太阳风引起的地磁扰动的参数辨识

作为太阳风引起的地磁扰动的系统辨识一文的姊妹篇,本文利用参数系统辨识方法,对太阳风-磁层耦合系统做了进一步的探讨.根据地磁扰动机制的理论研究,地磁扰动被认为是太阳风能量耦合进入磁层以及由此引起的一系列磁层内能量的输运和耗散的结果.在此基础上,对太阳风-磁层系统的非线性情况进行了讨论,建立了D_st指数与太阳风参量的非线性函数关系,给出了由此得到的地磁扰动计算结果.同时还利用1967年2月3-12日和1980年12月16-23日的两次事件,对已得到的函数关系进行了验证和讨论.验证结果不仅对模型的合理性、普适性做了很好的说明,也表明这种非线性函数关系作为定量的地磁预报模型,具有一定的可信度和实用性.     

太阳风引起的地磁场扰动的系统辨识

本文利用最小二乘非参数辨识,在线性时不变假设下,对由太阳风变化引起的地磁场扰动进行了研究.用这种方法得到的脉冲响应函数给出了地磁层对太阳风变化响应的宏观外部描述,同时还得到了较好的地磁扰动预报结果.本文不仅对单输入单输出系统（SISO系统）进行了分析,而且也对多输入单输出系统（MISO系统）进行了讨论.     

基于Weimer模型的高纬地磁扰动预测

地磁扰动是空间天气中的重要现象,对地基技术系统具有重要的影响.准确预报地磁扰动可以有效避免重大灾害发生.本文基于Weimer电势和磁势模型发展了高纬地区地磁扰动的模拟方法,并与地面台站观测数据进行了比较.地表磁场扰动主要受电离层电流系统的影响,利用Weimer模式计算出电离层等效电流分布后,基于毕奥-萨伐尔定律推导了地磁扰动三分量与电流的关系,最终计算出地磁扰动量.模型的输入参数为太阳风速度、太阳风密度、行星际磁场和磁偶极倾角.模型计算结果与不同纬度和经度的地磁台站观测结果对比表明本文的计算方法能有效地模拟地磁暴期间地磁扰动特征.本文结果对今后发展高纬地区地磁场预报模型奠定了重要基础.     

利用地磁脉动预报地球同步轨道相对论电子通量的方法研究

本文利用低纬地磁台站的Pi1、Pi2地磁脉动（Pi1-2）资料和地球同步轨道的Pc5地磁脉动资料,对2004年1月到2006年12月38个磁暴事件的地磁脉动参数进行了统计分析.在此基础上,考虑相对论电子的局部加速机制,并加入损失机制,建立了一个初步的磁暴期间地球同步轨道相对论电子通量对数值的预报模型.利用该模型,我们对上述38个磁暴事件进行预报试验,最优化结果是：相对论电子通量对数值的预测值和观测值之间的线性相关系数为0.82,预报效率为0.67.这说明该模式具有较好的预报效果,也表明利用地磁脉动参数进行相对论电子通量预报是可行的.     

传导网络中的地磁灾害（一）

地磁扰动可以破坏传导网络的运行，如电力系统、管线和通讯电缆。在电力系统中，地磁感应电流(GIC)通过电力变压器传到地面，干扰变压器的运行，使变压器变热，增加无功功率需求，并产生导致继电器误操作的谐波。在极端情况下，这些效应能导致电力中断，如1989年3月地磁暴期间，魁北克电网中断供电长达9个小时，600万人受到影响。地磁扰动是由太阳喷发高能粒子流向地球空间传动的结果。当这些粒子到达地球时，与地球磁场产生相互作用，所激发的电流向下流动到地球电离层。大部分强电流伴随着极光出现在横跨加拿大的东西带上。它是由电离层电流产生的磁场在地面上所看到的一种磁扰现象。预防地磁对电力系统的影响主要是阻止电力系统中产生地磁感应电流。但是这种措施相当昂贵，许多设施欲在地磁扰动期运行还需依赖地磁活动预报。加拿大地磁预报服务局是由加拿大自然资源部设立的机构，从1974年开始运行，现在可以提供覆盖加拿大3个纬度带的长期和短期地磁预报服务。该项研究工作是全方位的，从用于改进预报的有关太阳爆发的新资料到了解电力系统对磁扰的反应。地磁扰动研究由加拿大地磁预报中心和许多加拿大大学研究小组负责进行，而地磁感应的研究是由一些受其影响的行业组织进行的，也经常与上述预报中心进行合作研究。     

