2023年处于第25太阳活动周上升期的第4年，逐步逼近峰年，太阳活动水平显著提升，太阳上黑子活动区层出不穷，太阳耀斑和日冕物质抛射爆发频繁，冕洞也霸占半壁江山，强地磁暴事宜次数也明显增多，由此上演的一幕幕精彩绝伦的“国产极光”给我们带来极具震荡的视觉盛宴！
质子事宜、高能电子暴次数也频频发生。过去的一年，日地空间环境究竟处于何种状态？下面，让我们一起回顾2023年的空间环境。
1. 生动的太阳
2023年，随着太阳活动水平的逐步上升，太阳上的黑子快速增多。2023整年太阳上涌现的黑子活动区个数为361个，比2022年足足多了100个。根据统计显示，2023年太阳黑子数的年均值为118，约为2022年的1.5倍。而标识太阳辐射水平的10.7厘米射电流量（太阳F10.7）年均值为155.1sfu，相对付2022年上升了24%。
图1：第24和25太阳活动周的太阳黑子数实测值与预测值
伴随着太阳黑子的增多，太阳耀斑等太阳爆发活动也相应增多。2023年，太阳共爆发了2786个C级耀斑，约为2022年的1.3倍；349个M级耀斑，约为2022年的1.9倍；13个X级耀斑，约为2022年的1.9倍。2023年最大的耀斑在年底末了一天产生，为X5.0级，是自2017年9月10日X8.2级耀斑发生以来不雅观测到的最大耀斑。该耀斑也与2023年12月14日的X2.8级耀斑从属同一个活动区。
表1：2021-2023年太阳活动比较
图2：2023年度最大级别耀斑
2023年共有25天超过质子事宜阈值（地球同步轨道大于10MeV高能质子通量达到10pfu），个中2天达到中等太阳质子事宜水平，23天达到小太阳质子事宜水平，是前两年的6倍多。最大一次的质子事宜发生于7月18日01:15至20日05:40 UTC。7月17日23:17，活动区AR3363（S22W74）爆发了一个M5.7级耀斑并伴随日冕物质抛射，随后，地球同步轨道大于10MeV的高能质子通量快速上升，18日02:00超过中等质子事宜阈值（100pfu），峰值通量为620pfu，达到中等质子事宜水平。
图3：2023年太阳X射线流量（表征耀斑）和太阳质子流量（黄色箭头指出质子事宜）
2.地磁扰动日渐频繁
伴随着太阳爆发活动的增加，2023年地磁扰动的次数更加频繁。Ap指数年均匀值为12，Ap指数大于15的天数为86天，均与2022年相称。但发生了Ap指数达到94的地磁暴，是2022年最强Ap指数的1.5倍。地磁暴时段（1个时段指3小时）为132个，是2022年的1.25倍。个中，有9天发生大地磁暴（Kp=7，8），20天发生中等地磁暴（Kp=6），52天发生小地磁暴（Kp=5）。
表2：2021-2023年地磁活动比较
图4：2023年地磁Ap指数和Kp指数
地磁暴是主要的空间环境扰动事宜之一，地磁暴发生时，全体磁层发生环球性的剧烈扰动并持续十几个小时到几十个小时，此时短波通讯会受到滋扰，同时也可能会导致卫星、空间站轨道高度低落，卫星导航设备的偏差也会增大。地磁暴的两大源头这天冕物质抛射（CME）和冕洞高速流（CHH）。越附近峰年，太阳活动加倍剧烈与频繁，日冕物质抛射事宜也迅速增多。超过一半的地磁扰动事宜都由日冕物质抛射引起的，由日冕物质抛射和冕洞高速流的共同浸染引起了约14%的地磁扰动事宜。而仅由冕洞高速流引起的地磁扰动比例逐步降落，约为32%，大大低于太阳活动低年的比例，同时引起的地磁扰动强度也逊于日冕物质抛射造成的影响。
图5：2023年地磁Ap指数及地磁扰动源
3. 高能电子暴逐步淡出舞台
高能电子暴是磁层中常见的危害最大的磨难性空间景象征象之一。高能电子暴发生时，0.2兆～10兆电子伏的高能电子穿透能力强，可能引起航天器深层充电放电征象，严重时乃至导致卫星报废，使地球同步轨道卫星面临恶劣的辐射环境。
高能电子暴明显受太阳活动的调制，来自太阳的日冕物质抛射和冕洞高速流都能够引发高能电子暴。日冕物质抛射是太阳爆发活动征象之一。冕洞高速流由日面上的冕洞发出，随太阳自转具有27天的周期性，并且冕洞的寿命常日比较长，因此，由冕洞高速流引发的高能电子暴更加频繁。从统计上来看，在太阳活动的低落段和上升段，尤其是低落段，高能电子暴发生频次比较高，在太阳活动高年反而比较低，造成这种征象的紧张缘故原由是冕洞高速流在太阳活动低落段比较显著。
2023年，处于第25太阳活动周上升期的第4年，整年有40天发生小高能电子暴，比2022年少了一半多，且没有发生中等及强高能电子暴。从不雅观测结果来看，完备符合高能电子暴的发生规律，即在太阳活动上升年其发生频次逐渐减少。
表3：2023年小高能电子暴每月天数统计
图6：2023年高能电子暴天数占比
4.2023年范例空间环境事宜
（1）“显眼包”活动区层出不穷
要说2023年的特殊活动区，那可真不少呢！
而且有那么几个完备暴露出其“显眼包”的特性！
（a）“昙花一现”但后劲不敷的活动区AR3311
活动区AR3311在刚转入日面时，便给我们带来了持续串的“惊喜”！
