子午工程正式运行一周年：摸索经验 平稳前进
■我们的记者孙爱民
南极中山站高频相干散射雷达数据照片
●分布在中国15个地方的87台台北至漠河、南至海南的地面监测仪器，在中国共同形成了“东半球空间环境地面综合监测子午线链”，称为“子午线工程”。
●截至10月23日，子午线工程正式运行一年。今年对子午线工程来说，更像是摸索经验、平稳前进的一年:科学作用开始凸显，应用服务逐步开展，国际合作进展顺利。
●就像新车试车期间一样，设备运行、工程管理和应用服务中的大大小小问题也在测试来自7个部委、12个参与单位和15个监测站的“子午人”。
两次比较
九月的一天，海南儋州市白马井渔港的渔民老吴正准备出海开始一天的工作。平静的海面表明这将是一次满载而安全的返航。
启航前一小时，一条意想不到的短信提醒了已经捕鱼20多年的老吴。
“在过去的24小时里，太阳活动水平相对较高，爆发了3次X级耀斑。预计未来3天太阳活动将继续强烈，短波通信将受到影响。请小心离开香港。”
老吴深吸了一口气。幸运的是，他在出海前收到了一条短信。否则，后果将是灾难性的。对于只依靠短波通信与海岛保持联系的老吴来说，短波通信的中断将是致命的。
这条短信来自北京的国家空间天气监测和预警中心，及时预报空间天气所需的科学数据归功于贯穿中国南北的子午线工程。
10月22日，记者来到儋州市亚星镇福克村附近的子午工程海南综合观测站。中国科学院国家空间科学中心(以下简称“空间中心”)的研究员魏源正在复制设备前的文件。在复制数据的间隙，魏源仔细观察了嵌入屋顶的观察装置。
“这叫做全天空气辉光成像仪。它本质上是一台每分钟自动拍照的照相机。这是子午线工程的一部分。”“它每天将记录的数据发送到海南节点站，然后收集到北京的数据中心。我每次来都会备份一份，”魏源在检修时告诉《中国科学日报》记者。
毕业后，魏源继续对空气辉光的研究感兴趣。这些来自中高层大气的微弱辉光吸引了他，也吸引了他继续探索影响中高层大气的太阳活动之谜。结果，魏源留在研究所做全职研究。
对魏源来说，拥有稳定的科学数据对研究人员来说是一件幸事，专业的监测设备是空气辉光研究的来源。
20年前，魏源的导师兼航天中心研究员徐继耀就没这么幸运了。
20世纪90年代，刚刚毕业的徐继耀也对戚慧的研究表现出极大的兴趣。然而，如何获得研究所需的数据已成为一个难题。
你不能用母猪的耳朵做丝绸钱包。“当时，科研经费紧张，许多设备都不敢买。对于像戚慧这样的研究，只能要求外国同行提供数据。”在接受《中国科学》采访时，徐继耀哀叹道，“向他人索取数据往往会导致对科学研究非常被动的态度。”
子午线工程开始后，徐继耀的团队配备了加拿大制造的全天空气辉光成像仪，这对徐继耀的研究团队来说真是一个“及时的帮助”。
不久，第一篇关于中国北部重力波特征的国际论文发表了。
“我国以前没有观测到重力波，相关研究大多使用国外数据。现在我们有了第一手数据，这无疑为我们填补这一空白创造了条件。”徐继耀说。
随着科学研究的成果，一直从事基础研究的徐继耀也对仪器和设备的设计和制造感兴趣。不久之后，他们设计的全天气辉成像仪成功开发并安装在几个站点。
尽管与进口设备相比仍有一些差距，但这款全天气辉成像仪的性能和接收的数据足以进行科学研究，“与进口设备相比，我们的设备节省了2/3的成本。”
它配备了专业的观察设备，填补了科学研究的空白，提高了开发仪器和设备的能力。徐继耀把所有的功劳归于子午线工程。
“没有子午线工程，高端仪器对我们来说将永远是神秘的。没有子午线工程，我们对科学数据的访问仍然被其他人控制。如果没有子午线工程，我们仍然不如我们的国际同行。”徐继耀说。
正如徐继耀所说，子午工程给15个观测站和地面观测区带来的变化是跨越式的。
“在子午线之前，许多站的设备都有指针，需要制成表格。工作人员必须每隔一段时间手工计数。经络数字化的所有设备，数据采集和传输是自动化的。”子午工程建设项目管理部总经理、航天中心主任吴吉在接受《中国科学日报》采访时表示。
科研服务双丰收
