临近空间对太阳风暴的响应是国际日地关系研究中一直关注的重大科学问题，也是中国科学院“鸿鹄”先导专项科学任务“临近空间对太阳风暴响应 特征观测研究”的重要研究对象。太阳耀斑导致的X射线和紫外（190nm-400nm）辐射增强直接影响临近空间大气能量收支。由于缺乏对太阳耀斑期间全谱段辐射增强、以及临近空间环境的高时间分辨率观测数据，严重制约了科学家对太阳耀斑瞬时影响临近空间不同高度环境的认知。
空间中心胡雄研究员团队在中科院“鸿鹄”先导专项任务的支持下，突破了临近空间浮空平台的综合环境先进探测载荷技术，成功开展了HH-20-10青藏高原飞行实验，幸运地获得了一个A级太阳耀斑事件期间的太阳紫外光谱辐射数据，揭示了在临近空间高度上的太阳紫外辐射光谱（190-400nm）变化特征。为进一步掌握太阳紫外辐射增强对临近空间影响的机制，团队骨干成员柳丹等提出了一种基于太阳光谱（190.5-399.5 nm）辐射历史数据集的、高时间分辨率的紫外辐射重构方法，采用包含大气动力学、辐射-光化学过程的物理模式，首次模拟10-100km临近空间大气环境对某个太阳耀斑紫外（190.5-399.5 nm）辐射增强事件的响应过程。
模拟结果表明，在某个太阳耀斑紫外线辐射增强的几十分钟内，以臭氧为主导的光化学过程引起了大气温度和密度的相应变化，且其效应持续了两天以上；大气臭氧、温度和密度的变化在不同高度上具有不同的机理和特征。在平流层，北半球低纬度和南半球臭氧均增加0.6%，这是因为臭氧生成反应（分子氧光解生成氧原子与氧气生成臭氧，受243nm以下波段辐射影响）和反应速率与其他消耗臭氧的反应相比增幅较大，导致平流层臭氧总量增加；在中间层，除了北半球高纬地区的其他地区，在 70-85 公里处有高达 6% 的正响应，这是由于没有产生足够的 HOx 来克服Lyman-α（121.6nm）对分子氧的光解，最终臭氧生成反应取得优势导致臭氧增加；在低热层85 公里以上为 -3.6% 的响应，主要是由于臭氧与氮氧化物（N,NO）的消耗反应导致臭氧减少。
该项工作首次给出了临近空间对太阳耀斑紫外（190nm-400nm）辐射增强响应的模拟结果。在太阳耀斑影响临近空间的认知上取得的任何进展，对于进一步探索太阳风暴影响低层大气天气和气候过程具有重要意义。
图1 基于FISM和GSFCSSI数据集重构5分钟分辨率的太阳光谱辐射((a)0.05 nm，(b)0.15 nm，(c)120.5nm，(d)280.5nm)
图2 臭氧在太阳耀斑不同时期的相对变化((a)耀斑前，(b)耀斑期间，(c)耀斑结束，（d）为耀斑期间低纬地区的臭氧响应。)
该项工作已在国际学术期刊Atmosphere上正式发表，临近空间浮空器先进载荷技术和部分飞行实验结果可参阅研究团队近期发表在《空天技术》上的文章。
Citation:
1.Liu, D.;Yang, J.;Hu, X.;Cheng, X.;Xiao, C. Simulation of the Impact of Instantaneous Solar UV Radiation Enhancements on the Middle Atmosphere via UV Radiation Reconstruction. Atmosphere. 2022,13,1386. https://doi.org/10.3390/atmos13091386.
2.胡雄，韦峰，李磊，陈涛，周斌，宋亮，韦飞，王馨悦，朱翔，陶孟泽. 浮空平台临近空间环境探测载荷技术研究. 空天技术. 2022(3):95-104.
（供稿：天气室）
