佀長(zhǎng)剛　姚好海　譚琳珊　楊亮

摘 要：該文簡(jiǎn)述了空間天氣科學(xué)的發(fā)展概況及其在人類生活中各領(lǐng)域日趨增加的應(yīng)用情況。通過(guò)空間天氣科學(xué)在航空業(yè)的應(yīng)用方法，介紹了如何以建模方式將某一種科學(xué)主題的顯著性和可靠性加以強(qiáng)調(diào)并使其合法地推廣使用。重點(diǎn)論述了在太陽(yáng)活躍期，一定程度的惡劣空間天氣可能對(duì)極地和高緯度航空活動(dòng)造成的嚴(yán)重危害，并結(jié)合相關(guān)事實(shí)，證明了空間天氣科學(xué)應(yīng)用的顯著、可靠、合法。并對(duì)空間天氣科學(xué)的應(yīng)用前景做出了進(jìn)一步的展望。

關(guān)鍵詞：空間天氣 應(yīng)用 建模 航空業(yè)

中圖分類號(hào)：V2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）03（b）-0019-02

1 空間天氣科學(xué)目前應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

如何更好地將最新的科技成果應(yīng)用于決策科學(xué)中，無(wú)論對(duì)科學(xué)家還是各決策機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)都是一個(gè)突出的問(wèn)題。在日常工作與各項(xiàng)社會(huì)活動(dòng)中，相關(guān)的科技知識(shí)在各領(lǐng)域的決策中都起到非常重大的作用。今天，管理層對(duì)計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代科技的有效運(yùn)用，讓他們能輕易解決許多復(fù)雜、繁瑣的問(wèn)題。另一方面，科學(xué)家們從日益增長(zhǎng)的科技知識(shí)入手，逐步建立同類問(wèn)題的一般性解決方案。然而，令人遺憾的是，最新的科技信息總是很少地被決策者有效地利用。這種科學(xué)研究與應(yīng)用的距離在很多學(xué)科中普遍地存在，空間天氣領(lǐng)域也不例外。

1.2 應(yīng)用的重大意義

隨著科技的進(jìn)步和和社會(huì)的發(fā)展，社會(huì)生活的諸多方面對(duì)空間天氣的依賴也日趨顯著。由于各學(xué)科應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)電和衛(wèi)星系統(tǒng)的依賴性顯著提高。同樣，隨著太陽(yáng)活動(dòng)的進(jìn)一步活躍，對(duì)地球的影響也逐漸增大，人類在新的太陽(yáng)活動(dòng)周期將面臨著更加嚴(yán)峻的考驗(yàn)。例如，人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)活動(dòng)比以往更依賴全球定位系統(tǒng)（GPS）和衛(wèi)星無(wú)線技術(shù)，任何中斷和錯(cuò)誤都將造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)影響。因此，在相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域建立空間天氣和應(yīng)用決策之間的聯(lián)系顯得尤其重要。

2 將空間天氣預(yù)測(cè)應(yīng)用于各行業(yè)中的方法

2.1 建模

但是你怎樣強(qiáng)調(diào)某一（科學(xué)）主題對(duì)決策的制定應(yīng)該是重要的？為回答這個(gè)問(wèn)題，一個(gè)社會(huì)科學(xué)研究小組研發(fā)出一個(gè)結(jié)構(gòu)，通過(guò)這個(gè)結(jié)構(gòu)科學(xué)家們能夠?qū)⑿畔⑴c決策有效地聯(lián)系起來(lái)。他們的研究顯示，所謂的信息需要有三個(gè)屬性，顯著性、可信性、合法性，對(duì)信息的范圍做出了限定。突出的信息是有關(guān)決策者的需要；可信的信息順理成章地體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)的特征和觀點(diǎn)；合法的信息反映了信息生產(chǎn)過(guò)程的“公正性”，并反映出此過(guò)程對(duì)不同利益者所具有的不同價(jià)值觀和信仰。雖然沒(méi)有計(jì)劃正式應(yīng)用這一框架，空間天氣一個(gè)領(lǐng)域的研究工作已成功地和決策接口：航空預(yù)報(bào)方面的應(yīng)用。隨著空中航線的日益增多，航空業(yè)越來(lái)越意識(shí)到不良的空間天氣對(duì)高緯度和極地飛行的不利影響。不良的空間天氣會(huì)破壞高頻通信，引起衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤，增加輻射對(duì)人類和航空設(shè)備的傷害。由于科學(xué)家們成功地做了空間天氣的研究，而且研究成果顯著、可靠、合法，因而越來(lái)越多的航空公司開(kāi)始使用他們。仔細(xì)看看空間天氣領(lǐng)域接下來(lái)在航空工業(yè)方面要做的重要研究，這些研究將幫助科學(xué)家將這個(gè)框架應(yīng)用于其他對(duì)空間天氣來(lái)說(shuō)重要的研究領(lǐng)域。

