对一个太阳风暴及其行星际和地磁效应的研究

对一个爆发于2014年1月7日的太阳风暴进行了研究,通过对太阳活动的多波段遥感观测—来自于太阳动力学天文台(Solar Dynamics Observatory,SDO)以及太阳和日球天文台(Solar and Heliospheric Observatory,SOHO),分析了耀斑和日冕物质抛射(coronal mass ejection,CME)的爆发过程.通过地球同步轨道环境业务卫星(Geostationary Operational Environmental Satellites,GOES)对高能质子以及日地L1点的元素高级成分探测器(Advanced Composition Explorer,ACE)对当地等离子体环境的就位观测,分析了伴随太阳风暴的太阳高能粒子(solar energetic particle,SEP)事件和行星际CME(ICME)及其驱动的激波.通过地面磁场数据分析了该太阳风暴对地磁场的影响.研究结果表明:(1)耀斑脉冲相的开始时刻和CME在日面上的抛射在时序上一致.(2)高能质子主要源于CME驱动的激波加速,并非源于耀斑磁重联过程.质子的释放发生在CME传播到7.7个太阳半径的高度的时刻.(3)穿过近地空间的行星际激波鞘层的厚度和ICME本身的厚度分别为0.22 au和0.26 au.(4)行星际激波和ICME引起了多次地磁亚暴和极光,但没有产生明显的地磁暴.原因在于ICME没有包含一个规则的磁云结构或明显的南向磁场分量.     

由对地全晕状日冕物质抛射诱发的地磁感应电流统计研究

太阳活动会引起输变电系统异常,特别是对超长距离输变电系统的危害尤其明显.根据SOHO/LASCO (Solar and Heliospheric Observatory/Large Angle and Spectrometric Coronagraph)的日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection,CME)数据、华北电力大学和芬兰气象研究所获得的地磁感应电流(Geomagnetically Induced Current,GIC)数据以及地磁暴数据,分析研究了与GIC事件有关的对地晕状CME的重要观测特征和物理性质.按照对称性将晕状CME进行分类后,发现造成GIC事件的晕状CME主要有3类:完全对称型、亮度不对称型和外形不对称型.不同类型的全晕状CME驱动的GIC事件在强度、持续时间等方面特征各不相同.其中,亮度不对称型晕状CME很有可能对GIC事件影响最为严重.同时注意到GIC与地磁场随时间的变化率也具有较好的相关性.     

ASO-S卫星工程LST爆发模式触发和终止方案

先进天基太阳天文台(ASO-S)是计划于2021年底或2022年上半年发射的中国首颗综合性太阳探测卫星,莱曼阿尔法太阳望远镜(LST)作为ASO-S的有效载荷之一,具体包括莱曼阿尔法全日面成像仪(SDI)、日冕仪(SCI)以及白光望远镜(WST) 3台科学仪器和2台导行镜(GT),其主要目标是在多个波段对太阳上的两类剧烈爆发现象(太阳耀斑和日冕物质抛射)进行连续不间断的高分辨率观测.为了实现这一观测目标, LST所有仪器的观测模式中均包含了一种针对爆发事件而设置的爆发模式.该模式下, SCI将以更高的频率进行图像采集, SDI和WST则以更高的频率对爆发所在区域进行图像采集.测试结果表明,观测图像经过中值滤波、像元合并处理后,可以通过监测图像各像元亮度的相对变化提取爆发事件的时间和位置信息.这些信息将为LST观测模式间的相互切换提供重要电子学输入.     

