美国应对空间天气事件影响发展动向与思考

● 文 |中国国防科技信息中心 刘映国 孙 龙

美国应对空间天气事件影响发展动向与思考

● 文 |中国国防科技信息中心 刘映国 孙 龙

为应对空间天气事件对经济社会发展和国家安全的影响，美国发布《国家空间天气战略》与《国家空间天气行动计划》文件，对联邦政府观测、研究、预报极端空间天气事件及响应与恢复做出战略部署。空间天气事件对现代信息化社会基础设施的影响是致命性的，美国把应对这一自然灾害上升到国家战略高度，要求调动全社会力量做好空间天气研究、预报和预警服务，全面增强应对关键基础设施响应与恢复能力。面对空间天气灾害的不确定性和潜在灾难性后果，本文建议加强空间天气危害知识普及，拓宽与政府防灾减灾部门沟通渠道，提高空间天气事件观测、研究与服务水平。

随着信息化社会的迅猛发展和航天系统在经济社会建设中作用的发挥，空间环境对现代社会关键基础设施的干扰越来越突出，已经成为影响国家安全与社会稳定的一个重要潜在因素。2014年11月，由美国“国家科学技术委员会”组织跨部门“空间天气观测、研究与减缓小组”，对国家应对空间天气事件的战略与行动计划进行研究，并于2015年10月发布《国家空间天气战略》（简称《战略》）与《国家空间天气行动计划》（简称《行动计划》）。两份文件就极端空间天气事件对国家关键基础设施的潜在危害，以及空间环境探测研究、产品服务与影响应对等提出战略目标与行动计划。两份文件同时发布，将国家应对空间天气事件的战略目标与具体行动计划有机结合，反映了美国政府对空间环境潜在危害的高度重视，并将对美国及世界空间天气影响研究、探测、产品制作服务与危害应对等方面产生深远影响。

一、《战略》与《行动计划》内容概要

美国政府认为，空间天气作为一种规律性太阳爆发事件的自然现象，具有扰乱电力系统、卫星与航空运行、无线通信、导航定位与授时服务，以及破坏其他技术系统与国家重要基础设施的潜在危害，需要从国家层面采取应对措施，为天基资产和电力系统等关键基础设施提供极端空间天气事件灾害的保护、减缓、响应与恢复能力。《战略》提出了6大应对空间天气事件的目标，并在《行动计划》中对联邦政府当前与未来研究发展工作做出明确规划与部署。

目标1：建立空间天气事件基准。《战略》提出应对空间天气事件影响并采取恰当措施，需要对这类事件的重要性与发生频率有一个准确的认识。空间天气事件基准能够帮助政府和工业界评估关键基础设施的脆弱性，建立决策点与行动阈值，确认风险，为减缓危害的措施与实践提供参考，并制定灾害响应与恢复计划。

目标1要求具体制定以下基准：地球电感应场、电离辐射、电离层扰动、太阳电磁爆发、上层大气膨胀等。

目标2：增强响应与恢复能力。《战略》要求制定出支持和提高管理空间天气事件响应与恢复能力的综合指导意见，包括联邦政府、各州与当地政府以及私营部门应对空间天气极端事件的响应与恢复能力。

目标2的具体行动计划包括六个领域：一是制定所有危害电力系统中断的响应与恢复计划；二是支持政府与私营部门应对极端空间天气事件的计划与管理；三是为在极端空间天气影响时保证基本的政府与工业服务制定应急计划提供指导；四是在极端空间天气事件过程中，增强通信系统的能力与互操作性；五是鼓励基础设施与技术资产的所有者与运行者，协同研发实际电力恢复优先能力与预期能力；六是制定与实施演练计划，提高和演练政府与工业界有关空间天气事件响应与恢复计划。

目标3：加强防护与减缓工作。《战略》提出，改进国家应对空间天气事件的准备，需要加强防护与减缓措施。防护重点是开发保护国家免受空间天气事件影响的能力与措施，包括降低国家关键基础设施的脆弱性。减缓重点是使风险最小化，应对效应影响，提高灾害恢复能力。这些准备工作的落实需要公众与私营主的联合行动，在国家基础设施体系内共享经验共担责任。

