至1770 年间)”中最冷的一段时间重合，当时地球气温大幅下降，英国伦敦泰晤士河甚至因此而结冰，全球性粮食减产，饥荒遍地。所以有学者认为，是太阳辐射大幅减少造成的地球气温下降。 

图3  太阳黑子400年变化

        与蒙德尔极小期相比，第21—24太阳活动周黑子数峰值，分别在188、200、151、120，第25太阳活动周太阳黑子数峰值预计在95—130之间，只是比大部分活动周的黑子数峰值区间140—220略小，但远远高于蒙德尔极小期（图3）。

        那么公众关注的问题来了：第25太阳活动周太阳活动水平虽然不再持续下降，但太阳黑子出现依旧不多，太阳还会休眠、地球还会再次驶入小冰河期吗？地球真的会变得冷飕飕吗？更有意思的是：刚进入盛夏的北半球几乎是瞬间又进入了烧烤模式，地球仿佛生病了，忽冷忽热，打起了摆子。这让人们懵圈了，地球怎么了？这也是太阳黑子惹的祸吗？且听我们详细剖析。

        首先，太阳黑子是太阳活动强弱的重要标识。黑子数越多，太阳活动就越强，太阳耀斑、日冕物质抛射等现象就越频繁，产生的太阳风暴就越多。太阳上的黑子数存在11年的周期性变化，在11年中，太阳黑子会先变多，再变少，最终回到和一开始相似的数量。国际上规定，以1755年作为第一个太阳活动周的开始。目前太阳正处于第24个活动周的末期。

图4  第1-24活动周太阳黑子数的变化

        在太阳活动高年，太阳黑子通常成群结队出现。如果将太阳比喻成“火海”，那么这些“纵横火海”的黑子群就是其中的“弄潮儿”，源于它们太阳才“生机勃勃”。但黑子有些“古灵精怪”，好“偷奸耍滑”。远的暂且不论，就说自第21个太阳活动周始，太阳黑子数量已经连续三个活动周呈缓慢下降趋势，太阳黑子似乎既不出工也不出力了。尤其是2008年12月份进入第24个太阳活动周以来，太阳黑子数不仅增加缓慢，大黑子群出现数量也少，即使在太阳活动高年（极大期）也不例外，截至2019年6月，第24太阳活动周明显较第23太阳活动周记录到的重要事件数量少，规模小。而且太阳表面‘无黑子’现象出现得愈来愈频繁，太阳黑子消失的时间越来越长，从几天增加至几星期，甚至几个月之久。套句网络热词，就是太阳黑子开始“划水”了，它不知为何耍起了“小性子”，而且一闹就是几个太阳活动周，还不知道什么时候偃旗息鼓。

        太阳黑子划水，引起科学家广泛关注。英国著名物理学家和宇宙学家霍金在2017年10月曾预言，20年内太阳就会进入休眠期，可能将是世界末日。巧合的是在第24太阳活动周内，地球的确出现了极寒天气。首先2012年2月一股强烈的寒流席卷了欧洲大部分地区，俄罗斯最低气温低于零下50℃，多个国家发生罕见雪灾。英国《每日邮报》因此宣称2012年的寒冬显示“小冰河期来临”。2019年1月美国遭遇极寒天气，此次破纪录的寒流为美国中西部以及东北部各州带来了大幅降温和降雪，在中西部明尼苏达州和南北达科塔州等部分地区气温降至零下45℃。一些地区的温度降到破纪录的零下51℃，美国总统特朗普28日在推特上调侃，称想要全球变暖回来，引起舆论一片哗然。由此引发一波关于全球到底是变暖了还是变冷了的热议。很有意思的是，争论尚在继续，2019年6月底，高温天气肆虐欧洲多国，28日，法国南部部分小镇温度超过45℃。这又使得全球变冷言论不攻自破。到底是谁在捣乱？人们似乎更糊涂了，到底太阳活动能否影响地球气候！地球到底是变冷了还是变暖了？

