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第八屆僑界貢獻獎人物風採錄(一百二十一)
張效信:仰望蒼穹,腳踏實地
2021年06月07日13:03  來源:中國僑聯

張效信,中國氣象局特聘專家、國家空間天氣監測預警中心研究員。1987年畢業於吉林大學物理系;1990年獲得中國科學院空間科學與應用研究中心空間物理碩士學位;2003-2004年獲得美國Auburn大學計算機碩士學位和物理學博士學位。美國地球物理學會會員、中國空間學會會員、中國地球物理學會會員和中國氣象學會會員(空間天氣委員會副主任委員)。

創新研究成果碩果累累

張效信博士主持國家和部委項目多項,主要創新研究成果包括:

首次建立了一個基於大量觀測數據的三維全球非對稱的磁層頂模式,相關JGR論文引用近100次,許多學者認為這是目前最優秀的磁層頂模型,對研究太陽風磁層相互作用具有重要的意義。

提出了地球亞極光離子漂移事件(SAID具有全球不對稱的特性(JGR)和發現了地球亞極光離子漂移事件具有雙峰結構(GRL),屬於從歷史數據中挖掘的新現象,具有重要的科學意義。

擔任嫦娥三號極紫外相機探測數據應用研究的責任科學家。針對嫦娥三號極紫外相機的探測目標,研究月基等離子體層的成像特性和提出月基等離子體層圖像反演等離子體層的方法,並應於嫦娥三號極自主極紫外圖像數據處理和反演(JGR.2011,2013,2014,2015,2016),這些論文的研究結果對等離子體層極紫外圖像的反演、等離子體層動力學研究具有非常重要的意義,為研究等離子體層動力學、設計地球等離子體層探測提供非常重要的理論參考和依據。

提出了基於風雲二號衛星遙測信號的電離層閃爍監測方法和監測設備(新型專利和注冊軟件),並在四個衛星地面站安裝運行,用於監測星地鏈路的通訊質量和星地連路上的閃爍現象。

作為風雲衛星空間天氣探測的負責人,提出了在風雲三號衛星搭載空間電離層氣輝大視場探測載荷—廣角極光成像儀的建議,並成功實施。我國完全具有自主知識產權的風雲三號衛星廣角極光成像儀是目前低軌衛星上視場范圍最大、空間分辨率最高的遠紫外波段成像儀,原創性結果發表在Light:Sciences and Applications(Zhang et al 2019))國際光學頂級刊物上。2017年12月風雲三號衛星發射成功后,拍攝到了大量清晰的鋸齒極光圖像(He et al., 2020),這為研究團隊和業務團隊提供了大量的觀測基礎。

結合我國完全自主知識產權的風雲三號衛星廣角極光成像儀極光圖像、國際衛星遙感和就位探測數據、以及地磁台站數據(涉及9顆不同軌道衛星和2個地磁台站系統),首次發現了PSW証據,証明了極光邊界波動,提出了“鋸齒極光(Sawtooth Aurora)”新概念。 該項工作的重要意義在於初步理清了長期以來關於PSW和鋸齒極光的疑問和爭論,發現了磁層內波動能量激發和傳播的新模式,更新了磁層物質和能量輸運圖像。研究成果發表於國際頂級學術期刊Nature Communications(He et al, 2020)。

搭建空間天氣災害監測預警示范平台

張效信博士作為項目首席專家,組織完成了科技部863專項的主題項目,項目突破了短波通信、星地無線電鏈路、長距離電網中的空間天氣災害監測技術,初步形成了針對短波通信、星地無線電鏈路、長距離電網三大系統的空間天氣災害觀測網。其中,電離層閃爍監測網是基於中國氣象局氣象關鍵技術集成與應用重點項目《地基GPS/MET探測系統功能改造和應用推廣(CMAGJ2013Z16)》研究成果而拓展建立的,在中國氣象局觀測站上拓展建成30台套電離層閃爍監測設備,對電離層監測預警提供重要的監測數據支撐。首次提出了災害性空間天氣影響的標准規范,並搭建了空間天氣災害監測預警示范平台,初步形成對空間天氣災害進行監測預警的能力。