2003年10月26日至11月3日CME事件的射电初步分析

基于我国的太阳射电宽带频谱仪(0．625～7．600GHz)在2003年10月22日～11月3日观测到8个伴生日冕物质抛射(CME)的太阳射电爆发,结合Nobeyama Radio Polarimeter(NORP)的单频观测、Nobeyama Radioheliograph (NORH)、Siberian Solar Radio Telescope(SSRT)的成像观测以及Culgoora和WAVE／WIND的低频射电频谱观测,对8个射电爆发的射电辐射特征进行了初步分析．试图从中寻找与CME伴生的射电爆发的特征。     

冕流电流片的白光和紫外观测研究

日冕电流片是日冕磁重联发生的主要区域, 这一过程将磁能转化为等离子体的热能和动能. 通过选取大角度光谱日冕仪(Large Angle and Spectrometric Coronagraph, LASCO)的白光与远紫外日冕成像光谱仪(Ultraviolet Coronagraph Spectrometer, UVCS)的紫外观测, 研究了2003年1月3日观测到的冕流电流片. LASCO C2白光数据显示电流片中的等离子体团在视场中可从60km·s^-1加速至340km·s^-1, 加速度为 60m·s^-2; 假设视向深度为0.3--1.5R_⊙, 得到所研究电流片在UVCS狭缝高度处的平均电子数密度约为(1.52--7.60)×10⁷cm^-3. 对沿UVCS视场狭缝分布的[Fe xviii ] 974 ? A和Lyα谱线强度进行研究, 发现电流片处的[Fe xviii ]谱线强度比周围明显增大, 计算得到所研究时段内电流片的电子温度范围为(2.94–4.04)×10⁶K; 而在电流片处的Lyα谱线强度相对周围变化不大, 在电流片内部两侧强度比中心略高, 可能的主要原因是电流片内部中心处等离子体的运动速度要比两侧快, 这使得中心比两侧有更强的多普勒暗化作用. 以UVCS观测的Lyα和[Fe xviii ]谱线的辐射强度比和计算的电子温度为约束条件, 发现当狭缝电流片处等离子体运动速度约为237–254 km·s ^?1 时, 通过理论计算的Lyα和[Fe xviii ]谱线的辐射发射率比值和观测谱线强度比值相当. 在该速度范围内, 电流片内部Lyα辐射的碰撞项约为辐射项的42%–57%. 此事件中的冕流电流片比通常情形下的冕流电流片中等离子体温度更高、运动速度更大, 可能的原因在于其南侧爆发的两个日冕物质抛射促进了电流片中的磁重联过程, 更多的磁能释放用于等离子体的加热和加速. 所得研究结果可以为我国将要发射的先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory, ASO-S)未来的资料处理提供重要参考.     

太阳射电爆发的起因：耀斑或／和日冕物质抛射

本文分析了近二十年来的地面和空间太阳有关观测资料,得出太阳射电爆发的起因为耀斑和／ 或日冕物质抛射（ＣＭＥ） 而不仅仅是耀斑,这将有利于更深刻地了解太阳射电爆发和共生高能现象的物理过程     

超强太阳质子事件及相伴现象特征分析

依据卫星和地面的观测数据,分析了峰值流量达到或超过10 000 pfu(1 pfu=1proton.cm~2.s~(-1).sr~(-1))的超强太阳质子事件相伴的太阳耀斑、曰冕物质抛射(CME)驱动激波的曰地传播速度、源区的曰面经度、卡林顿经度以及相伴的磁暴等现象.研究表明,超强太阳质子事件源区的曰面经度范围为E30°Longitude≤W75°.超强太阳质子事件源区分布在2个卡林顿经度带,分别为130°~220°的区域和260°~320°的区域.超强太阳质子事件都伴随着强烈的太阳耀斑和快速CME,CME驱动的激波从太阳到地球的平均速度超过1200 km/s.除一个超强太阳质子事件相伴的磁暴略低于强磁暴外,其余8个都伴有Dst≤-100 nT的强烈磁暴.     