目标3的具体行动计划包括：一是鼓励制定危害减缓计划，降低空间天气影响的脆弱性，管理来自空间天气影响的风险，对空间天气影响响应提供帮助；二是与工业界协同工作，在最易受空间天气影响领域采取措施，以实现长期降低空间天气事件中的脆弱性；三是加强公众与私营部门协作，为降低空间天气事件中脆弱性行动提供支持。

目标4：完善对关键基础设施影响的评估、建模与预测。《战略》要求在空间天气事件过程中，提供及时、可靠、可控与准确的决策支持服务，对改进国家准备状态至关重要。因此，必须充分认识在极端空间天气事件中，告知按要求采取行动所产生的社会影响，并鼓励在事件发生之前采取适当减缓与防护措施。

目标4的具体行动计划包括：一是评估关键基础设施在空间天气事件中的脆弱性；二是开发基础设施实时评估与报告能力；三是开发与细化预报空间天气对关键基础设施影响的运行模型；四是改进对预报和通信工作的运行影响；五是开展空间天气对工业、运行环境与基础设施影响的研究。

目标5：通过提高认识与预测水平来改进空间天气服务。《战略》认为，提高对空间天气的基本认识仍有很大潜力，并要求进一步提高对空间天气观测与预报（相关产品与服务）的准确性、可靠性与适时性。基础科学与观测将有助于建模能力的提升，并改进空间天气产品与服务的质量。同时，也需要研发最新的科学技术，并提高将其运用到空间天气运行中心的能力。

目标5的具体行动计划包括以下几个领域：一是提高用户对空间天气预报要求的认识，建立前导时间与准确性标准；二是确保空间天气产品易懂，并可用于决策制定；三是建立和维持空间天气活动的基础观测能力；四是改进预报的前置时间与准确性；五是提高对空间天气重要性认识，推动开发和不断改进预测模型；六是提高从研究向运用转化过程的有效性与时效性。

目标6：加强国际合作。《战略》提出，针对空间天气事件的危害，必须在世界范围内采取相互依赖、全球应对与国际上协调响应的措施。美国不仅要成为全球应对空间天气影响的主力军，而且还要通过现有国际协议和建立新的国际协议与政策进行广泛动员以获得全球支持。

目标6的具体行动计划包括：一是将空间天气作为全球性挑战，建立国际协议与政策；二是与国际团体在观测基础设施、数据共享、数字建模与科学研究领域开展合作；三是强化在空间天气产品与服务领域的国际协调与合作；四是改进应对极端空间天气事件的国际合作途径。

二、美国应对空间天气事件的主要动向

美国是对空间进行探索、开发与利用最早，也是目前规模最大的国家。其对空间天气的监视、研究、预测、风险规避与危害防护，在人力与财力投入上规模较大，在研究水平和避险技术等方面处于世界前列。此次发布《战略》与相配套的《行动计划》，旨在国家战略层面提高对空间天气危害的认识，进一步采取强有力措施推动基础研究，观测网络建设，形成全国联动防护体系，切实提升国家应对极端空间天气灾害与关键基础设施恢复能力。

1．将应对空间天气事件灾害提升到国家安全战略地位

长期以来，美国政府都将防灾减灾作为政府履行管理职能的重要内容，调动各类机构积极投入，并利用不断发展的现代科学技术，增强国家在预防与抵抗自然灾害方面的能力。

美国政府认为，空间天气事件对信息化社会和航天资产带来的危害，将可能对美国经济社会和国家安全产生灾难性影响。《国家空间天气战略》就是为应对极端空间天气事件而制定的战略性指导文件。早在2011年3月30日和2013年2月12日，奥巴马政府先后发布了“国家应对”总统政策指令（PPD-8）和“关键基础设施安全与恢复”总统政策指令（PPD-21）。

“国家应对”总统政策指令要求建立一体化、基于国家整体能力的体系，并制定一系列“国家计划框架”以应对所有灾害。根据这一要求，国土安全部协调相关部门制定了“国家风险评估战略”，其中空间天气被确认为九个对国家安全有着潜在重要影响的自然灾害之一。“关键基础设施安全与恢复”总统政策指令确认了3个战略应急领域，要求联邦政府采取措施增强关键基础设施安全与恢复能力。该指令强调，能源与通信系统是确保关键基础设施功能的重中之重，要求联邦政府调动国内工业界与国际合作者共同采取措施，提高国家赖以生存的关键基础设施的安全与恢复能力。

