入秋以来，信鸽比赛的归巢率、飞行分速明显偏低，甚至出现大面积丢鸽，鸽友们因此产生了种种困惑和疑虑，是拿错了地图？还是成了盘中餐？

      迟迟未归的信鸽

    信鸽具有天生的归巢本能，能够从遥远而陌生的地方返回自己的巢穴。这种归巢本能是信鸽竞翔运动的基础，然而信鸽的这种本领从何而来依然是个谜。有人认为信鸽是依靠太阳或者月亮 进行定向，也有人认为是依靠地磁场进行定向和 定位的，而更普遍的观点是信鸽可能同时或交叉 使用多种方法进行导航并归巢。

    经验来说，大风、大雨及大雾天气都会影响信鸽的飞翔和定向，所以各地的信鸽协会都会选择天气晴朗、无风或微风的日子安排比赛。但是即便小心地避开了不利天气，有时仍会出现信鸽的归巢率极低的情况，以今年 9 月至 10 月间的几次信鸽比赛为例：

    ● 09 月 8 日，天气晴，内蒙某协会 150km比赛，集鸽羽数 450 羽，当天归巢 242 羽；

    ● 09 月 10 日，天气晴，风力 2 级，广东某俱乐部 160km 训飞，集鸽羽数 600 羽，当天归巢 35 羽；

    ● 10 月 7 日，天气晴，山东某协会 km 比赛，集鸽羽数 777 羽，当天归巢 50 羽；

    ● 10 月 8 日，天气晴，风力 2 级，湖南某协会 500 km 比赛，集鸽羽数 1201 羽，当天归巢 148 羽。

    ● 从以上的数据可以发现，在 9 月 10 日和10 月 8 日，信鸽的归巢率极低，甚至不及10%。在如此有利的天气条件下，究竟是什么扰乱了信鸽的定向能力？也许我们可以从空间天气的扰动中找到答案。

      接踵而至的地磁扰动

    作为空间环境预报员，对以上列出的几个 日期非常熟悉，这几日太阳表面的冕洞曾让预报 员们忙的焦头烂额。这些周期性出现的冕洞会引起地球磁层的扰动、造成地磁场的活跃甚至引起 大地磁暴的发生。这种日期上的重合看似巧合， 实际上却揭示了信鸽丢失与地磁场扰动之间的关 系。

    地磁场的扰动一般是由太阳爆发活动（日冕物质抛射）或太阳冕洞引起。在太阳活动下降年，太阳趋于平静，由日冕物质抛射引起的地磁扰动逐渐减少，而太阳冕洞对地磁的影响却逐渐增强。2015 年是第 24 太阳活动周的下降年，由冕洞造成的地磁扰动事件逐渐增多。图 22 是 2015 年 9月和 10 月出现在日面上的同一冕洞，由于太阳的自转运动，它会周期性的出现在太阳的可见日面上，对地球磁场造成扰动。如图 23 所示，它在 9 月上旬和 10 月中旬都引起了强烈的地磁扰动。

图 2 重现性冕洞高速流

图 3 重现性冕洞高速流大地磁暴

        北京时间 10 月 7 ～ 8 日地球磁场持续扰动，在 8 日凌晨 2 点达到了大地磁暴水平。我们统计 了 8 日当天空距超过 100km，集鸽羽数大于 100的比赛归巢率 [1]，如表所示。上述统计数据表明，在磁暴发生时，全国各地信鸽的归巢率都普遍下降。如此大面积的丢鸽 事件，基本可以排除当地天气状况、信鸽质量等原因，而全球性的地磁扰动成为这一现象最合理的解释。

    类似现象让很多信鸽协会敏感地意识到地磁暴与信鸽归巢的关系，开始重视地磁扰动，并将其作为安排比赛日期的重要参考因素。空间环境预报中心也因此增加了很多来自航天系统以外的 用户——信鸽协会。

      忙碌的空间环境预报员

    “10 月 8 日地磁活跃，发生地磁暴可能性较高。另近日训放、比赛，归巢情况均不理想。 为减少鸽友的损失，也抱着对鸽友负责的态度， 决定取消本次训放，具体训放时间，网上另行通 知。望参赛鸽友给予理解，谢谢！

    很多信鸽协会和俱乐部会根据地磁指数的预报结果调整比赛安排。河北、山东、内蒙古等省 份的很多信鸽协会已经成为我们的用户，时时关 注我们在网站和 APP 上提供的预报结果，将其作为安排比赛日期的重要参考，在信鸽比赛前还会电话联系预报员进行咨询和确认，“明天 7 ～ 9点地磁状况怎么样？”、“我们要放鸽子，地磁活跃也不行啊！”……

    中科院国家空间科学中心为航天工程提供空间环境保障的同时，为公众科普和公众服务也是我们工作的重要组成部分。每一次地磁暴来临，都会伴随着电话铃声的不断响起，无论是否为工作时间，无论是否为当班预报员，我们的预报员都会综合考虑空间环境各个要素，给出合理和及时的建议。