磁云传播的动力学演化过程研究进展

磁云因其独特的磁场结构经常是重大灾害性空间天气的驱动源. 近来从磁云的边界层结构、环向通量、大尺度结构等方面关于磁云传播的动力学演化过程的研究取得了一些进展. 在磁云边界存在一个由于磁场重联而形成的边界层结构. 在磁云传播过程中, 这种发生在边界处的磁场重联可能会把磁云的磁场剥蚀掉, 进而引起其磁通量绳结构环向通量的减少以及不对称. 在磁云内部, 经常会观测到多个子通量绳结构. 这些特性各异的子通量绳可以通过磁场重联而合并, 进而引起磁云磁结构的改变. 关于磁云大尺度磁场拓扑位形的演化机制, 除了较早提出的交换重联外, 目前的研究表明在行星际空间中, 磁云边界处的重联过程也可以将磁云闭合或半开放的磁场线打开或断开. 尽管在相关研究中已经取得了较大进展, 但关于磁云传播的动力学演化过程还有许多问题尚不清楚. 在行星际小尺度磁通量绳边界也发现了边界层结构, 那么磁云是否会因剥蚀而成为小尺度通量绳? 磁云内子通量绳结构在相互作用中会不会引起某些不稳定性而导致整个通量绳系统的崩溃? 这些问题的解决还有待于进一步的理论、观测和数值模拟研究.     

基于机器学习的日冕仪图像分类方法研究

日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection, CME)的检测是建立CME事件库和实现对CME在行星际传播的预报的重要前提. 通过Visual Geometry Group (VGG) 16卷积神经网络方法对日冕仪图像进行自动分类. 基于大角度光谱日冕仪(Large Angle and Spectrometric Coronagraph Experiment, LASCO) C2的白光日冕仪图像, 根据是否观测到CME对图像进行标记. 将标记分类的数据集用于VGG模型的训练, 该模型在测试集分类的准确率达到92.5%. 根据检测得到的标签结果, 结合时空连续性规则, 消除了误判区域, 有效分类出CME图像序列. 与Coordinated Data Analysis Workshops (CDAW)人工事件库比较, 分类出的CME图像序列能够较完整地包含CME事件, 且对弱CME结构有较高的检测灵敏度. 未来先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory, ASO-S)卫星的莱曼阿尔法太阳望远镜将搭载有白光日冕仪(Solar Corona Imager, SCI), 使用此分类方法将该仪器产生的日冕图像按有无CME分类. 含CME标签的图像将推送给中国的各空间天气预报中心, 对CME进行预警.     

通过建立自然坐标系确定磁云边界方法的探讨

通常卫星探测到的关于行星际空间磁场的数据都是在GSE坐标系(地心太阳黄道坐标系)里表示出来的．磁云是行星际日冕物质抛射事件的一个重要子集,它们的边界认证一直是磁云研究中感兴趣的问题之一．通过讨论坐标系转换确定磁云边界的方法,由磁云的磁通量管特征建立磁云自然坐标系,然后把行星际空间的磁场转换到磁云自然坐标系里．在磁云自然坐标系里磁云作为一个磁通量管的结构能够清晰地显示出来．结合磁云的等离子体特征就可以比较容易地把磁云和背景太阳风分辨出来,即确定了磁云的边界．     

A Statistical Study on the Geomagnetically Induced Current Events Driven by Earth-directed Full-Halo Coronal Mass Ejections

Solar activities can cause the anomalies of electric power transmission systems, especially, for an extra-long distance transmission system. Using the data of coronal mass ejection (CME) from SOHO/LASCO (Solar and Heliospheric Observatory/Large Angle and Spectrometric Coronagraph), and the data of the geomagnetically induced current (GIC) and geomagnetic storm from the North China Electric Power University and Finnish Meteorological Institute, respectively, we analyze some important observational features and physical properties of the earth-directed halo CMEs associated with the GIC events. After classifying the observed halo CMEs according to their symmetry, it is found that the halo CMEs associated with GIC events are mainly the 3 types: completely symmetric, brightness-asymmetric, and outline-asymmetric. The geomagnetically induced current events driven by the three different types of halo CMEs have different characteristics in the intensity, duration, and period. We ?nd that the brightness-asymmetric halo CMEs are most likely to cause the major damage to the transmission systems. And that the geomagnetically induced current has also a good correlation with the time variation of geomagnetic ?eld.     

