银河宇宙线对1991年3月日冕物质抛射的监测

利用McMurdo 和Thule台站的观测资料以及我国广州宇宙线台站的观测资料，分 析了1991年3月24日特大磁暴的日冕物质抛射(简称：CME)的部分特征. 分析结果表明CME到 达磁层时，其运动 方向不是正对着磁层顶而是一定程度地偏向地球南半球；这次事件引起银河宇宙线强度出现 三次Forbush下降. CME中含有很强的磁场结构，最强的磁场结构是在1991年3月24日20：00U T 左右到达磁层的，在这期间它严重阻碍着银河宇宙线粒子南向进入到广州宇宙线观测站，在 24日21：00UT最强的磁场结构绕过地球到达磁尾；这次CME中含有较强的磁云.     

日冕物质抛射源区研究进展

日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection,简称CME)可在短时间内将约1011~1013千克物质抛向行星际空间,是灾害性空间天气的主要驱动源之一.CME引发的空间天气事件可能会对卫星、航空器、航天器、电网、输油管道,以及航天员、航班机组人员和乘客健康造成严重危害.CME源区研究是理解CME的重要途径.本文旨在介绍近年来CME源区观测和理论研究进展,通过综合Hinode、STEREO、SDO等卫星的最新观测结果,对CME源区的观测特征进行描述;在此基础上,对stealth CME、twin-CME、大尺度活动等概念、观测现象背后的磁场机制、磁绳的观测和模拟,新的日冕磁场外推方法、CME的三维重构等进行概述.CME预报仍是目前空间天气领域的难点之一,结合最新观测数据对CME事件及其源区、尤其是源区大尺度磁场结构进行分析,对理解和预报CME及相关的空间天气事件具有重要意义.     

1997年1月7日至11日广州站宇宙线强度变化特征的小波分析

1997年1月6日爆发的日冕物质抛射（CME）到达地球时引起了强烈的地球物理效应,CME在行 星际空间传播时,广州的多方向μ介子望远镜观测到银河宇宙线强度的变化. 本文采用 小波分析方法分析了磁暴前后广州台宇宙线强度的频谱变化特征,结果表明,在磁暴前 宇宙线周期为16～32h的信号发生了较明显的变化,其中周期为24～32h的周期特征过去没有 被报道过. 广州台垂直方向宇宙线强度的谱在磁暴发生前48h就出现明显的变化,比各向异 性分析方法得到的时间提前量更大. 同时还分析了几个方向宇宙线强度的最强信号以及达到 最大值的时间,并进行了简要的分析与讨论.     

1998年11月4日至5日日冕物质抛射日地传输时间的数值模拟

在一维球坐标系下模拟了1998年11月4日至5日3个连续日冕物质抛射(CME)在行星际空间的传播和相互作用并最终形成“复杂抛射”的日地传输过程.首先在磁流体力学(MHD)数值模拟中应用Harten总变差减小(TVD)格式,通过调节计算模型中的引力无量纲参数α、等离子体参数β和气体多方指数γ,构造出数值计算所需的初态背景,使之在拉格朗日点处L1的太阳风速度vr、质子数密度Np及质子热压力与磁压力的比值βp与ACE卫星的观测数据一致.接着仅采用速度脉冲的扰动形式,其输入的幅度和持续时间由Lasco/C2、GOES、LEAR的观测数据并结合Michalek等提出的CME“锥模型”来确定.数值计算结果得到的两个激波到达时间和ACE卫星观测值的时间误差分别是3h和4h.这表明该模型能估算续发CME在行星际空间演化后驱动激波的到达时间和大致强度,在空间天气的激波到达时间的预报方面有潜在的应用价值.     