2．由强权部门协调国家主要机构联合应对

《战略》与《行动计划》由“空间天气运行、研究与减缓”任务小组研究拟制，总统“科学技术政策办公室”审定发布。2014年11月，“国家科学技术委员会”组建了跨部门“空间天气观测、研究与减缓”任务小组，参加该小组的成员单位包括商务部、国土安全部、国防部等8个政府行政部门，以及联邦航空管理局、联邦通信委员会、国家情报局长办公室与空军等13个职能业务部门与服务机构，国家安全委员会、管理与预算办公室、科学技术政策办公室与白宫军事办公室等4个总统执行机构也参加了该项研究工作。

这两份文件特别强调，《战略》与《行动计划》超越了一个部门或单独领域的任务，是整个联邦政府协调应对空间天气事件，要求联邦政府调动各级政府机构、公共部门、私营企业和学术界共同应对。两份文件协调配套，《战略》提出了国家应对空间天气事件的顶层目标，《行动计划》细化了每个目标涉及的任务领域和要完成的具体任务与时间要求，并明确了每项具体任务涉及的联邦政府部门及该部门在此项任务中的具体职责。

《战略》还提出由总统执行办公室协调和监督政府各部门在《行动计划》中所承担任务的落实情况，并每3年或根据需要对《战略》与《行动计划》进行重新评估与更新。总的来看，两份文件将国家应对空间天气事件的整体目标与联邦政府各部门的具体任务有机结合，是一份操作性很强的战略指导文件。

3．着力提升空间天气预报的服务水平与能力

针对极端空间天气事件及可能对人员和财产造成的灾害，《战略》确立了“建立空间天气事件基准”与“通过提高认识与预测水平改进空间天气服务”的两个战略目标。空间天气基准描述了极端空间天气事件的特征与强度，为提高空间天气影响认识提供了参考数据，是建立工程标准、开展脆弱性评估、识别风险、采取行动措施与制定高效减缓影响的基础。因此，要基于现有科学认识与历史记录，对空间天气事件制定清晰的、连续的描述标准。

同时，《行动计划》强调提供准确、可理解与及时的空间天气信息，能够有效降低国家关键基础设施的脆弱性。因此，认识、预测和管理极端空间天气事件，面临的挑战就是要不断加强观测、建模与预报工作。观测是提高预报与预警能力的基础，为实施强大的空间天气观测计划，美国提出了6项观测任务；强调要加强应用与基础研究，应用研究要进一步聚焦服务技术开发，基础研究要着重于探索太阳及太阳与地球关系的动态变化，从而在根本上提高空间天气服务水平；及时、准确制作空间天气信息产品，为应急管理人员、第一响应人员、政府官员、企业和公众快速灵活制定应对措施提供支持。

在提高空间天气服务能力战略目标下，《行动计划》对所涉及的6个领域确定了24项具体的工作任务。强调这些工作任务必须紧密协作，相互支持，通过联邦政府、私营企业、工业与学术界等各方的通力合作，以形成有效满足不断增长的对空间天气信息与服务的需求。可见，《战略》与《行动计划》的重心仍是加强对太阳物理特性的观测研究，提高对空间天气动态变化特征的认识，形成有效满足关键基础设施规避极端空间天气事件影响要求的信息产品与服务能力。

4．大力加强应对空间天气事件的国际合作

美国政府认为，空间天气事件将给全球带来安全威胁，应引起世界各国共同关注。空间天气事件影响不会受到国界的限制，且对全球众多领域带来潜在灾难，需要各国共同应对这一全球挑战。因此，美国在应对空间天气事件影响时，必须加强与国际社会的合作。

长期以来，空间天气领域许多重要的国际倡议正在按部就班进行着，美国既是这些国际倡议的提出者，又是参与者。《战略》与《行动计划》提出，要根据现有总统指令授权与国际协议，推动现有倡议的继续实施，并鼓励加强与其它国家的合作。在此基础上，美国还考虑通过国际协商提出新的倡议，以进一步增强对空间天气事件危害的认识。同时，“行动计划”强调要强化美国在与国际团体合作中的统一性，形成在空间天气事件过程中增进安全和经济稳定的双边与多边合作机制。