Analysis of the Properties of Super Solar Proton Events and Associated Phenomena

The solar flares, the speeds of shocks propagated in the solar-terrestrial space and driven by coronal mass ejections (CMEs), the heliographic longitudes and Carrington longitudes of source regions, and the geomagnetic storms, which are accompanied by the super solar proton events with a peak ?ux equal to or exceeding 10 000 pfu, have been studied by using the data of ground-based and space observations. The results show that the heliographic longitudes of source regions of super solar proton events distributed in the range from E30? to W75°. The Carrington longitudes of source regions of super solar proton events distributed in the two longitudinal belts, 130°∼220° and 260°∼320°, respectively. All super solar proton events were accompanied by major solar flares and fast CMEs. The averaged speeds of shocks propagated from the sun to the Earth were greater than 1 200 km/s. Eight super solar proton events were followed by major geomagnetic storms (Dst≤−100 nT), except that one super solar proton event was followed by a geomagnetic storm with the geomagnetic activity index Dst=−96 nT, a little smaller than that of major geomagnetic storms.     

The dynamics of velocity fluctuations in the solar wind – I. Coronal mass ejections

In this paper we present a simple, analytic model for the dynamical evolution of supersonic velocity fluctuations at the base of the ambient solar wind. These fluctuations result in the formation of dense working surfaces that travel down the wind. It is shown how the initial parameters of the fluctuations (velocity, density and duration) are related to the characteristics of the working surfaces far from the Sun (for instance at the Earth). We apply the model to the evolution of the coronal mass ejections in the IP medium, finding that the model is in good agreement with satellite observations of these phenomena, thus providing physical insight into their dynamical evolution. Our model may contribute to future 'space weather forecasting' on the Earth, based on detailed satellite monitoring of the solar corona.     

2003年10月22日太阳活动区AR0484内日浪事件的研究

利用色球Hα、TRACE／WL、SOHO／EITEuV单色像观测资料及SOHO／MDI光球磁场观测资料，对2003年10月22日太阳活动区AR0484内发生的日浪事件进行了研究．发现：(1)在Ha线心观测上，日浪包含有亮、暗2个分量，这2个分量先后出现而且并不共空间．日浪的亮分量与UV和EUV波段上观测到的喷发具有较好的同时性和共空间性．(2)日浪喷发物质沿着EUV环运动。(3)在光球层，日浪足根处的黑子和磁场有明显的变化．这些观测结果支持日浪的磁重联模型。     

Formation of Transient Coronal Holes during the Eruption of a Quiescent Filament and its Overlying Sigmoid

By using Hα, He I 10830, EUV and soft X-ray (SXR) data, we examined a filament eruption that occurred on a quiet-sun region near the center of the solar disk on 2006 January 12, which disturbed a sigmoid overlying the filament channel observed by the GOES-12 SXR Imager (SXI), and led to the eruption of the sigmoid. The event was associated with a partial halo coronal mass ejection (CME) observed by the Large Angle and Spectrometric Coronagraphs (LASCO) on board the Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), and resulted in the formation of two flare-like ribbons, post-eruption coronal loops, and two transient coronal holes (TCHs), but there were no significantly recorded GOES or Hα flares corresponding to the eruption. The two TCHs were dominated by opposite magnetic polarities and were located on the two ends of the eruptive sigmoid. They showed similar locations and shapes in He Ⅰ 10830, EUV and SXR observations. During the early eruption phase, brightenings first appeared on the locations of the two subsequent TCHs, which could be clearly identified on He Ⅰ 10830, EUV and SXR images. This eruption could be explained by the magnetic flux rope model, and the two TCHs were likely to be the feet of the flux rope.