        研究表明，影响气候变化的因素有太阳辐射、大气环流、地理环境和人类活动。太阳辐射是大气中一切物理过程或现象的基本动力，是地球、大气唯一的能量源泉。太阳辐射会通过大气环流和当地的热量平衡对地球和气候产生影响，所以很早以来，人们就把地球上气候变化原因用太阳活动来解释。

 图5 过去2000年温度序列

        地球小冰河期持续时间约200年（图5），实际上在1100年全球气温就开始有所下降，这个时期维持了约300年，1450年前后气温又有个大幅下降，这个时期大约维持了近400年，其中1550年至1770 年间期间，欧洲冰河迅速前进，亚洲多雨，北美降雨也很多，北半球气候极寒（小冰河期），小冰河期年平均气温比历史上年平均气温低约0.5℃。1900年以后，气温又迅速升高，冰河很快退却。

        全球气候从变冷一直到回到正常温暖状况，用了几乎800年的时间，而这期间黑子早就开始活跃，太阳黑子数虽几多起伏[2] ，但总体来看，太阳黑子有一个缓慢增加的过程，尤其是1750年以后，太阳活动基本保持在一个比较稳定的较高水平。研究表明，一般在太阳活动旺盛期，大气纬向环流发展，环极气流收缩，气候比较干热。所以，1900年以后的地球明显增温，但这是一个上百年的漫长过程。再有1750年以来，人类开始进入工业革命时期，人类活动从那时起或许也已经成为导致气候变化的另一个因素。

        太阳风暴期间，太阳辐射会短时增强，但太阳活动高年的总辐射量比太阳活动低年仅高出0.1%。并且，即使是弱的太阳爆发活动周，也可能会发生强的太阳风暴。比如，第24太阳活动周黑子数只有120，但2012年仍然发生过超级太阳风暴，只不过该太阳风暴没有朝向地球，但扫过了STEREO双子星并被记录下来。由此可见，太阳的总辐射量若想增加必须要经过一个超长期累积过程。根据地质学资料证明，一个完全的辐射循环的总长度在十万年与一百万年之间，太阳是一个变星，其辐射强度的振幅范围约达40%，其周期约为10⁵年。记住超长哦！我们几代人也看不到哦！所以目前气候变化一定还有其他的影响因素。 

图6  2012年7月23日STERREO B和A卫星观测到的太阳超强爆发

        世界气象组织早在2018年11月发布《气候状况声明》指出，全球变暖趋势仍在继续，有记录以来20个最热年份都出现在过去22年，其中最近4年占据排行榜前4位。至今这个结论没有进行补充和修改。

图7　温室效应加剧气候变暖

        大量观测以及研究表明，进入工业革命以来，地球的剧烈增温主要是二氧化碳排放引起的。大气中的二氧化碳对太阳短波辐射是透明的，对于地面长波辐射，特别是13–17μm波段，有强烈的吸收作用。总之，它既不削弱太阳辐射，又能使地面辐射热量保留在大气层中，具有高保温作用（气候的温室效应），这就使得地球二氧化碳排放的越多，气温越高。二氧化碳的累计排放很大程度上决定了21世纪现在及以后的气候都将变暖。地球发着高烧，而且这种高烧将严重扰乱气候系统自身的变化规律，各种极端天气事件如极寒、高温、暴雨洪灾天气会不断增多。这是自然界对人类的惩罚！

         林林总总说了这么多，其实归根结底的结论如下：

        一、未来一个太阳活动周，太阳黑子虽然还会继续划水，但它可能会恶作剧呦！人类不能放松警惕；

        二、地球再次驶入小冰河期的可能性微乎其微，大家不用着急买“加拿大鹅”啦！

        三、地球大概率地会继续打摆子，一会儿冷飕飕，一会儿热烘烘，人们要好好锻炼身体。

        2019年5月14日，地球再次爆发大地磁暴，地磁Kp指数出现1个7、1个6（Kp指数范围为0到9），是今年以来最强的地磁扰动事件。而上次发生大地磁暴，则要追溯到2018年中元节期间的8月26日，距离现在已经过去大半年了。