图4 预报员在值班

        解救迷失的信鸽

     国外信鸽协会已将地磁活动状况纳入比赛安排的考虑，形成比较完整的信鸽飞行预报体系， 在 Kp 大于 4 或 Dst 指数大于 140 时，不宜放飞 信鸽。目前国内信鸽协会对地磁扰动的认识不深，需要我们广泛宣传地磁扰动对信鸽的影响，让更 多的信鸽协会在安排比赛日期时将地磁扰动状况 纳入考量因素。

     中科院国家空间科学中心的空间环境预报中心面向公众提供了短期、中期、长期等多种形式 的预报产品，开发了 Kp 指数等预报模式，通过 网站、邮件、短信、APP 等为公众提供预报服务。除提供常规预报产品和服务，根据用户的需求，我们还可以提供类似《信鸽出行指南》等定制服 务，让我们的服务成为安排训放和比赛的辅助工 具，帮助用户选择放飞时间，避开地磁扰动，尽可能的减少用户损失。

图 5 预报 APP 界面

图 6 kp 指数预报模式

　　2015年10月9日至11日，GEO轨道大于2MeV高能电子日积分通量持续超过中等高能电子暴阈值（1.0E+09个/cm2·sr·day），达到橙色警报等级。10月9至11日，GEO轨道大于2MeV高能电子日积分通量分别达到1.7 E+09、2.2 E+09和2.1E+09个/cm2·sr·day，目前仍处于高水平。预计12日GEO轨道大于2MeV高能电子日积分通量仍将维持在中等高能电子暴水平。鉴于近几日高能电子通量持续处于高水平，请中高轨道卫星用户关注深层充电可能引起的异常。

　　预计高能电子暴事件还将持续3天左右。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。

图1 2015年10月9-11日持续中等高能电子暴事件

    行星际空间中存在着一种“风”，它就是从太阳吹出来的“太阳风”。犹如地球大气层中的风一样，它时而缓和，时而狂风大作，表现形式多种多样。在这些复杂的表象中同样也存在着规律性。当太阳风发生剧烈爆发时，原本看似平静的行星际海洋将激起太阳风“巨浪”，而这股巨浪将成为太阳对地球空间环境进行攻击的超级“武器”。

    1.什么叫太阳风

    在太阳最外层大气日冕层中，温度高达几百万度，那里的原子几乎都处于完全电离状态，其主要成分为电子和质子，还有少量以氦离子为主的重离子。如此高温的日冕等离子体犹如沸腾的开水，将不断挣脱太阳引力束缚，连续地向外膨胀，形成了太阳风。这些等离子体具有很高的电导率，它将携带着太阳磁场一起“吹”向行星际空间，形成行星际磁场。因此，从广义上讲，太阳风不仅包含了从日冕不断吹出的等离子体，还包含冻结在其中的行星际磁场。

图1白光日冕

    从日冕吹出来的等离子体，犹如从起点出发的汽车，它首先快速加速逃离太阳，之后基本匀速行驶在行星际空间中，最后与星际介质相互作用，停止于日球层顶。在太阳风匀速行驶过程中，其速度大致分布在250千米/秒到900千米/秒之间，超过了太阳风声速好几倍，直至行驶到终端激波其速度才降至亚声速水平。

    这些逃逸出去的日冕等离子体，在逃跑时还“顺手牵羊”紧紧抓着太阳磁场不放，使劲地往外扯，于是在行星际空间中形成了一条条长长的“磁力线”。这些磁力线头部植根于太阳表面，与太阳一起自转，另一端随着日冕等离子体一起进入行星际空间。由于这些外逃的等离子体受角动量守恒的限制，即外逃等离子体旋转角速度和它到日心距离平方乘积守恒，它们越是往外逃，其转动的角速度越小，外逃方向越靠近径向，于是在黄道面上就形成了螺旋形的行星际磁场结构，磁力线形状就像快速旋转水龙头径向向外喷出的水滴形成的螺旋线一样。而且这些行星际磁场还保留着原先太阳表面磁场的方向，如果原先太阳表面磁场向内（外），被带到行星际空间的磁场也朝内（外），于是在黄道面上就有了多瓣的行星际磁场结构，如二瓣和四瓣。

图2行星际磁场螺旋结构和扇形结构

    2.太阳平静时的太阳风

    在太阳平静时，太阳风并不是均匀分布的，而是有低速流和高速流之分。顾名思义，低速流太阳风速度比较低，高速流太阳风速度比较高,但低速流等离子体数密度比高速流高。从太阳风温度来看，低速流中质子温度低于电子温度，高速流情况刚好相反。根据地球轨道附近的太阳风观测可知，低速流太阳风平均速度大约300千米/秒左右，高速流太阳风平均速度大约为700千米/秒左右。

图3尤利西斯太阳极轨卫星观测到的低速流和高速流太阳风（已换算到一个天文单位处）

    为什么太阳风会有高速流和低速流之分呢？原来太阳日冕并不是均匀的，存在着一些辐射弱，温度和密度比周围小的多的特殊区域，该区域叫冕洞，冕洞中的磁力线是开放的，其中的等离子体更加容易逃出日冕，因此，其逃离速度比较大。再结合冕洞低密度，太阳风高速流低密度、低纬冕洞和低纬太阳风高速流27天重现性等特点，可以确认太阳风高速流起源于冕洞。