在子午工程办公室主任张小西的一份运行报告中，一组数据引起了记者的关注:1.78兆字节的数据采集、2.51兆字节的数据处理、6.27兆字节的数据分发和577兆字节的用户下载。
张小西告诉《中国科学报》记者，这是一年来子午工程科学数据的收集，“数据量非常大，在数据支持下取得的科学成果更令人欣慰。”
“作为世界上第一个全面的跨区域地面观测网络，子午线工程在促进科学研究方面发挥了巨大作用。”子午工程建设项目管理部总工程师、航天中心副主任王驰告诉《中国科学日报》记者。
子午线工程，它集成了各种科学设备和手段，如地磁、无线电、光学、宇宙射线、火箭等。，可以在同一地点探测不同高度的大气，而各层大气探测的结果给上层和下层之间的耦合研究带来了方便。
“根据漠河天文台的数据，我们利用地磁脉动反演了10，000公里高度的等离子体密度。用高度计观测200公里高度的电子密度，然后我们比较这两个参数的数据。相比之下，我们发现了一个有趣的现象:在磁暴期间，300公里高度的密度总是在10，000公里之前下降，也就是说，上面的密度受下面的控制。”王驰解释道。
关于这一成就的文章很快发表在《美国地球物理研究》上，这也是第一个将电离层和等离子体现象联系起来的国际研究。
然而，目前仍有许多基于子午线工程的研究成果，如首次在北京等高纬度地区发现双钠层，日本“3.11”地震后电离层扰动的观测，以及日冕物质抛射和耀斑的一系列新特征和新规律的发现...
除了大量的数据和成就之外，科学家将它们转化为服务和产品也成了一种“意想不到的”乐趣。
据吴吉介绍，子午工程将把收集到的科学数据提供给中国气象局、载人航天和探月工程等重大航天任务的预报单位，作为空间天气预报的输入。
为什么必须预测太空天气？
“太空天气对人类的影响仍不确定，但在现代信息系统下，一旦发生大灾难，将给人类社会造成不可估量的损失。”中国气象局国家空间气象监测预警中心主任王劲松在接受《中国科学日报》采访时说。
国家空间气象监测和预警中心负责我国空间气象条件的监测和预警。它通过电视、互联网和其他媒体及时向公众发布空间天气状况，以便用户有足够的时间避免和减少强烈的太阳活动造成的损失。
据王劲松称，强烈的太阳活动将对暴露在太空中的卫星系统造成损害，一旦受到损害，基于卫星系统的通信和导航活动将会瘫痪。
此外，恶劣的太空天气还有另一个意想不到的威胁。
“强烈的太阳活动会干扰地球磁场，变化的磁场会产生电场，从而产生电压。每米20毫伏的电压将在1000公里长的电网上产生DC电压，这将直接损坏变压器并使电网瘫痪。”王劲松说，“美国科学家预测，人类未来将面临的最大自然灾害之一可能是太阳风暴造成的电网崩溃。”
王劲松认为，子午工程的建设为我国空间天气的监测和预警带来了更多的科学依据。“我们是子午线工程服务的窗口，我们每天接收所有子午线设备观测到的科学数据。”
虽然气象局在子午工程后也安装了很多地面观测站，但子午工程设备多，布点广，生成的数据对王劲松有很大的参考价值。
“就太阳和地磁而言，我们可以通过国际共享获得相关数据，但电离层是区域性的，只有中国自己的数据才能支持他们自己的研究和预测。”王劲松说。
没有交叉点，就没有子午线。
七个部和委员会、12个参与单位、15个监测站、87个无线电、地磁、光学、宇宙射线、火箭和其他观测设备，以及研究不同领域如中高层大气、电离层、磁层和行星际的科学家。
要把这些都汇集到一个国家的重大科技基础设施项目中，许多人认为如何在各个科学研究领域和研究方向上收集和组织科学智慧是一个大问题。
在吴吉看来，这不仅是一个难题，也是一个实现科学突破的机会。“充分利用各个研究领域的数据交集是子午线工程的初衷之一。”
空间不是一个孤立的系统，它受到太阳活动和上面电磁层的干扰，并受到下面火山、地震和海啸等地球活动的影响。就像空间大气的分层一样，研究空间大气的科学家也聚集在他们自己的“层”中。
“以前，项目负责人只关心自己的水平，每个人都做自己的事。例如，研究电离层的科学家只关心电离层，而不关心中层和高层大气中的现象，数据之间的联系并不重要。”王驰说，“子午线工程的最大特点是它是一个多参数综合观测系统。多参数耦合和综合解决科学问题是子午线工程的科学目标之一
