南大西洋异常区内辐射带高能质子辐射环境长期变化的研究

完善和发展了绝热带电粒子漂移壳追踪方法(DSTM),应用该方法进一步研究了内辐射带低高度高能质子辐射环境的长期变化,并与卫星观测做了比较.研究表明,在过去的30年里SAA区1000 km高度,高能质子通量显著增强,SAA区质子通量的中心区域显著西移和扩大,理论预测结果与卫星的观测事实相符合.高能质子寿命的计算结果证明了DSTM是估算内辐射带高能质辐射环境长期变化的合理方法.     

内辐射带高能质子对磁暴响应的统计研究

范艾伦卫星-A观测表明内辐射带高能质子通量在磁暴主相期间显著下降,在恢复相时与地磁SYM-H指数同步恢复.磁暴期间内辐射带高能质子通量变化对磁场变化的响应是绝热的吗?基于刘维尔定理和第一和第三绝热不变量守恒,定量地评估了高能质子在内辐射带中的完全绝热效应.两个事件研究表明,理论计算的绝热效应导致的高能质子通量变化与范艾伦卫星观测结果吻合良好.本文进而对2013—2016年期间发生的67次磁暴事件进行了统计研究.结果发现磁暴主相和恢复相期间,内辐射带高能质子通量变化的90%贡献是完全绝热效应.相空间密度的调查结果也支持这一结论.最后通过对比研究磁暴前后高能质子通量的变化,我们发现大部分磁暴(56/67)期间,绝热效应能解释内辐射带高能质子通量的变化;另外11次磁暴事件中非绝热效应可能起着重要作用.     

南大西洋地磁异常区的辐射环境与低轨卫星粒子辐射通量计算

利用国际地磁参考场模型ＩＧＲＦ９０,分析了南大西洋异常（ＳＡＡ）区磁场变化的特征,计算了低轨卫星轨道积分粒子辐射通量及其随年代的变化。结果表明,在ＳＡＡ上空,同一高度上的磁场随时间的推移而减弱,粒子辐射通量随时间的推移而增加．对不同高度的卫星,轨道积分粒子辐射通量随年代的变化相差很大,低轨（＜１０００ｋｍ）卫星的变化明显,而＞１０００ｋｍ时变化很小．粒子辐射通量随时间变化的主要原因是ＳＡＡ区的磁壳结构畸变和“移动”,因此,计算不同年代的轨道粒子辐射通量,应使用同年代的磁场模型。近期卫星测量结果表明,这一论断与观测相符。本文提供的计算轨道积分粒子通量方法,结果的可靠性较高,对卫星的合理设计,载人飞船的辐射防护以及卫星的正常运行都有重要参考价值。     

南大西洋地磁异常区的辐射环境与低轨卫星粒子辐射通量计算

利用国际地磁参考场模型ＩＧＲＦ９０,分析了南大西洋异常（ＳＡＡ）区磁场变化的特征,计算了低轨卫星轨道积分粒子辐射通量及其随年代的变化。结果表明,在ＳＡＡ上空,同一高度上的磁场随时间的推移而减弱,粒子辐射通量随时间的推移而增加．对不同高度的卫星,轨道积分粒子辐射通量随年代的变化相差很大,低轨（＜１０００ｋｍ）卫星的变化明显,而＞１０００ｋｍ时变化很小．粒子辐射通量随时间变化的主要原因是ＳＡＡ区的磁壳结构畸变和“移动”,因此,计算不同年代的轨道粒子辐射通量,应使用同年代的磁场模型。近期卫星测量结果表明,这一论断与观测相符。本文提供的计算轨道积分粒子通量方法,结果的可靠性较高,对卫星的合理设计,载人飞船的辐射防护以及卫星的正常运行都有重要参考价值。     

太阳质子事件期间内辐射带质子通量的变化

本文介绍风云一号（B）卫星上的宇宙线成份监测器,在1991年1月30日及31目的耀斑期间及其前后几天,对能量在4—23MeV内的内辐射带质子通量的观测结果,并对这些结果做了详细的分析.结果表明,在这两次耀斑及其所产生的太阳质子事件期间,内辐射带质子通量有显著的变化:在磁漂移壳参量L≥1.64的空间,质子通量显著增强,增幅在40％—200％之间;在L=1.30—1.60的空间,质子通量的增强也较为明显,增幅在20％以上;总的变化趋势是,L越大的地方,质子通量的增强就越显著.质子事件之后,内辐射带质子通量又逐渐回复到质子事件之前平衡结构时的水平.     