高能质子能谱特征在日冕物质抛射影响预报中的应用

日冕物质抛射(CME)的规模和对地有效性是地磁暴预报中重点关注的特征.本项研究的目的是通过对行星际高能质子通量和能谱的特征与演化规律的分析,得到CME对粒子的加速能力,评估CME可能对地磁场造成的影响.在工作中,统计分析了ACE/EPAM的1998-2010年的质子数据,对质子能谱进行了拟合,得到了能谱指数,并对能谱指数及其变化特征所对应的CME和地磁暴进行了相关统计.通过研究发现:(1)能谱指数随着太阳活动水平而变化,高年最大,达到-2.6,而且涨落幅度也达到±0.4,而在太阳活动低年则稳定在-3.0左右;(2)CME对粒子的加速对应着能谱指数的升高,幅度达到20%时,CME引起地磁暴的可能性较大;(3)冕洞高速流到达地球时,高能质子通量也会升高,但能谱指数同时会有下降;(4)以2004年全年的能谱指数为例,对能谱指数在地磁暴预报中的应用进行了评估,结论认为,能谱指数的升高是CME引发地磁暴的必要条件,可以作为地磁暴预报的参数使用.     

结合实地观测和STEREO/HI图像观测分析2010年CME事件

本文使用了基于单颗STEREO卫星日球层成像仪(Heliospheric Imager,HI)图像的固定Φ角拟合法(Fixed-Φ,FΦ)和调和均值拟合法(Harmonic-mean,HM),结合STEREO和ACE卫星的太阳风实地观测数据,深入分析了2010年15个日冕物质抛射(CME)事件,对比讨论了这两种方法在提取CME参数如太阳赤道平面的主传播方向、传播速度的效果,其中FΦ拟合法假设CME是固定方向传播的小质点,HM拟合法假设CME为具有球形前沿的通量绳结构,结果发现:(1)使用HM拟合法分析得到的CME主传播方向与太阳-实地观测点的夹角平均值是9.5°,小于FΦ拟合法的19.7°;(2)HM拟合法分析的预计到达时间与实测ICME起始时间的平均误差和最大误差分别为0.282天和0.805天,明显小于FΦ拟合法.本文也使用结合STEREO两颗卫星HI图像的直接三角法(Direct-triangulation,DT)和球面切线法(Tangent-to-a-sphere,TS),深入分析了5个朝向地球的CME事件,其中,DT和FΦ拟合法的假设相同,TS和HM拟合法的假设相同,结果发现:(1)这两种方法分析的CME主传播方向与日地连线的夹角最大值分别是13.2°和21.1°,明显小于单颗卫星观测的20.7°和27.5°;(2)其中4个CME事件使用方法得到的线性拟合加速度不超过0.4 m·s^-2,这说明CME在主传播方向上的速度变化在1AU内不超过100 km·s^-1;(3)使用TS方法得到的预计到达时间与实测ICME起始时间的绝对误差最小,平均值和最大值分别是2.3 h和5.8 h.可见,利用HI图像提取CME传播参数时,加入CME前沿结构假设和结合多角度观测都能够有效地减小拟合误差.     

对自相似扩展(SSE)模型的改进和研究

自相似扩展拟合法(Self-Similar Expansion,SSE)假设日冕物质抛射(CME)具有恒定角宽度、沿径向向外传播的、自相似扩展的球形前沿,由日心出发的、与这个球形前沿相切的圆锥的圆锥角就是通常所说的CME角宽度,半角宽度取值范围是[0°,90°],固定Φ角拟合法(Fixed-Φ,FΦ)和调和均值拟合法(Harmonic-mean,HM)分别对应SSE模型的半角宽度为0°和90°的特殊情况.本文中修改后的自相似扩展拟合法(MSSE)假设CME具有自相似扩展的半球形前沿,能够提取的CME参数包括由日心出发的、圆锥截面过球心的圆锥的半圆锥角和CME的主传播方向、传播速度,其中半圆锥角取值范围是[0°,90°],FΦ和HM分别对应MSSE模型的半圆锥角为0°和45°的特殊情况,半圆锥角为90°时,CME前沿是以日心为圆心的半圆.MSSE拟合法扩大了SSE模型对CME前沿形态的描述范围,将半圆锥角作为判断CME是否能够到达、何时到达某颗卫星的重要参数.基于单颗STEREO卫星日球层成像仪(Heliospheric Imager,HI)图像,结合STEREO和ACE卫星的太阳风实地观测数据,本文深入分析了2010年23个CME事件,结果发现:在用于预报CME事件是否能到达某颗卫星、何时到达时,MSSE拟合法相比FΦ、HM和SSE拟合法,不但可以更准确地拟合CME主传播方向和传播速度,也可以缩小预计到达时间和到达速度的误差.     