图4太阳风和日冕关系

    当太阳风高速流和低速流相遇时，高速流将挤压前面的低速流，后面低速流将被落的更远，于是在高速流前边会形成一个压缩区，即共转互作用区，后面也将形成一个稀疏区。在共转相互作用区内，由于高速流和低速流之间的相互挤压，其中太阳风等离子体数密度、温度及磁场强度通常比较高。当压缩比较强的时候，在压缩区前后可形成前向激波和后向激波（两侧的太阳风相关参量发生突变），该激波通常在距离太阳一个天文单位以外观测到。如果产生高速流的低纬冕洞寿命比较长，如几个太阳自转周，那么就可观测到约27天（太阳自转周期）周期性的太阳风扰动。由高速流和低速流共转相互作用产生的扰动太阳风通常可触发中小型地磁暴。

图5黄道面上太阳风高速流和低速流相互作用

    3.太阳爆发时的太阳风

    和地球一样，太阳并不总是平静的，也存在着类似“火山喷发”、“地震”等爆发活动。太阳爆发活动主要包括太阳耀斑爆发和日冕物质抛射，它们还可伴生太阳高能粒子事件。在太阳爆发活动中，日冕物质抛射对太阳风的影响最为显著，对地球空间环境的影响也最强。

图6火山爆发与太阳爆发

    日冕物质抛射所喷射出来的物质实质上是等离子体云。它在传输过程中其体积将发生膨胀，而且各部分膨胀的速度不一样，有时甚至会因此发生断裂。

    等离子体云在传输过程中也并不是匀速的，会与背景太阳风相互作用而发生改变。慢速等离子体云进入行星际空间后，由于其速度比背景太阳风小，会被背景太阳风加速，最终将达到与背景太阳风相当的速度，不产生大的太阳风扰动和高能粒子事件。快速等离子体云进入行星际空间后，将压缩、加热前面背景太阳风，从而产生具有高速、高密度和强磁场等特点的太阳风，并在其前头形成行星际激波。快速等离子体云因此成为太阳爆发对地球空间环境影响最强的武器，最终可触发大型地磁暴。

    4.太阳风与地球关系

    太阳风是超速等离子体流，并携带有磁场。它每时每刻都吹向地球，与地球磁场相互搏斗，最终平衡于磁层顶处，即磁层外边界处。太阳风等离子体将地球磁场基本上都包裹在磁层顶内，而地球磁场又将绝大部分太阳风等离子体阻挡在磁层顶外，保护着地球。

    太阳风对地球空间环境影响比较大的主要因素是：太阳风等离子体速度、太阳风等离子体数密度以及太阳风磁场南向分量。太阳风等离子体速度越快，数密度越大，则它对地球磁场施加的压力就越大，磁层顶也越小，地球空间环境变化就越剧烈。太阳风磁场南向分量越强，对向太阳一侧与其反向的地球磁场剥蚀就越厉害，地球空间环境变化就越剧烈。

    当太阳发生剧烈爆发时，快速的日冕物质抛射将产生强烈太阳风扰动。该扰动太阳风等离子体所产生的动压将压缩磁层顶，它所携带的南向行星际磁场也将剥蚀地球磁层顶，使地球磁层发生剧烈改变，有时甚至可将日地连线处磁层顶从距离地心11个地球半径压缩、剥蚀到6.6个地球半径以内。该扰动太阳风所触发的地磁暴将影响卫星、通信、导航、电力等系统正常运作，从而影响到人类生活。

图7太阳风和地球磁场相互作用结果

　　2015年10月9日至10日，GEO轨道大于2MeV高能电子日积分通量持续超过中等高能电子暴阈值（1.0E+09个/cm2·sr·day），达到橙色警报等级。10月10日，GEO轨道大于2MeV高能电子日积分通量达到2.2E+09个/cm2·sr·day，目前仍处于高水平。预计11日GEO轨道大于2MeV高能电子日积分通量仍将维持在中等高能电子暴水平。鉴于近几日高能电子通量持续处于高水平，请中高轨道卫星用户关注深层充电可能引起的异常。

　　预计高能电子暴事件还将持续2-3天。

　　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。

图1 2015年10月9-10日持续中等高能电子暴事件

　　受重现性冕洞高速流的影响，2015年10月7-8日地磁发生强烈扰动。10月8日，地球同步轨道大于2MeV高能电子日积分通量达到5.1E8个/cm2·sr·day，10月9日通量增加至1.7E9个/cm2·sr·day，达到中等高能电子暴水平。受其影响，卫星轨道高能辐射环境水平增加，深层充电概率上升。

　　预计高能电子暴事件还将持续2-3天。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。

图1 10月7-8日地磁暴的Kp指数示意图

图2 10月8日的冕洞示意图