根据《行动计划》确定的具体任务来看，国际合作的内容重点主要集中在“观测基本设施使用、数据共享、数字建模与科学研究”与“空间天气产品与服务”等领域。《行动计划》为这两个领域确定了12项具体任务，目的是提高使用政府、民用与商用空间天气观测基本设施与数据共享效益，及时提供高质量的空间天气信息产品与服务，为联合应对极端空间天气事件影响奠定基础。

三、思考与建议

空间天气事件给国家安全稳定与经济社会发展带来的危害，已经成为当前必须高度重视的一种自然灾害现象。针对我国国家关键基础设施防护措施有限、空间资产大量增加的情况，如何应对极端空间天气影响既是各级政府的职责，也是学术界和各社会团体的基本义务，必须做到未雨绸缪。

一是加强空间天气事件知识普及，提高对其潜在危害性的认识。我国对空间天气事件观测、预报、产品制作与服务起步较晚，目前仍局限在部分业务领域，主要集中在对空间资产的影响及防护。我国关键基础设施规模大、技术落后、防护措施不到位，大部分国家关键基础设施管理与运行系统对空间天气事件影响缺乏基本认识。因此，首先应大力推进空间天气事件及影响知识的普及，提高对极端空间天气事件影响危害的认识。特别是空间天气业务部门与专业学术团体，需要进一步加大有关太阳、太阳与地球空间、空间天气事件、空间环境及影响等知识普及产品制作，分层次按不同受众需求进行传播。同时，根据现代信息传播手段的特点，制作形式多样且容易被受众接受的信息产品。鼓励专家学者到一些国家关键基础设施研制、管理、运行维护单位开展学术讲座，并从专业角度共同探讨防护与紧急应对等方面的措施。

二是加强与国家相关部门沟通协调，逐步建立预警联防机制。目前，我国构建有“国家减灾委员会”、各级政府“应急响应办公室”和具有业务职能的防灾减灾办公室，以及各职能部门的应急响应与防护措施实施机构，并设有以“国家减灾网”和“防灾减灾日”为代表的宣传平台与窗口。客观来看，我国的防灾减灾目标主要以应对地球上的自然灾害，灾害发生后的救助与重建，像极端空间天气事件的潜在灾难性影响，还没有引起应有重视。信息化时代经济社会发展与社会稳定对电力供应、通信系统和空间资产依赖越来越重，需要对国计民生有重要支撑作用的关键基础设施采取应急防护措施，规避空间天气事件带来的严重影响。因此，建议从事空间天气研究的专业机构，与“国家减灾委员会”等职能部门加强联系与沟通，逐步将空间天气事件影响纳入防灾减灾体系，建立信息预报与预警通道，并通过适时举行灾害防护演练等形式，提高应急响应联合防护与灾后快速恢复能力。

三是大力构建空间环境研究与观测网，提高空间天气产品服务水平。空间天气变化与太阳活动直接相关，既有一定的变化特征和规律，又有很大随机性与突发性。因此，空间天气事件预报和预警必须建立在持续太阳观测，以及长期历史积累资料分析研究基础上。首先，要建立以地面观测系统为主，地面与空间观测相结合的太阳观测网，进一步做好观测数据积累、处理与应用工作。其次，要加强基础研究，针对太阳活动变化的规律及对地球空间环境影响的特征，研究制定相应的标准体系。第三，不断提高空间天气信息产品制作与服务水平，疏通信息产品提交服务渠道，增强极端空间天气事件的预报预警能力。

四是积极参加国际空间环境领域合作，不断提升应对空间天气能力。空间天气事件影响作为一种全球安全威胁，受到越来越多国家政府的重视，正在成为各国政府联合应对的全球挑战。长期以来，由国际机构联合开展的太阳观测、研究等活动，在空间环境研究、空间天气事件预测等方面发挥了积极作用。我国作为一个世界性大国，在空间研究开发利用等方面有能力和义务走在前列。在积极参加空间天气与空间环境观测研究领域国际合作的同时，也有责任牵头和倡导国际合作的项目，吸引国际空间天气研究领域高端人才，共享国际团队研究成果，为政府储备相应能力夯实基础。