基于多视角观测的SEP事件与twin-CME关系研究

本文联合SOHO和STEREO-A/B（三视角）日冕观测和太阳高能粒子（SEP）观测,分析了2007—2014年间169个快速（速度>900 km·s^-1）、宽角度（>60°）日冕物质抛射（CME）及其先行CME和关联SEP事件.通过相关分析,给出了SOHO/EPHIN 25~53MeV及STEREO/HET 23.8~60 MeV能量范围的大SEP事件通量判断阈值,分别为0.01和0.014（cm²·s·sr·MeV）^-1.三视角CME观测能有效地避免投影效应产生的twin-CME事件误判,统计得到单一视角确定twin-CME事件的误判率一般低于10%,最高不超过15%.基于三视角判断的twin-CME事件及SEP事件峰值强度,得到判断twin-CME事件的时间阈值最短约为9 h（9~13 h）.single-CME产生的SEP事件强度与CME速度、动能的相关性明显高于twin-CME,并且三视角下的相关性结果与单视角类似.结果表明,一个主CME可能存在多个先行CME,依据单卫星观测判断先行CME时有一定的误判几率,但少数单个先行CME的误判并不影响基于单卫星的统计规律或统计结果.     

第23太阳活动周期太阳风参数及地磁指数的统计分析

日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection,简称CME)和共转相互作用区(Corotating Interaction Region,简称CIR)是造成日地空间行星际扰动和地磁扰动的两个主要原因,提供了地球磁暴的主要驱动力,进而显著影响地球空间环境.为深入研究太阳风活动及受其主导影响的地磁活动的时间分布特征,本文对大量太阳风参数及地磁活动指数的数据进行了详细分析.首先,采用由NASA OMNIWeb提供的太阳风参数及地磁活动指数的公开数据,通过自主编写matlab程序对第23太阳活动周期(1996-01-01—2008-12-31)的数据包括行星际磁场Bz分量、太阳风速度、太阳风质子密度、太阳风动压等重要太阳风参数及Dst指数、AE指数、Kp指数等主要的地磁指数进行统计分析,建立了包括269个CME事件和456个CIR事件列表的数据库.采用事例分析法和时间序列叠加法分别对两类太阳活动的四个重要太阳风参数(IMF Bz、太阳风速度、太阳风质子密度、太阳风动压)和三个主要地磁指数(Dst、AE、Kp)进行统计分析,并研究了其统计特征.其次,根据Dst指数最小值确定了第23太阳活动周期内的355个孤立地磁暴事件,并以Dst指数最小值为标准将这些磁暴进一步分类为145个弱磁暴、123个中等磁暴、70个强磁暴、12个剧烈磁暴和5个巨大磁暴.最后,采用时间序列叠加法对不同强度磁暴的太阳风参数和地磁指数进行统计分析.统计分析表明,对于CME事件,Nsw/Pdyn(Nsw表示太阳风质子密度,Pdyn表示太阳风动压)线性拟合斜率一般为正;对于CIR事件,Nsw/Pdyn线性拟合斜率一般为负,这可作为辨别CME和CIR事件的一种有效方法.从平均意义上讲,相较于CIR事件,CME事件有更大的南向IMF Bz分量、太阳风动压Pdyn、AE指数、Kp指数以及更小的Dstmin.一般情况下,CME事件有更大的可能性驱动极强地磁暴.总体而言,对于不同强度的地磁暴,Dst指数的变化呈现出一定的相似性,但随着地磁暴强度的增强,Dst指数衰减的速度变快.CME和CIR事件以及其各自驱动的地磁暴事件有着很多不同,因此,需要将CME事件驱动的磁暴及CIR事件驱动的磁暴分开研究.建立CME、CIR事件及地磁暴的数据库以及获取的统计分析结果,将为深入研究地球磁层等离子体片、辐射带及环电流对太阳活动的响应特征提供有利的帮助.     

