工程背景
子午工程由我國(guó)科學(xué)家在1993年創(chuàng)新性地提出，是我國(guó)空間天氣領(lǐng)域的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心為項(xiàng)目的法人單位，來自中國(guó)科學(xué)院、教育部、中國(guó)氣象局、工業(yè)和信息化部、中國(guó)地震局、自然資源部等8個(gè)部委的15家單位參加建設(shè)。2006年，國(guó)家發(fā)改委正式批復(fù)子午工程并明確采取分步走的發(fā)展戰(zhàn)略。
科學(xué)目標(biāo)
通過從太陽(yáng)大氣到近地空間全鏈條、全國(guó)覆蓋、高時(shí)空分辨的監(jiān)測(cè)，探索空間天氣事件的傳播、演化和影響我國(guó)空間環(huán)境的路徑和規(guī)律；揭示我國(guó)不同區(qū)域上空的空間環(huán)境的變化特征和差異，以及青藏高原和南海等特殊區(qū)域空間環(huán)境變化的精細(xì)過程；研究我國(guó)特殊地質(zhì)和地理?xiàng)l件下，固體地球、低層大氣和近地空間環(huán)境的耦合過程。
應(yīng)用目標(biāo)
提供中國(guó)地區(qū)全域覆蓋的、高時(shí)空分辨的、實(shí)時(shí)的空間環(huán)境地基監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為我國(guó)航天器發(fā)射和在軌運(yùn)行以及南海等區(qū)域的通信導(dǎo)航保障服務(wù)提供科學(xué)支撐；構(gòu)建自主的空間天氣預(yù)報(bào)模式，實(shí)現(xiàn)我國(guó)空間天氣建模與預(yù)報(bào)能力的跨躍發(fā)展；拓展空間環(huán)境地基監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍，促進(jìn)相關(guān)交叉學(xué)科的發(fā)展。
子午工程一期
子午工程一期于2008年開工建設(shè)，2012年建成。工程沿東經(jīng)120°、北緯30°布局15個(gè)綜合性臺(tái)站，形成“東半球空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)子午鏈”。一期工程以鏈為主、鏈網(wǎng)結(jié)合，主要覆蓋我國(guó)東部地區(qū)。工程綜合運(yùn)用地磁（電）、無(wú)線電、光學(xué)和探空火箭等多種監(jiān)測(cè)手段，可連續(xù)監(jiān)測(cè)地球表面20~30公里以上到幾百公里的中高層大氣、電離層和磁層，以及十幾個(gè)地球半徑以外的行星際空間環(huán)境中的磁場(chǎng)、電場(chǎng)、大氣風(fēng)速、密度、溫度、成分、太陽(yáng)風(fēng)速度等空間環(huán)境參數(shù)。連續(xù)運(yùn)行8年多以來，匯集科學(xué)數(shù)據(jù)達(dá)1500多萬(wàn)個(gè)，為來自國(guó)內(nèi)外的數(shù)千名用戶提供服務(wù)；科學(xué)團(tuán)隊(duì)在GRL、JGR等著名期刊上發(fā)表論文300余篇，獲得專利授權(quán)60多項(xiàng)，出版著作3部，獲國(guó)家及省部級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)九項(xiàng)。
圖1 子午工程一期監(jiān)測(cè)設(shè)備布局
子午工程二期
子午工程二期于2019年開工建設(shè)，在一期工程的基礎(chǔ)上，新增16個(gè)臺(tái)站，形成沿東經(jīng)100°、120°、北緯40°、30°“井”字型布局的31個(gè)臺(tái)站、近300臺(tái)（套）監(jiān)測(cè)設(shè)備組成的空間環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。工程由空間環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)組成。
空間環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用地磁、無(wú)線電、光學(xué)等手段，對(duì)我國(guó)上空的電離層、中高層大氣、地磁形成網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)測(cè)能力（“三網(wǎng)”）；在極區(qū)高緯、北方中緯、海南（南方）低緯、青藏高原4個(gè)重點(diǎn)區(qū)域建設(shè)國(guó)際先進(jìn)的大型監(jiān)測(cè)設(shè)備，開展對(duì)空間環(huán)境的精細(xì)“顯微”探測(cè)（“四聚焦”）；建設(shè)一系列先進(jìn)的太陽(yáng)-行星際監(jiān)測(cè)設(shè)備，形成對(duì)日地空間全鏈條的監(jiān)測(cè)能力（“一鏈”）?！耙绘湣⑷W(wǎng)、四聚焦”的架構(gòu)首次從地面實(shí)現(xiàn)對(duì)日地空間環(huán)境全圈層、多要素綜合的立體式探測(cè)。
圖2 子午工程二期監(jiān)測(cè)設(shè)備布局
運(yùn)控中心
為實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)高效運(yùn)行、多學(xué)科綜合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的集成融合，促進(jìn)重大科研應(yīng)用成果的產(chǎn)出，子午工程二期還將在中科院國(guó)家空間科學(xué)中心懷柔園區(qū)建設(shè)子午工程綜合信息與運(yùn)控中心，部署數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯集、加工和分發(fā)服務(wù)，以及科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)完成科學(xué)運(yùn)行管理、空間環(huán)境預(yù)報(bào)服務(wù)以及空間環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用和研究等任務(wù)，形成針對(duì)自主科學(xué)研究、保障空間環(huán)境預(yù)報(bào)以及促進(jìn)學(xué)科交叉應(yīng)用的五十余種綜合產(chǎn)品，提升空間天氣數(shù)據(jù)融合和模式研發(fā)能力，推動(dòng)我國(guó)在日地空間天氣領(lǐng)域取得原創(chuàng)性成果。
圖3 子午工程三大系統(tǒng)
圖4 子午工程綜合信息與運(yùn)控中心實(shí)景