子午线项目以空间物理为基础，还涉及地震、地磁、大气物理、太阳物理等研究领域的科学家。共同的空间气象研究需要把它们结合在一起。
“对单一设备、单一仪器和单一现象的科学研究已经结束。如果每个人都不“穿越”或独自战斗，就没有必要进行子午线工程。王驰告诉记者，“培养科研人员的跨学科视野也是继子午线工程之后重大科学突破的土壤之一。”
在确定了项目内交叉学科和领域的目标后，如何从系统建设上保证交叉和沟通的实现成为包括吴吉在内的管理人员面临的问题。
“目前，每个单位的顶尖科学家一般都知道别人的数据和跨学科思维。他们习惯于用各种数据来判断问题。然而，副研究员级别的研究人员往往只专注于自己的领域。吴奇无奈地说道。
从子午工程的提出到验收和运行，大量的年轻研究人员被“注入”到项目中，这些年轻研究人员往往缺乏跨学科的视野。“这是一个需要逐步推进的长期过程。”
事实上，子午工程从建设之初就呼吁进行跨学科、跨学科的交流和制度建设。
“我们定期为年轻研究人员提供专门培训，以便他们能够在提高技能的同时充分沟通和合作。”以9月份刚刚结束的无线电雷达培训为例，项目组邀请了国内外顶尖专家授课，近百名科研人员报名参加培训，大大超出了预期。
“此外，我们还奖励通过子午线项目输出数据的结果，并选择十个主要进展。在选择时，我们特别注意多站和跨设备数据的应用。”武吉说:“经络工程的硬能力已经建立，软能力也要提高，才能充分发挥设备的作用。”
整体运行状况良好
“总的来说，第一年的运作还处于摸索阶段。虽然取得了一些成绩，但与我们的期望仍有差距。”吴季在总结经络工程一周年时说。
在吴吉看来，子午线工程从设备管理到技术研究再到数据应用，在许多方面都还处于起步阶段。虽然用户的反应还不错，但他们也觉得“吃不饱”。
"今年整体运营相对稳定。"王驰评论道:“如果我今年得分，包括综合经营、产量、国际合作和国际影响力，我会得85到90分。”
基层科研人员的素质和责任感已成为吴季和王驰共同关心的问题。
由于子午工程观测站分布范围极广，大多位于远离城市的偏远地区，条件十分困难。如何确保检测到的科学数据的质量和可靠性在很大程度上取决于电站运行和维护人员的质量和责任。
“一些田间站旁边有稻田。当发电机抽水时，会发生许多干扰，这将影响地磁观测数据。一旦这些数据被发送到数据中心，如果被科学家下载和应用，将会影响科学研究结果。”王驰对此很担心。
如何改善车站运行维护人员的待遇，提高他们的素质和责任心，仍是一个有待探索的问题。
"我们对他们没有行政管理权，只是在业务上给予指导."吴吉说，许多台站是子午线工程公司与当地科研机构和大学合作建立的。在许多情况下，子午线负责施工，当地的科研人员负责数据的操作、维护和上传
王驰指出，推迟建立国家空间气象科学中心是解决上述问题的关键。
据了解，子午工程正式投产一年以来，整个项目的管理体系还没有完全建立起来。目前，该项目的运营仍依赖于子午线工程建设管理部。
“理论上，子午线工程施工管理部就像一个非法组织，因为它是工程施工期间的临时组织，早就应该成为历史了。”王驰说，由于缺乏正式的管理机构，如科学技术委员会和用户委员会，子午线项目必须在建设管理部的框架下运作。
据报道，科学技术委员会和用户委员会对于大型设备来说非常重要。前者对大型设备的运行进行科技检查和咨询，或提出大型设备的运行要求。“两个委员会”的缺失对子午线工程本身的科学运作提出了挑战。
“例如，非相干散射雷达，这么大的设备不可能每天都运行。当它运行时，应该有针对性地检测运行期间的哪些数据以及解决哪些科学问题。”王驰告诉记者，“我们现在更多的是在任务期间运作，而不是在一个特定的科学问题上进行应用研究。”
子午线工程的设计和运行时间为11年，因为管理机构无法建立，这将不可避免地影响工程的效率。“子午线工程有更好的科学使命和更科学的任务。我们不能等待或拖延。”王驰强调。(原标题“迫不及待的子午线工程”)
中国科学新闻(2013-10-25，第一版集锦)
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