冕洞阻碍太阳高能粒子事件形成的典型事例分析

通过对比两次快速晕状日冕物质抛射(CME)事件,分析相应的日面和行星际的观测资料,发现源区距离冕洞较远的CME引起了极强的太阳高能粒子(Solar Energetic Particle,SEP)事件,而源区非常靠近冕洞的CME则没有引起大的SEP事件.该结果表明,冕洞可能对CME形成SEP事件有阻碍作用.继而分析1997～2003年所有爆发在冕洞边缘的快速晕状CME,发现源区离冕洞距离小于02Rs(太阳半径)的CME均没有引起大的SEP事件.从而进一步证实了冕洞可能对邻近CME形成大SEP事件有影响,它阻碍SEP事件的形成.最后讨论了冕洞阻碍CME形成大SEP事件的可能原因.     

太阳耀斑电子束在日冕区产生的静电不稳定性

依据太阳耀斑爆发特征,建立了双耀斑电子束与日冕背景相作用的模型,数值结果表明,该等离子体系统将激发静电不稳定性,其时间增长率ω_i受耀斑热束密度与日冕背景密度比值（n_h/n_o）以及耀斑冷束相对论电子密度与日冕密度值（n_c/n_o）影响较大,并随它们增大而增大,其实频大小在耀斑热束等离子体频率附近。因此,此系统可激发大于1GHz的高频静电辐射,这些结果对揭示耀斑粒子在日冕空间传播行为有一定作用,并可用于探讨高频Ⅲ型射电机制。     

2006年12月系列太阳耀斑事件的近地响应分析

利用几种不同空间位置空间天气观测数据对2006年12月系列太阳耀斑近地空间天气效应进行多方位分析,结果表明,该系列耀斑都伴随不同程度日冕物质抛射CME和高速太阳风,首轮耀斑产生超过600 km/s高速太阳风,12月6日通过L1点并持续到12月12日,12月14日次轮耀斑产生900 km/s太阳风高速流,该股高速太阳风引发12月15日地磁场特大磁暴。ACE数据显示,12月6、14、15日IMF南向分量长时间超过5 nT,14～15日有4 h以上超过10 nT,NOAA SEC发布的全球地磁综合KP指数15日超过8。磁暴期间华南地区30 min平均TEC最大值波动幅度达到10TECU或20%,表明发生了较大电离层暴。     

关于2003年10～11月日地关系重大事件研究综述

发生于2003年10～11月许许多多日地关系重大事件,西方称为万圣节日地事件或风暴(Halloween Events 或Halloween Storms),并予以特别关注.本文综述对这次日地重大事件的国际集会讨论和公开出版的文献,在太阳爆发方面包括：（1）太阳活动区与耀斑;（2）日冕物质抛射CMEs;（3）日冕激波;（4）太阳高能粒子SFPs;（5）活动区能量与面积、耀斑大小和CME速率.在日球层与地球物理效应方面,包括：（1）日球层响应;（2）大磁暴与宇宙线磁层效应;（3）热层与电离层效应;（4）白天极光、臭氧亏损;（5）中国学者工作.期望我国在此基础上积极开展工作和取得创新.     

低速太阳风的分类

对1970-1980年1AU附近太阳风的观测资料所进行的分析表明,60％的冕旒相关流和40％的CME相关云的流速都不大于350km/s;80％的流速不大于350km/s的低速风起源于冕旒,且除冕旒和CMEs外,看来还存在别的低速风日冕源区.有关冷风的分析表明,近80％的冷风的流速不大于350km/s,80％的冷风起源于冕旒;也有一小部分冷风既非起源于冕旒,也不起源于CMEs.低速风的11年变化显示,在太阳活动各位相,冕旒总是低速风的主要日冕源区.但是,极大位相时的冕旒宽度很可能大于极小和下降位相.     