图1  5月14日的大地磁暴

    事后分析认为，本次大地磁暴的“元凶”是太阳上的活动区AR2740。它在5月10日爆发了一个B2级耀斑，伴随有日冕物质抛射（CME）。当CME中的大量高速等离子体云经过日地之间3天多的奔波后，于13日晚到达地球附近，引起地球磁场的剧烈扰动，导致了这次地磁暴的发生。

图2  5月10日B2级耀斑伴随的CME

    经过进一步分析，我们发现AR2740着实不简单，它的生命力实在太顽强了。这个活动区在3月20日就在日面生成，当时编号为AR2736，于3月24日转出可视日面；随后于4月7日重新转入可视日面，编号为AR2738，于4月19日转出可视日面；直到5月3日再次转入可视日面，编号为AR2740，于5月15日逐渐消失于日面。

图3  AR2736、AR2738、AR2740

    这个活动区在日面上存在了50多天，最大时达到了400个太阳面积单位。而2018年一整年仅出现过一个面积超过200个太阳面积单位的活动区AR2699，那还是在遥远的2018年2月。由此可见，活动区AR2736/38/40确实是太阳活动低年难得一见的大块头。不过，这个活动区磁类型的演化实在称得上顽固，导致它的爆发活动也时大时小，先后产生了三波不同量级的耀斑。

图4  AR2736、AR2738、AR2740产生的耀斑情况

    在AR2736时，磁类型达到过复杂的Beta-Gamma-Delta型，在3月下旬产生了十几个C级耀斑，最大为C5.6级。其中，3月20日的C4级耀斑伴随有明显的CME（图5），但并没有引起比较明显的地磁暴，仅仅带来了略微的地磁扰动（图6）。

图5  3月20日C4级耀斑伴随的CME

图6  3月20日CME引起的地磁扰动

    在AR2738时，磁类型仅为Beta型或Alpha型，只在4月下旬产生了一些B级耀斑，没有产生C级耀斑，也没有引发地磁扰动。

    在AR2740时，磁类型再达到略微复杂的Beta-Delta型，在5月上旬产生了十几个C级耀斑和多个B级耀斑，并像机关枪扫射一样，伴随向日冕外喷射了多次CME。其中，5月3日的C1级、6日的C2级耀斑伴随的CME比较明显（图7、图8）。

       5月3日的CME抛射方向太偏，喷发的物质没有朝向地球，没有引起地磁暴。

图7  5月3日C1级耀斑伴随的CME

        5月6日的CME虽然也是一个偏晕CME，但仍有部分抛射物质到达了地球，在11日引起了小地磁暴。

图8  5月6日C2级耀斑伴随的CME

图9  5月11日的小地磁暴

       到了5月10日，B2级耀斑再来一波CME，其中的高速太阳风最快速度达到550km/s左右，于5月13日晚上便迫不及待地来到地球附近（图10）。对地球磁场造成的结果是：5月14日，地磁Ap指数达到了36，标志极光活动水平的AE指数达到1800nT左右，地磁Dst指数达到-65nT左右。

 图10  5月13-14日地球磁场扰动

图11  5月14日的AE、AL等指数

图12  5月13日-15日的Dst指数

    由上可见，虽然我们现在处于第24太阳活动周的太阳活动低年，太阳活动水平较低。但是，正如我们常常提到的太阳爆发活动的偶发性，近期太阳上的大活动区AR2736/38/40 比较活跃，持续爆发了一些小耀斑（C级和B级），并像是机关枪一样不断地向外扫射日冕物质（CME），主要成分是高速高温的等离子体。如果这些喷射物质能够到达地球附近，就会快速冲击地球周围的磁场，我们就得享受地磁暴盛宴了。当然，也是看极光的好时机。

图13  5月14日在美国密歇根州拍到的极光