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引言

2024年3月23日，太陽爆發了一個X1.1級耀斑，隨后地球同步軌道太陽高能質子通量快速上升，發生本太陽活動周以來最強質子事件。第二天伴隨X1.1耀斑的日冕物質拋射（CME）到達地球，引發了強烈的地磁擾動。由此，太陽對地球完成了一次完整的三輪攻擊，也由此躋身第25太陽活動周以來最受關注的太陽風暴行列。

作為專業的空間天氣服務保障機構，設立于中國科學院國家空間科學中心的國際空間環境服務組織中國區域警報中心（簡稱：中國區域警報中心）從此次事件的初始，就利用子午工程、夸父一號、空間站等天地基監測數據緊盯事件發展，并第一時間向多家專業用戶發送預報產品。那么，這次太陽風暴在自2019年開始的第25太陽活動周，以及歷史上到底處于什么樣的位置呢？空間天氣預報機構準確預報了嗎？

一、是第一輪攻擊

——X1.1級大耀斑，排名第25太陽活動周第10名開外。

當前，太陽活動正處于第25活動周的峰年，日面活動不僅頻繁，還會偶爾發生極為強烈的爆發活動。2024年3月23日01:08UT，太陽爆發了1個X1.1級大耀斑，開啟了太陽對地球的第一輪攻擊。至目前，第25太陽活動周共爆發了24個X級大耀斑，本次耀斑排十名開外。雖然名次不高，但爆發位置正對地球，且發生了朝向地球的日冕物質拋射，引起了空間天氣預報員的格外關注。該事件的源頭是日面上南北相對的活動區AR3614和AR3615。其中，AR3614是半個月前連續爆發3個X級大耀斑的活動區的再現。AR3615是本自轉周的新面孔，在此次X級耀斑事件后，威力不減，接連又爆發了約20個M級耀斑。這次太陽爆發事件除了爆發強度大，持續時間長，其產生來自兩個活動區的幾乎同時爆發也較為少見。

圖 1 3月23日太陽黑子（左，“ASO-S（夸父一號）”中國科學院紫金山天文臺團隊提供）和太陽Halpha耀斑爆發（右，SMAT觀測，中國科學院國家天文臺懷柔太陽觀測基地提供）（世界時）

圖 2 3月23日SATech-01/SUTRI觀測到的極紫外耀斑爆發視頻（科學應用單位中國科學院國家天文臺/北京大學/中國科學院云南天文臺提供）

圖 3 SOHO觀測到的日冕物質拋射（世界時）

3月23-24日太陽爆發的X1.1級耀斑和多個M級耀斑，大幅增強的太陽輻射導致向日面電離層電子密度增加，引發了電離層突然騷擾事件（SID）。中國區域共發生3次SID事件，其中3月23日01:08~02:17UT太陽爆發X1.1級耀斑期間，我國大部分地區電離層發生短波吸收現象，其中滿洲里發生全吸收，青島發生強吸收，廣州和?？诎l生中等吸收，可能對短波通信造成干擾。

圖 4 2024年3月23日X1.1級耀斑引起的電離層突然騷擾事件

二、第二輪攻擊

——中等強度質子事件，排名第25太陽活動周第1

受此次太陽爆發影響，地球同步軌道大于10MeV高能質子通量快速上升，于2024年3月23日08:15UT超過質子事件閾值（10pfu），發生太陽質子事件，于12:00UT超過100pfu，達到中等太陽質子事件水平，為橙色警報級別，18:20UT左右達到峰值956pfu，接近紅色警報級別。3月24日受CME引起的激波加速影響，大于10MeV的高能質子通量再次上升，14:10UT左右CME引起的激波到達地球附近，14:30UT左右越過地球，大于10MeV的高能質子通量開始較快速的下降。該中等質子事件水平持續兩天左右，25日事件結束。

本次太陽質子事件中，大于10MeV的高能質子通量超過閾值的時間超過2天，通量超過100MeV的時間超過1天，峰值接近紅色警戒線（1000pfu），屬于對空間環境影響較大的一次中等質子事件。究其原因，此次強太陽質子事件的形成主要有兩個因素。首先，此次的太陽活動爆發包括兩個全暈CME，這兩個CME的速度和角寬度均較大，有利于加速大量粒子；其次，兩個CME爆發時間非常靠近，而這兩個強CME之間的行星際空間區域非常適合加速粒子，大量被加速的粒子隨即擴散傳播到地球附近。

受質子事件影響，地球同步軌道、導航衛星軌道等中高軌道上的高能質子通量上升1~3個數量級，衛星遭受的輻射劑量率增加，并可能引起衛星上敏感設備的單粒子事件概率增加，傾角較高的低軌道衛星也會受到影響，同樣引起單粒子效應和總劑量效應，低傾角的低軌衛星則不受影響。