基于修正K_p指数的中纬区单站电离层暴预报方法研究

对电离层暴进行有效预报具有很重要的实际应用价值,但目前这一工作还存在着许多方面有待改进.本文假设电离层扰动的季节性规律占主导地位,借鉴Kutiev and Muhtarov构建修正K_p指数表示地磁活动的方法,建立了一个适用于中纬地区Yakutsk单台站电离层暴预报的线性经验模型.检验表明,该模型对Yakutsk站夏季和春秋季电离层扰动的预测效果明显优于IRI中的STORM模型,模型改善度平均可达35%左右;能很好地反映磁暴连续发生的情况下δfoF₂分阶段下降的形态;能反映出一定的电离层正相扰动及其持续时间,但是正扰动的预报精度有待进一步提高.     

海洋地磁参量实时测量野值的在线辨识与改正

地磁参量实时测量野值的在线辨识与改正是影响地磁导航算法定位概率和精度的重要因素.地磁导航定位的研究目前主要集中于匹配定位算法,地磁参量实时测量数据处理的研究较少.本文将多层递阶非平稳时间序列预测模型引入海洋地磁参量实时测量野值在线辨识与改正,利用多层递阶模型对实时测量值进行一步预测,根据迪克松准则进行野值辨识,利用中值滤波和一步预测值对野值进行改正.仿真数据和实测数据的实验室仿真结果表明,本文提出的野值在线辨识与改正算法不仅可以检测全部孤立型野值而且对多数斑点型野值也有较好的辨识效果,对产生野值处信号的复原误差小于5%.     

地磁脉动预报地震的研究

阐述了利用数字化地磁脉动观测资料预报地震的研究工作及其结果．根据感应磁效应理论，地磁脉动比起常规的地磁观测方法，更能有效地反映震前地下介质电导率的异常变化，尤其是震前的短临异常变化．我们的研究结果也表明，震前地磁脉动传递函数，有明显的短临异常，且有典型的异常形态，并取得较好的预报震例．地磁脉动预报地震是很有前途的地震预报新方法，它将会使以磁报震的研究工作取得新的进展．      

磁暴的时间特性及其与行星际南向磁场的关系研究

随着空间科学的发展和人类空间活动的增加,人们对于了解空间天气情况的需求越来越迫切。各发达国家都开展了对空间天气的预报,其中地磁扰动或磁暴预报是空间天气预报的主要内容之一。了解磁暴（尤其是强磁暴）的时间分布特性,是中长期空间天气预报中的重要一环。尽管磁暴是一种全球性地磁扰动,但是磁暴期间地表观测到的地磁扰动不完全一致,具有地区性差异。随着科学技术的不断发展,技术系统对区域性磁扰的依赖性将越来越强。     

江苏高邮地震台地磁变化与地震关系的初探

分析了江苏高邮地磁台1980年至2002年地磁垂直分量日变幅逐日比值的高值异常与江苏及邻区ML5．0以上地震之间的关系，发现它们之间有良好的对应关系，通过分析地磁垂直分量谐波幅度的逐日比，提出了适用于高邮地磁台的地震分析预报参数，并对其内检预报效能进行了评价。     

Long-period geomagnetic pulsations as solar flare precursors

We compare long-period pulsations of the horizontal component of the geomagnetic field at intervals that precede extreme solar flares. To this end, we use the wavelet–skeleton technique to process the geomagnetic field disturbances recorded at magnetic stations over a wide geographical range. The synchronization times of wavelet–skeleton spectral distributions of long-period pulsations of geomagnetic oscillations over all magnetic stations are shown as normalized histograms. A few days before an intense solar flare, the histograms show extremes. This means that these extremes can be regarded as flare precursors. The same technique is used to analyze the parameters of near-Earth space. The histograms obtained in this case are free of the aforementioned extrema and, therefore, cannot point to an upcoming flare. The goal of this study is to construct a correlation–spectral method for the short-term prediction of solar flare activity.     

