一、空间天气概述
空间天气是日地系统整体的物理状态，即太阳、行星际、磁层、电离层、热层和地球的物理状态。恶劣的空间天气包含稳定的高能粒子环境（如地球辐射带高能粒子环境）、突发性的高能粒子事件、扰动的地磁环境（地磁暴）、扰动的电离层环境（电离层暴）、扰动的大气环境以及空间碎片等；太阳活动是扰动的空间天气的源，而太阳造成恶劣空间天气的主要肇事者是太阳耀斑和日冕物质抛射（简称CME），CME又称太阳风暴。
二、空间天气的影响
剧烈的太阳活动（如耀斑和日冕物质抛射）有可能引起太阳高能粒子事件和强烈的地磁暴事件。高能质子和重粒子环境会使空间飞行卫星的控制系统出现紊乱、功能材料的性能出现下降并降低使用寿命、破坏太阳能电池原子阵列的排序、使太阳能电池的输出功率下降并缩短寿命，高能质子和重粒子环境的辐射严重威胁宇航员的安全。高能电子环境会引起卫星的表面充电和深层充电，同时也会产生辐射剂量，威胁宇航员的健康。太阳耀斑不仅可能会引起太阳高能粒子事件，还会引起电离层的突然骚扰，造成短波通讯的突然中断。在太阳活动的高年，经常会出现短波通讯突然中断的现象。空间碎片对在轨航天器的危害也是很大的，应该非常重视对其的研究和预防。
一次强的太阳高能粒子事件有可能导致一颗或多颗卫星永久性的损坏。一次强烈的朝向地球的CME事件会引起太阳—行星际磁层剧烈的扰动，如地磁暴，电离层暴等。强烈的地磁暴期间地球空间的磁场会出现很强的扰动，其引起的后果是影响卫星的姿态。强烈的地磁暴期间会引起磁层内高能电子分布区域和强度出现大幅度的变化，部分区域的高能质子环境也会出现变化，这些变化会加速卫星功能器件的破坏。强烈的地磁暴期间还会出现大量的粒子沉降，导致地球大气层大气急剧地膨胀，使低轨卫星在飞行过程中速度加速衰减，卫星飞行的轨道高度加速下降，下降到一定程度将会直接坠落大气层被烧毁，从而提前结束其寿命。
大的地磁暴期间形成的空间－地面电路系统对地面的电力设备构成严重威胁和地下管网（石油管道、地下电缆等）腐蚀加剧，从而对地面的技术系统构成严重的威胁。大地磁暴期间注入电离层的粒子会导致电离层暴，电离层暴期间会出现短波通讯较长时间的中断，通讯中断对人民正常的生活、海上通讯造成威胁，此外，磁暴期间空间目标和地面目标的定位不准，甚至出现跟踪目标丢失，因而对国家安全构成严重的威胁。在卫星系统的故障中，大约40％的故障是由空间天气引起的。
1989年3月13～14日出现了一次非常巨大的磁暴，这次磁暴造成加拿大魁北克省大停电，当天北美共30多条线路跳闸，1分钟内7台SVC（高压静止无功补偿成套（SVC）装置）先后跳闸，破坏使5条线路先后跳闸，十几秒内系统瓦解。损失19400MW（兆瓦）发电负荷，1325MW外送负荷；恢复用时9个多小时；600多万人受到停电影响。在这次磁暴期间，美国空军跟踪的5000多个目标丢失。
2000年7月14日太阳活动非常剧烈，造成了非常恶劣的空间天气。ASCA（Advanced Satellite for Cosmology and Astrophysics） 卫星失去高度定位，导致太阳能帆板错位而不能发电，卫星差不多丢失了；GOES-8 & GOES-10 卫星电子传感器有问题，功率面板也有问题；ACE（Advanced composition Explorer）卫星发生临时的SW和一些其他的感应器问题；WIND卫星主要的传输功率有25%永久丢失，太阳感应器和卫星感应器发生暂时性故障；SOHO、YOHKOH、TRACE三颗观测太阳的卫星成像仪受到高能质子污染；GEO（地球同步轨道）和LEO（极轨）卫星MPE时期，卫星姿态方位出现问题，GEO卫星太阳能电池阵减少了0.1安培的电流输出。
2003年10月底的恶劣空间天气事件期间，造成了瑞典马尔默大停电事故；日本等国家的卫星被迫关闭；满洲里微波通信中断5小时；我国阳城电厂送出工程上河变电站、武南变电站和浙江双龙等变电站都发现过地磁感应电流（GIC）造成的变压器运行异常。我国南方电网惠州等变电站的变压器、广东岭澳核电厂主变压器都发现了GIC 导致的异常及影响；正因为此，国外很多电力公司在变压器订货时要求提供允许的直流电流指标。
2005年5月和9月的大磁暴发生期间，江苏上河变电站、武南变电站和广东岭澳核电厂等都发现或检测到了变压器中性点的 GIC（地磁感应电流）；广东岭澳5月15日近30A，9月16日接近20A。中国气象局国家空间天气监测预警中心在2005年5月14日期间通过新闻联播及时发布了磁暴预报，部分电力部门看到预报信息后及时采取了措施，并记录了磁暴期间电力系统出现的异常信息，为我们研究磁暴对电力系统的影响提供了宝贵的资料。
三、空间天气灾害预防