構建風雲衛星監測預警系統

張效信博士作為主任設計師帶領團隊初步構建風雲衛星空間天氣業務監測預警系統:(1)主要建立業務運行的風二03批靜止軌道空間天氣應用分系統,是首個利用風雲衛星自主空間天氣數據的監測預警系統,並具有拓展性,不僅使用FY-2F星,也適用FY-2G和未來的FY-2H星,在空間天氣業務中發揮重要的作用和支撐。(2)建立了風雲衛星數據與國外同類數據交叉比對與評價方法,該方法已在FY-3A/B/C衛星和FY-2E/F/G空間環境監測器在軌測試中得到了有效應用。(3)為了加大空間天氣自主監測能力,提出了基於風雲衛星的新空間天氣監測載荷(FY-3和FY-4),包括電離層光度計、廣角極光成像儀、中低能帶電粒子探測器、磁強計、電離層成像儀和太陽X-射線和極紫外成像儀等,這些設備將極大增強空間天氣天基自主數據的監測能力。

初步完成空間天氣業務系統建設

根據《國家空間天氣監測預警中心》職責和定位,張效信博士作為空間天氣業務的主要負責人,帶領團隊:(1)初步建成了天地相結合的持續穩定的業務監測系統,包括7顆風雲衛星上裝載6類23台空間天氣監測設備,以及由9類20台套地基設備以及試運行的60多台套監測設備,初步改善我國空間天氣業務依賴國外數據的狀況,提升數據的自主監測能力。(2)空間天氣定量預報已形成標准規范的系列業務產品,《2004—2014空間天氣預報質量檢驗與評估》表明, 2011年以來部分指標優於SWPC,這說明自主監測能力和預報技術的提高大大提升我國空間天氣預報水平。(3)開展和拓展了航天、航空、通信等重大領域的應用服務,為“神舟”“嫦娥”等航天活動提供服務保障,和空軍、民航、26基地等用戶建立空間天氣業務關系,產生了顯著的社會效益。基於這些業務能力,為了更好地發展空間天氣監測預警和服務,於2015年,中國氣象局成立了國家空間天氣預報台,納入預報台管理序列。

助力推動中國空間天氣走向國際舞台

張效信博士擔任世界氣象組織空間天氣協調組(ICTSW,2010—2016)和空間天氣跨計劃信息服務系統(IPT-SWeISS,2016.12—至今)的聯合主席,組織完成了2016—2019和2020—2023WMO空間天氣發展規劃。同時,張效信博士還擔任國際民航組織(ICAO)的空間天氣專家,負責協調組織溝通中國民航局、俄羅斯水文局、俄羅斯民航局、科工局、中科院以及世界氣象組織(ICAO)的友好人士和相關專家,經過不懈的努力,力爭為中國和俄羅斯聯合體申請到了國際民航組織(ICAO)全球空間天氣信息服務中心合作,這為中國氣象局的空間天氣業務開始走向國際舞台提供重要基礎和平台。

培養研究團隊和培養人才

張效信博士作為中國氣象科學院的博士生導師、二級研究員,除了自身科研,獨立或者合作(系統)指導培養碩士和博士研究生外,還擔任中國氣象局空間天氣重點開放實驗室的學術委員會委員。張效信博士根據科研和業務的需求,協助組織成立了四個科研和科研轉化工作組,讓空間天氣室的人員根據個人興趣加入研究團隊,指導實驗室的科研工作,並邀請空間天氣領域專家指導提升年輕人的研究能力。同時,張效信博士作為中國科協氣象科學傳播專家團隊專家,為全國中小學、大學和社會團體,以及空間天氣用戶進行科普講座。在中科院魏奉思院士的建議下,張效信博士協調中國氣象學會空間天氣學委員會、中國空間科學學會的空間物理專業委員會、中國地球物理學會空間天氣專業委員會等,聯合中國氣象學會、中國氣象局科普宣傳中心、中央氣象頻道、地方科協、中國科學院研究所、高等院校,以及地方氣象學會共同舉辦全國空間天氣日活動,到2020年共舉辦了八屆全國空間天氣日活動,讓社會更多地了解空間天氣,以及空間天氣對人類社會和國防安全的影響。 

(責編:王燕華、劉婷婷)
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