圖 5 3月22-25日太陽X射線流量和質子通量（世界時）

三、第三輪攻擊

——大地磁暴，排名第25太陽活動周第2

世界時2024年3月24日14:10，23日爆發的全暈CME引起的行星際激波到達地球附近，太陽風速度從550km/s上升至850km/s左右。行星際磁場強度躍升至31nT，南向磁場分量低至-23nT，太陽風觀測呈現清晰的磁云結構。在高速太陽風作用下，地磁持續擾動，出現了3小時的大地磁暴水平（Kp=8）、6小時的中等磁暴水平（Kp=6）、3小時的小磁暴水平（Kp=5）。其中，24日地磁Ap指數達到64。受到行星際激波和磁云的先后影響，本次Dst指數具有“階梯式”下降特征，Dst指數達到約-130nT。綜合來看，本次地磁暴強度可位列第25太陽活動周第2名，僅次于2023年4月23日的地磁暴。

圖 6 3月23-25日太陽風和地磁指數（世界時）

受大地磁暴影響，中高層大氣密度增加，低軌道衛星受到的大氣拖曳作用增大，衛星軌道衰減幅度增加。以形狀規則且無軌道制動的“軌道大氣密度探測試驗衛星”為例，大磁暴發生之前，軌道衰減率增幅緩慢（154米/天～189米/天，增幅22.7%），大磁暴發生后，軌道衰減率有一個明顯的增幅（213米/天～323米/天，增幅51.6%），隨后，地磁擾動逐漸恢復，軌道衰減率也降低至小磁暴水平附近。

圖7 地磁暴期間球形衛星（NORAD:53301）軌道半長軸變化

此次磁暴導致我國北部部分地區在24日晚~25日發生電離層負相擾動，漠河站電離層F2層臨界頻率（foF2）和電離層總電子含量（TEC）均低于背景值。24日北京站電離層TEC明顯高于背景值。電離層擾動整體較弱，對通信導航等系統的影響不大。

圖 8 3月23~25日大地磁暴期間，漠河（mhgr）和北京（bjgr）站觀測到的電離層foF2變化，以及漠河（mhgr）、北京（bjgr）、武漢（whhp）和廣州（GZ03）站觀測到的電離層TEC變化。（數據來自子午工程和中國科學院空間環境監測網）

受太陽爆發產生的激波到達地球的影響，地球磁層頂被嚴重壓縮和侵蝕，使磁層頂日下點距離收縮到6.6 RE以內，發生了地球磁層頂穿越地球同步軌道事件（GMC）。

圖 9 2024年3月24日地球磁層頂穿越地球同步軌道事件（磁層頂模式）。左圖為L1點附近太陽風，右圖為磁層頂（藍線）和弓激波（紅線）位形，虛線是靜止軌道，紅色圓點對應0?經度位置

四、

多家國際機構均準確預報

太陽爆發后，包括中國區域警報中心在內的國內外多家預報機構對此次CME事件激波到達時間及可能引起的地磁擾動強度進行了預報，并將預報結果發布在美國空間天氣協調中心（CCMC）的日冕物質拋射預報發布平臺網站。從各機構提供的預測結果來看（表1），所有機構預測的平均時間提前量約15小時；預測結果相比于CME激波的實際到達時間，平均絕對誤差約為7.79小時，最接近的預報結果相差約1.67個小時，最壞的結果相差24.83個小時；預測地磁Kp指數最大值在7至8之間?？梢?，國內外預報機構對本次太陽爆發的對地效應預報反應迅速且基本準確。

表 1 CCMC平臺上發布的23日爆發的CME激波到達時間和地磁Kp指數范圍預測

五、

本次太陽風暴的歷史地位

可以看到，本次太陽風暴三輪攻擊齊全，在第25太陽活動周可以稱得上是“老大哥”。但縱觀太空時代以來有較為詳實記錄的大大小小的太陽風暴，此次三輪攻擊中的任何一輪都只能說是個“小兄弟”。遠的不說，咱就說2003年的萬圣節事件，耀斑級別達到了X28級，太陽質子通量峰值29500pfu，地磁暴有12個小時Kp達到頂格的9，Dst指數達到了-383，遠遠不是本次事件可以PK的。

那還這么大張旗鼓？那可不，誰讓它是第25太陽活動周以來最完整的一次三輪攻擊呢，首次，得有點儀式感吧。另外，第24的太陽活動周稍弱，十多年來，超強太陽風暴少了些，但我們這根弦不能松呀，畢竟太陽風暴具有很強的偶發性。目前，我們正式進入了第25活動周的峰年期，太陽爆發活動越來越頻繁，目前來看，太陽黑子數已經高出了公認“弱”活動周第24周，且發展勢頭仍在上升（圖10），后期，大耀斑會有的，大質子事件會有的，大地磁暴也會有的，切不可放松警惕哦。而“極光獵人”們，備好你的行囊，隨時準備出發吧。

圖 10 太陽黑子數、地磁暴（Kp≥8）時段數和質子事件（≥900pfu）次數統計值

作為空間天氣預報服務工作者，我們將密切關注發展態勢并及時給出預警信息，詳情請關注我們的網站（www.sepc.ac.cn）和公眾號（微信搜索“空間環境預報”）吧。

作者：石育榕，崔延美，郭娟，王晶晶，陳東，沈華，任廷領，林瑞淋等。

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