2.2 航空業(yè)

2.2.1 會(huì)議空間氣候的獨(dú)特挑戰(zhàn)

盡管所有科學(xué)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)都和決策研究相關(guān)，但空間天氣領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)更加獨(dú)特。例如，許多決策者可能不知道有空間天氣，不了解惡劣空間天氣對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的危害。部分原因是由于惡劣空間天氣對(duì)社會(huì)各方面影響的研究進(jìn)展緩慢，只在最近才剛剛?cè)〉幂^顯著的技術(shù)成果。加上當(dāng)前的科研經(jīng)費(fèi)有限，與眾所周知的洪水、地震等自然災(zāi)害相比，對(duì)政府有關(guān)政策的制定者而言，進(jìn)一步提升空間天氣研究的地位實(shí)在不算明智。面對(duì)這些挑戰(zhàn)，需要空間天氣從業(yè)者加倍努力工作，使研究與決策有機(jī)結(jié)合起來(lái)。雖然有些決策者考慮到空間天氣信息有助于減少風(fēng)險(xiǎn)和最大限度地減少損失（美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)的會(huì)議，2008年），但要做的更多工作是集中精力研究空間氣候是如何對(duì)日常生活和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞的?；仡欉^(guò)去的成就，像空間天氣在航空領(lǐng)域所發(fā)揮的作用，為未來(lái)的發(fā)展提供了有用的指南。但科學(xué)家們?cè)诤娇展I(yè)領(lǐng)域究竟是如何有效地克服在研究和制定政策之間的障礙？答案是通過(guò)仔細(xì)檢查組織結(jié)構(gòu)獲得的發(fā)現(xiàn)。

2.2.2 空間天氣信息的顯著性

顯著的信息所回答的是有意義的問(wèn)題，可以為各個(gè)利益階層所應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)顯著性，所做的研究應(yīng)當(dāng)與專業(yè)領(lǐng)域外的真實(shí)世界緊密相連，以使研究結(jié)果成為形象的東西。例如，一定程度的太陽(yáng)暴輻射可能不會(huì)對(duì)一顆人造衛(wèi)星或航空飛行產(chǎn)生顯著影響，他們可能更關(guān)心空間天氣現(xiàn)象會(huì)對(duì)這些過(guò)程產(chǎn)生何種程度的影響。為獲得顯著的信息，NOAA的空間天氣預(yù)報(bào)中心（swpc）和商業(yè)服務(wù)供應(yīng)商攜手推出了空間天氣信息應(yīng)用，以確保預(yù)報(bào)對(duì)決策過(guò)程是有用的。特別是在太陽(yáng)風(fēng)暴和無(wú)線電中斷的空間環(huán)境下，空間天氣信息對(duì)一家航空公司用來(lái)預(yù)測(cè)決定是否要中斷和恢復(fù)飛行的發(fā)布的作用是很顯著的。操控中心對(duì)一些航班改變的操作就是根據(jù)美國(guó)國(guó)家洋和大氣局所發(fā)布的空間天氣指示——如果是發(fā)出了警報(bào)的太陽(yáng)輻射水平達(dá)到4級(jí)或更高，操作人員可要求中止此區(qū)域的航線，因?yàn)楦哳l通信交流的喪失可能會(huì)使飛機(jī)無(wú)法從空中交通管制中心收發(fā)資料信息，對(duì)旅客和機(jī)組人員的生命安全造成危害。事實(shí)上，美國(guó)聯(lián)邦航空管理局規(guī)定：在飛行航線設(shè)置前，為安全考慮，要求考慮保持雙通道通信。

如圖1所示在2006年12月，地球遭到一連串強(qiáng)烈太陽(yáng)暴襲擊。類似于目前美國(guó)國(guó)家海洋和大氣局的空間天氣預(yù)測(cè)中心制作發(fā)布的這張圖，頻率在35 MHz以內(nèi)的信號(hào)，在極地被削弱至少1 dB，西半球尤為突出。紫外線和X輻射線噴射向地球，影響著中低緯朝向太陽(yáng)一側(cè)，當(dāng)被激活的質(zhì)子穿透高緯度時(shí)，侵襲了極地高緯度地區(qū)的通信系統(tǒng)。因?yàn)楦哳l信號(hào)在跨洋飛行和大部分極地航線的飛行中的遠(yuǎn)程通信是很易受干擾的。對(duì)航空工業(yè)來(lái)說(shuō)，像這些問(wèn)題的出現(xiàn)，突顯了空間天氣的影響。