地球周围空间有大量的高能带电粒子，这些粒子的聚集区称为地球辐射带，因为地球周围的辐射环境主要是南大西洋异常区周围的高能质子（能量范围10～400MeV）、分布在高纬区的电子和南大西洋异常区的周围电子（能量范围100KeV～7MeV）。对卫星和宇航员安全影响较大的主要是内辐射带的高能质子和外辐射带的高能电子，其中辐射带高能质子的空间分布和能谱是比较稳定的。当然，如果时间足够长，会出现分布区域的漂移，主要是中心区域的西移和北移，以西移为主，高能质子分布的整体区域还会扩大。外辐射带的高能电子受太阳活动的影响强度和空间分布的区域会出现迅速的变化。利用卫星的探测资料可以确定高能质子的分布区域，利用资料可以建立实际的高能质子空间分布的模式，利用这些模式可以用于空间天气预警，主要用于卫星通过高辐射区时发警报以及确定宇航员出舱的位置。辐射带高能电子环境由于变化很迅速，因此，必须建立专门的业务预报方法。
尽管太阳活动的研究已经取得很大的进展，但是，相当多的问题还没有解决。无论是太阳耀斑、CME还是太阳高能粒子事件的研究都还有很多未知的东西需要我们去解决，突发性太阳活动的预报水平还较低。无论是太阳活动的预报还是研究，都依赖于对太阳活动的监测。地球辐射带高能粒子环境、电离层环境、空间磁场环境、空间碎片环境等同样依赖于监测，因此，空间天气的监测是空间天气预报预警的基础，监测数据一方面可以直接为空间天气的预报预警服务，同时又可以通过对空间天气监测数据的分析来更深刻地理解空间天气变化的规律，从而为提高空间天气预报预警的水平打下基础。因此，空间天气的监测与预报预警是一个完整的体系、密不可分。
由于空间天气对航天活动、民航、地面的技术系统、国家安全都构成严重的威胁，因此，我们必须尽快建立空间天气监测预警系统。尽管国家空间天气监测预警中心已经开展了空间天气预报预警的业务预报服务，服务的内容有空间天气的短期预报、警报、现报、周报、重大空间天气事件事后的分析以及卫星故障的分析等，此外，我们还可以提供太阳活动的中期预报和长期预报，可以为卫星的发射和回收选择合适的时间。但是，目前这些服务工作都是非常初步的，还远远不能满足国家对空间天气预警整体的实际需求。
对于由太阳活动引起的恶劣空间天气，目前可行的办法就是对日地空间环境进行实时监测，依据监测进行近实时的预报和现报。国家空间天气监测预警中心作为我国国家级的空间天气监测预警中心惟一的业务部门，必须尽快建立空间天气监测预警系统。必须尽快确立空间天气监测的目标，规划满足空间天气预警的天基监测布局和地基监测布局，建立地基空间天气监测数据的传输网络，保证地基监测数据的实时传输。建立天基空间天气监测数据的地面接收系统，对于观测数据必须建立快速的数据预处理系统。大力开展空间天气预警研究，建立空间天气预警模式，建立空间天气预警发布系统。只有建立了这一整套系统，才可能真正建立空间天气监测预警的业务系统，实时发布空间天气预警的信息，从而减少灾害性空间天气对我国的影响，使我国空间天气监测预警业务为国家安全、空间活动的安全和地面技术系统的安全做出贡献，为国家的稳定、可持续发展提供保障。
由于空间天气监测预警的内容涵盖了从太阳到地球广袤的空间，因此，国内各个部门必须密切合作。工业部门（航天、通讯、电力、石油、民航等）与国家空间天气监测预警中心应该进行密切的合作，特别是工业部门提出空间天气预警的需求，国家空间天气监测预警中心依据需求提供专业的预警服务。此外，国家空间天气监测预警中心与国内研究部门进行密切的合作，研究部门把预警方面的成果交给国家空间天气监测预警中心，国家空间天气监测预警中心经过对预报模式的吸收和开发后，把它转化为可实际利用的业务预报模式，从而不断提高空间天气预警的能力。国家空间天气监测预警中心把监测的空间天气数据提供给研究部门，为研究部门提供科学的观测数据，为科学家研究空间天气的物理规律提供重要的资料，同时，国家空间天气监测预警中心可以向研究部门提出建立空间天气预警模式的需求。因此，必须建立起国家工业部门、研究部门和国家空间天气监测预警中心三方之间交流和合作的有效机制，形成分工明确，紧密合作、优势互补的局面，共同推进国家空间天气监测预警系统的建设。
随着社会发展，国家与民众对卫星的需求越来越大，空间卫星的数量日益增多，载人航天活动也会大幅度增加，因此，卫星和宇航员的安全保障需求也越来越迫切。国家电力系统的建设还将加大，远距离电路传输网络将增加，电路系统的负荷也将增大，有些电路传输系统的变压器负荷将大幅度增加，这些电路和器件一旦受到空间天气的影响出现故障而不能工作，给国家造成的损失将是非常巨大的。一旦爆发战争，空间天气监测预警在战争期间将对国家安全发挥极为重要的作用。国家经济的快速的发展，决定了必须建立起与之相适应的国家空间天气监测预警系统，为国民经济的发展和国家安全提供有利的保障。目前我国空间天气预报预警的业务与国家的实际需求有非常大的差距，因此，尽快建立我国完整的空间天气监测预警系统规划，有步骤、按计划确实推进我国空间天气监测预警业务的发展。国家空间天气监测预警中心的建设是国家重大的战略需求。