日冕磁场测量

磁场把太阳的各层大气耦合在一起,并主导着其中的各种物理过程,磁场的演化引发包括太阳爆发在内的活动现象,进而影响着地球的空间环境和人类的生存条件.要理解发生在太阳大气中的各种活动现象,离不开对其磁场的完整认知.然而目前对太阳高层大气尤其是日冕的磁场测量仍然严重缺失,这大大限制了人类对太阳活动的研究,制约了太阳物理和空间天...     

运用三维运动学模型对行星际磁场南北分量的预测

提出一种可能产生行星际磁场南北分量扰动的物理机制,并将此物理机制运用于三维运动学模型,对原模型作了改进. 使用改进后的模型模拟研究了1997年5月12日06:30UT爆发的晕状(halo)日冕物质抛射(CME)事件对行星际磁场和等离子体的扰动,以及1978-1981年间17个与CME有关的行星际扰动事件. 在17个事件中有14个事件可准确预测出行星际磁场南北分量的方向,准确率为82%. 结果表明,模型计算出的行星际磁场南北分量的扰动方向与观测的方向是基本一致的.     

日冕物质抛射—空间天气的扰动源

日冕物质抛射是引起空间天气扰动的重要起因＿本文对日冕物质抛射的一般参量和形态、它与其它太阳活动现象的关系、它在行星际空间的表现以及它导致的地球空间环境扰动的研究进展作了介绍和讨论     

太阳黑子活动对地球地震活动的影响浅析

利用调和分析以及小波分解与重构等信息挖掘方法,对1749年来的太阳黑子月统计数据,1920年来全球地震目录MS6.0以上地震年统计数据,1950年来华北地区ML4.7级以上地震目录,地球自转速率1832—1997年的年统计数据及1962年来的月统计数据,进行对比分析,研究发现:(1)在太阳活动处于强烈期时,地球大震处于高发期且略滞后2～5年,而此时地球自转速率处于减速期,其时间跨度约22年。(2)对于太阳黑子数11年的周期变化,在正常变化下如果处于低值期,期间地球地震活动也将增加,但地震发震时间滞后1～2年。考虑太阳黑子与日冕活动有继承性及延迟性的特点,我们认为引起11年左右的地震群活动可能不是直接受太阳黑子的影响,而是受太阳日冕活动影响。因为日冕抛射物在太阳黑子磁场弱化1年左右时爆发,使得太阳外层扁率增加并经常抛射一次性质量高达1013 kg的物质,从而导致地球自转速率因摄动效应而发生同步性减慢,以及地球地震活动增强。     

我国宇宙线空间物理学的进展

本文介绍了宇宙线空间物理学在我国的形成和主要研究内容,包括:(1)空间探测,有火箭探测、卫星探测;地面宇宙线台站观测;宇宙线的水下测量;(2)宇宙线空间物理学研究,有宇宙线的日地传输;宇宙线强度变化与CME事件;宇宙线的源物质与加速过程;宇宙线的地球物理效应.最后提到宇宙线与人体健康,特别是流行性感冒、大的太阳质子事件与地震现象、太阳宇宙线事件与天气和气候等的统计研究.     

地球的地震活动性与行星际介质

对地球的全球地震活动性特征(每年发生灾难性地震的数目及其总能量)的分析结果表明,太阳的11年活动周期可能影响地球的地震活动性。赛金斯基(北极和南极科学研究所,列宁格勒)研究了强烈地震的发生时间与对形成行星际介质扰动起极重要作用的太阳活动区和日冕空穴位置的关系。研究结果表明,地震通常都发生在太阳的活动区通过中心(相对于地球)的太阳子午线之后的第3天。与高速的太阳等离子流有关的日冕空穴的