集中了科學(xué)家和航空公司代表的會(huì)議——NOAA空間天氣預(yù)報(bào)室和美國(guó)的氣象協(xié)會(huì)新成立的太陽(yáng)光譜工作室舉行的年度會(huì)議，是一個(gè)旨在綜合用戶在空間天氣方面的需求而提高空間天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品針對(duì)性的特別會(huì)議。氣象協(xié)會(huì)太陽(yáng)光譜工作室的與會(huì)者決定成立一個(gè)越極地工作組（CPWG）——個(gè)國(guó)際航空代表參與的開(kāi)發(fā)一系列用戶極地業(yè)務(wù)需求的特別小組，該小組服從聯(lián)邦航空管理局（FAA）和國(guó)際民用航空組織（ICAO）的領(lǐng)導(dǎo)。由于這一過(guò)程，空間天氣研究的價(jià)值和對(duì)航空工業(yè)的重要性就可以獲得人們進(jìn)一步的了解，這將有助于未來(lái)突顯空間天氣的顯著性。

2.2.3空間天氣信息的可靠性

可靠性是在科學(xué)和同行公認(rèn)的基礎(chǔ)上建立的。對(duì)于信息的可靠性，研究者必須向決策機(jī)構(gòu)展示其可信度，而決策機(jī)構(gòu)必須明白數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)的局限性。例如，為確保信息的可靠性，空管和氣象人員參加空間天氣會(huì)議直接從科學(xué)家們那里了解對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)評(píng)估的第一手資料。在這樣的會(huì)議上提出數(shù)據(jù)、方法和分析、解釋，使研究人員和決策者對(duì)彼此表述的觀點(diǎn)變得互相熟悉。一旦在觀測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)之間建立起高度的可信任度，空管人員就會(huì)按照空間天氣預(yù)報(bào)中心發(fā)布的預(yù)報(bào)來(lái)在制定或修改他們的飛行計(jì)劃。為增強(qiáng)可信度，NOAA努力有效使用行業(yè)熟悉術(shù)語(yǔ)和信道來(lái)有效傳遞預(yù)報(bào)結(jié)果。此外，他們還為航空公司的決策者提供了空間天氣培訓(xùn)和教育的基礎(chǔ)資料。

2.2.4空間天氣信息的合法性

信息合法性的概念是指信息的無(wú)偏見(jiàn)和諧公正性，可以通過(guò)參與研究者、信息的生產(chǎn)方式、以及對(duì)它的修改和散發(fā)等步驟來(lái)檢驗(yàn)。開(kāi)發(fā)的合法信息需要用決策者的期望值和對(duì)預(yù)報(bào)產(chǎn)品的綜合反饋來(lái)判斷。無(wú)論怎樣的顯著的、可信的信息，如果生產(chǎn)、發(fā)布的過(guò)程，被認(rèn)為是不是合法的，那么這種信息就有很大可能的不會(huì)被使用。很多步驟的設(shè)置，都是為了確保信息的和諧、公正，例如，國(guó)家空間天氣計(jì)劃，要求各部門間主動(dòng)提供及時(shí)、準(zhǔn)確的空間天氣觀測(cè)資料和警報(bào)，通過(guò)合法渠道支持和幫助不同機(jī)構(gòu)合作以滿足公共需要。這涉及確保注冊(cè)的各機(jī)構(gòu)的利益。為航空產(chǎn)業(yè)的特殊需要，將科學(xué)家和航空公司的代表召集在一起，舉行了一個(gè)會(huì)議，會(huì)議旨在根據(jù)用戶的需求決定產(chǎn)品研發(fā)的次序。此外，科學(xué)界通過(guò)參加越極地工作組（CPWG）、國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)（IATA）和國(guó)際民用航空組織（ICAO）等機(jī)構(gòu)組織的航空會(huì)議，協(xié)助定義的用戶的條件和要求，增強(qiáng)了空間天氣信息的權(quán)威性。使空間天氣有關(guān)應(yīng)用更加合法。

3 空間天氣未來(lái)應(yīng)用的展望

對(duì)政策的決策來(lái)說(shuō)，空間天氣信息的應(yīng)用具有巨大的潛力。對(duì)連接科研與決策感興趣的所有人都認(rèn)為以這一框架為向?qū)且粋€(gè)方向?？臻g天氣研究和航空工業(yè)結(jié)合的成就正在穩(wěn)步取得。類似的與決策者穩(wěn)固的伙伴關(guān)系已經(jīng)在電力和GPS工業(yè)等行業(yè)中建立。

連接科研與決策的關(guān)鍵點(diǎn)在于確保掌握的信息具有顯著性、可信性、合理性等這三個(gè)屬性。為達(dá)到這一目標(biāo)，科學(xué)家們需要了解決策者的觀點(diǎn)，包括語(yǔ)言、文化和尊重他們的需要，而且要了解他們的需要可能會(huì)隨時(shí)間的推移而發(fā)生變化。這樣，隨著未來(lái)科技的發(fā)展，在科學(xué)家和決策者之間建立持續(xù)的溝通就是非常必要的。

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