见面第一天，就连暴7个M级耀斑，其实有点“能耐”，此后持续几天一贯比较生动，一周内就爆发了25个M级耀斑和55个C级耀斑，由此引起地球一系列短波通讯中断。不过可能是前期能量花费太多，在即将转出日面时，该活动区磁类型由一开始繁芜的Beta-Gamma-Delta型逐步蜕变为Beta-Gamma型，耀斑产率也直线低落。下图展示了该活动区在日面上的蜕变过程。
图7：活动区AR 3311蜕变及其产生的多个M级耀斑
（b）“大个头”活动区AR3354
本年度活动区要论“个头”还得是活动区AR3354。该活动区于6月26日浮现，面积仅为20个太阳面积单位，磁类型为较大略的Beta型，随后不断蜕变，磁类型逐步变为最繁芜的Beta-Gamma-Delta型；面积也不断增长，最大达到1150个太阳面积单位（ 一个太阳面积单位是太阳半球面积的百万分之一），发展为2023年可视日面上面积最大的活动区。不过，AR3354自从在可视日面浮现以来，产生了1个X1.0级耀斑、2个M级耀斑和33个C级耀斑。从耀斑产率来讲，还远远匹配不上它这么“大块头”的身份。
图8：活动区AR 3354（图a来源“ASO-S（夸父一号）”，图b-d来源SDO卫星）
（2）第25太阳活动周的首次中等太阳质子事宜，空间环境影响轮番上演
当太阳剧烈爆发时，增强的电磁辐射、高能带电粒子流和高速等离子体云将对地球形成三轮攻击，冲破地球空间环境相对稳定宁静的局势。而2023年7月17日就爆发了一个M5.7级耀斑，此后，地球就上演了太阳多轮攻击带来的影响···
2023年7月17日的尾声，此时，活动区AR3363已经转到日面西边缘，即将离开我们的视线，然而就在那时，爆发了一个持续近1小时的M5.7级耀斑并伴随日冕物质抛射。
图9：7月17日M5.7级耀斑源区图（左图来源“ASO-S（夸父一号）”，右图来源SDO卫星）
图10：7月17日M5.7级耀斑（SDO卫星）
图11：M5.7耀斑伴随的日冕物质抛射（SOHO卫星）
随后，第一波攻击到达地球，太平洋和中国区域上空发生了电离层溘然骚扰；
图12：伴随耀斑而来的电离层溘然骚扰
随后，第二波攻击使得地球同步轨道大于10MeV的高能质子通量快速上升，18日01:15超过质子事宜阈值（10pfu），发生小太阳质子事宜，02:00超过中等质子事宜阈值（100pfu），达到橙色警报级别，最大通量为620pfu，是近6年最强质子事宜；
图13：M5.7级耀斑引起质子事宜
末了，受该耀斑伴随日冕物质抛射的影响，第三波攻击于21日到达地球，所幸，引起地磁的扰动不强，只有3小时的生动和几个小时的微扰。
图14：7月21-22日CME到达地球引起的地磁扰动
（3）“年度最高Ap值：94”的大地磁暴
受到2月24日和25日爆发的全晕CME以及冕洞高速流到达地球的共同影响，2月26-27日太阳风速率最高上升至850km/s旁边，行星际磁场南向分量最低达到-19nT，地磁在27日06:00-18:00发生大地磁暴事宜，有12个小时达到橙色警报级别，别的韶光有12小时达到中等磁暴水平，6小时达到小地磁暴水平。个中 2月27 日Ap 指数达 94，为2023年度最高Ap值，比2022年最高值赶过1.5倍。
图15：2月26-27日发生大地磁暴
（4）刷屏霸榜的“北京极光”事宜
12月初，“北京极光”一则词条登上热搜榜，起因则是与11月27日和28日爆发的日冕物质抛射有关。11月30日，27日爆发的CME引起的行星际激波首先到达地球附近，28日的CME随后也于12月1日抵达。受它们到达地球的影响，太阳风速率从415km/s上升至530km/s以上，行星际磁场强度跃升至28nT，南向磁场分量低至-26nT，太阳风不雅观测呈现清晰的磁云构造。在高速太阳风和持续行星际南向磁场分量的共同浸染下，涌现了3小时大地磁暴、3小时中等磁暴和12小时小磁暴的强地磁扰动。
图16：12月1-2日的地磁暴
5.总结与展望
2023年是第25太阳活动周的第4个年头，太阳活动整体较上一年提升了几个数量级。太阳上黑子活动区日月牙异，变革万千，耀斑爆发及日冕物质抛射事宜层出不穷，对地球空间环境造成的影响不容忽略。多种太阳活动轮番冲击地球，时常导致空间环境的强烈扰动，引起电离层溘然骚扰、太阳质子事宜、地磁暴、电离层暴、高能电子暴等一系列空间环境磨难性事宜，使得人们不得不提高当心。
2024年，将进入第25太阳活动周峰年。同时，也是中国农历甲辰年。不知道大家是否还记得上一轮太阳活动周的“中国龙”事宜？2012年新春，太阳送来“亲切的问候”。如今，又轮值一旬，历经新一轮的太阳活动周峰年，太阳将展现它雄姿英发的一壁，日面年夜将会涌现更多的黑子活动区，会爆发出更多、更强的太阳耀斑和日冕物质抛射等事宜。太阳风暴也一定将频频涌如今大家面前。新的一年，地磁扰动也会更剧烈，炫美的极光事宜也会更加随意马虎遇见！
2024年，大家也可以来一场说走就走的“极光之旅”！
新的一年，让我们与太阳携手，在顶峰相见！
来源：国家空间科学中央
编辑：蓝多多