耀斑-行星际激波结构与相应地磁扰动结构间关系的分析（Ⅰ）

利用297个耀斑-行星际激波-地磁扰动事件,统计研究了耀斑-行星际激波等离子体结构与相应磁扰结构间的关系,新的发现是:当激波面后的磁场南、北分量不大时,激波等离子体结构决定着相应磁扰的基本结构形态,特别是等离子体热状态与相应磁扰的恢复相关系十分密切.由本文定义的激波能量传输指数--FS指数对相应地磁扰动能给出较好的描述.推论:除磁重联这类能量传输机制外,对于行星际磁场南、北分量较小时,还可能存在以等离子体过程为基础的决定磁扰变化结构的太阳风-磁层能量传输机制,应进一步研究.     

Solar and heliospheric geoeffective disturbances

The past decade has brought advances in several areas of solar-terrestrial physics which, when combined, provide nearly all of the pieces necessary for predicting geomagnetic storms. Advances in techniques for observing the Sun in X-rays and white light allow identification of solar disturbances headed toward Earth. Advances in our understanding of how the resulting heliospheric disturbances reflect aspects of the Sun's magnetic field allow predictions of their magnetic topology and, hence, provide some measure of the geoeffective southward component which they carry. Advances in our understanding of the relationship between transient heliospheric disturbances and high-speed streams and how storm strength depends upon solar wind density and the magnetic polarity of streams allow substantial refinement for prediction schemes.     

Tropospheric vorticity responses to the solar magnetic sector structure and geomagnetic disturbances

The responses of the Vorticity Area Index (VAI) at 500 mb to large geomagnetic disturbances and to magnetic sector boundary crossings are evaluated for the periods 1947–57 and 1963–74, during which time the geomagnetic response to sector structure were known to be distinctly different. Results indicate that the nature of the VAI response to geomagnetic disturbances is markedly similar between the two subsets. The response does not vanish even when only those geomagnetic disturbances not related to sector boundary passage are used in the analysis, which suggests that enhanced geomagnetic activity can independently influence the lower atmosphere. Unlike the geomagnetic disturbance-related effects the sector-related effects have varied with time in a very complex manner. In view of this it is concluded that geomagnetic disturbances, whose effects have shown pronounced consistency, may prove a better solar signal in future sun-weather studies.     

The effect of the high-speed stream following the corotating interaction region on the geomagnetic activities

The high-speed stream following the corotating interaction regions (CIRs) was analyzed. As a result of the analysis, it is found that the geomagnetic field is continuously disturbed in the high-speed stream in question. The geomagnetic disturbances with long duration recurred several rotations between December 1993 and June 1994. These disturbances were associated with a large recurrent coronal hole expanding from the south pole of the Sun. High-speed solar wind from this coronal hole was observed by the IMP-8 satellite during this period. However, the observed intensities of the geomagnetic disturbances were different for each recurrent period. This is explained by the seasonal effect. The disturbed geomagnetic condition continued in the highspeed stream after the passage of the CIRs. The long duration of these disturbances can be explained by the continuous energy input into the Earths magnetosphere from the high-speed regions following the CIRs. This kind of long-duration geomagnetic disturbance in association with coronal holes has been observed in the declining phase of other solar cycles. The relation between the coronal-hole area and the maximum solar-wind velocity is not good for the well-developed large coronal hole analyzed here.     

Magnetospheric disturbances excited by solar wind density enhancements on April 11, 1997

Disturbances in the solar wind density, geomagnetic field, and magnetospheric plasma density and fluxes are analyzed. The disturbances have the same sign and are close to each other in time. They accompany the process of amplitude modulation of Pc1 geomagnetic pulsations during the recovery phase of the moderate magnetic storm of April 10–11, 1997. The magnetospheric disturbances were recorded by ground-based observatories and on spacecraft in all local time sectors with insignificant time delays. It is concluded that in this case variations in the geomagnetic field and magnetospheric plasma density are primary, whereas the amplitude modulation of Pc1, 2 is a secondary manifestation of fast magnetosonic (FMS) waves that are generated during the interaction between the magnetosphere and solar wind density irregularities.     

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.