电离层是地球近地空间大气环境的一个重要组成部分，处于地面以上约60-2000km之间。在这一范围内的部分地球中性大气受太阳极紫外线及软X射线的辐射，部分电离或完全电离形成自由电子和离子。电离层是部分电离的大气区域，完全电离的大气区域称为磁层。也有人把整个电离的大气也称为电离层，就把磁层看作电离层的一部分。按照美国电气和电子工程师协会(IEEE)的定义, 电离层是以地面60km以上到磁层顶的整个空间。

地球空间、日地行星际空间与太阳大气构成的日地空间，是人类赖以生存的空间环境。电离层作为日地空间链条中的一个重要环节，通过复杂的化学、动力学和电动力学过程，与磁层、大气层紧密耦合在一起，既对太阳活动(如，太阳耀斑爆发与日冕物质抛射等)和地磁活动(如，地磁暴等)有着强烈的响应，同时又与中性大气相互作用，形成一个复杂多变的开放式系统。电离层活动与人类生产活动息息相关，尤其是科技日益飞速发展的今天，电子与通信等现代科技手段的飞速发展，使许多科学技术的研究与应用和大气对无线电波传播的影响密切相关，影响着人类各种地面、空间的生产、开发、应用和军事等诸多方面的活动。

图1. 日地电离层空间环境变化活动

就实际应用而言，电离层既可反射低频无线电信号，也可使穿越其区域的高频无线电波的传播方向、速度、相位、振幅及偏振状态等发生显著变化。它对人类的生产与生活影响，既有利也有弊。一方面，正常情况下的电离层反射有利于远距离无线电通信的实现和发展，卫星、通信、导航、广播、教育、气象、资源、海洋利用和减灾防灾等领域都因它而获益；另一方面，太阳活动将巨大能量和物质抛向地球，引起电离层的剧烈变化等异常情况对载人航天、卫星通信、导航和许多地面技术系统产生严重的危害，如导致航天器受损和失常、卫星和地面通信设备的中断、导航与定位失准，以及高压输电网、长距离输油和输气管道损害等。特别在当今空间时代，电离层大气作为人类主要的空间活动环境而具备了特殊的重要性，几乎绝大部分的应用卫星，如资源遥感卫星、气象卫星、航天飞机等主要在这一高度活动，其轨道稳定性及寿命依赖于这一高度大气密度及其变化，太阳强爆发所引起的大气密度剧烈变化可使卫星寿命比预计的大大缩小。因此，发生在空间环境中的灾害性天气事件（或过程）造成的一系列严重灾害和巨大损失，已越来越来引起包括军事、通讯、航天、电力等在内的众多部门的关注。例如1989年3月发生历史上罕见的电离层空间灾害性天气事件，使得卫星提前陨落、低纬地区无线电通信中断、轮船、飞机的导航系统失灵、飞行物跟踪识别发生困难、美国核电站变压器烧毁、加拿大北部电网烧毁等，引起国际社会的震惊。以后，几乎每年都有重大的空间灾害性事件发生，如1998年5月美国的银河4号通信卫星失效，造成美国80％的寻呼业务的损失，及德国科学卫星被破坏； 1995年8月我国亚太2号通信卫星因高空风而失败等。根据美国航天部门的统计，卫星故障大约40％与日地空间环境中的灾变有关。仅就航天领域的空间灾害天气损失而言，每年都高达数千万美元。显然，高技术的迅猛发展使得人类活动范围向太空不断地扩大，与此同时，包括电离层环境在内的空间大气环境越来越显示出对人类社会发展的重大影响和制约。

因此，如何减轻或避免电离层剧烈扰动等空间环境灾害天气带来的巨大损失，保障空间卫星系统安全、良好地运行和效能的最大化发挥，对社会经济的发展是十分重要的。特别是，我国当前正处在大力发展北斗卫星导航系统、载人航天工程、嫦娥工程等系列国家重大战略工程的特殊时期，在如此重大的社会发展和国家利益面前，电离层变化活动监测、预警预报及其对应的延迟误差有效修正服务等的内涵更加丰富。目前，由国际无线电联盟、国际大地测量与地球物理协会、国际天文协会等国际知名研究机构组成了国际科技资料广播报和世界日服务局(IUWDS)，开展日地空间环境预报并发布相关的电离层变化信息等服务，总部设在美国的波尔多，分设于世界各地的区域警报中心已发展到10个。航天事业发达的国家，例如俄罗斯、法国、日本、加拿大、澳大利亚等均建立了区域警报中心并积极参与此项工作。近年来，我国也积极地开展了包括电离层变化监测、预警预报以及电离层延迟误差信息发布等研究工作，这将对我国北斗卫星导航系统及载人航天工程等国防建设与国防安全等有着重要的意义。

图2. 中科院测量与地球物理研究所发布的全球电离层电子总含量分布图

(霍星亮供稿)