暴时内辐射带高能质子的损失和恢复机制探究

我们利用NOAA17卫星对内辐射带高能质子的观测结果研究了大磁暴期间内辐射带质子通量的变化过程.我们发现内辐射带质子出现两种不同的暴时损失事件.在大磁暴发生时,内辐射带外边界质子通量会迅速减小,然后缓慢恢复;而在内辐射带中心区的质子通量(即南大西洋异常区(SAA)质子通量最大值)的暴时变化表现为质子通量的一个迅速的减小和迅速恢复.内辐射带外边界的损失事件主要发生在较低能量质子能档,而内辐射带中心处的损失事件发生在所有质子能档.两种损失事件中质子通量的不同变化意味着内辐射带质子可能有不同的损失和产生机制.通过分析,我们认为内辐射带外边界处质子通量损失事件主要由磁场曲率散射机制造成,而其恢复机制主要是宇宙线反照中子衰变(CRAND).内辐射带中心区(即南大西洋异常区质子通量最大处)质子通量损失事件可能与Dst效应有关.     

太阳质子事件期间内辐射带质子通量的变化

本文介绍风云一号（B）卫星上的宇宙线成份监测器,在1991年1月30日及31目的耀斑期间及其前后几天,对能量在4-23MeV内的内辐射带质子通量的观测结果,并对这些结果做了详细的分析.结果表明,在这两次耀斑及其所产生的太阳质子事件期间,内辐射带质子通量有显著的变化:在磁漂移壳参量L≥1.64的空间,质子通量显著增强,增幅在40％-200％之间;在L=1.30-1.60的空间,质子通量的增强也较为明显,增幅在20％以上;总的变化趋势是,L越大的地方,质子通量的增强就越显著.质子事件之后,内辐射带质子通量又逐渐回复到质子事件之前平衡结构时的水平.     

天和核心舱高能质子南大西洋异常区方向分布差异分析

地球辐射带南大西洋异常区是空间站轨道运行过程中遭遇的最重要的粒子辐射区域, 这一区域集中了大量具有强穿透性的高能质子, 会显著影响空间站舱内器件的正常工作, 危害航天员的健康和安全.2021年4月29日中国空间站天和核心舱成功发射, 核心舱配置了空间环境监测载荷, 可实时获取沿轨高能质子通量监测数据.伴随核心舱姿态变化探测器可监测来自不同入射方向的高能质子, 为初步开展异常区高能质子方向分布提供了可能.本文利用核心舱空间环境监测载荷的高能质子方向观测数据, 通过重构不同入射方向条件下高能质子SAA (South Atlantic Abnormal)区分布, 研究分析不同能量高能质子SAA区方向分布位置边界和方向峰值强度, 给出高能质子异常区方向分布的初步结果, 弥补利用辐射带模型仅能得到全向辐射结果的不足, 为高效规避和应对辐射危害, 保障航天器和航天员的安全提供重要参考.     

哨声模波对高能电子槽区和外辐射带的调节作用

本文利用磁层哨声模嘶声和合声波的幅度分布模型、近赤道背景电子(能量在eV量级)的数密度分布模型和IGRF10磁场模型建立了一个高能电子(能量大于50 keV)准线性扩散模型.模型的数值结果表明,在不同的地磁条件下,等离子体层顶位置的变化改变了磁层背景电子数密度的空间分布,从而改变了哨声模嘶声对高能电子有效的投掷角扩散（损失）区域,同时也改变了哨声模合声波对高能电子有效的动量扩散（加速）区域.哨声模嘶声对电子投掷角扩散区域的变化和RRES卫星探测到的高能电子的槽区变化是一致的,而合声波对电子的动量扩散区域的变化和卫星探测到外辐射带的变化相同.这种对应关系说明：在不同的地磁条件下,哨声模波对高能电子扩散区域的变化是造成高能电子槽区和外辐射带的空间位置和大小变化的一个重要因素.在一些强磁暴期间,由于嘶声对部分能量范围电子的投掷角扩散作用消失,这些电子的槽区也随之消失,从而使内外辐射带连接在一起.     

行星尺度地磁异常的长期变化

为了综合反映地球表面行星尺度磁异常的展布面积、磁场极值以及磁场分布特征等多种因素及其与磁能的关系,本文用穿过各异常区的“无符号磁通量”为特征参数来表征磁异常区强度.用第八代国际参考地磁场模型(IGRF),分析了1900年到2000年全球最大的5个磁异常区的长期变化,结果表明,在一百年中,南大西洋(SAT)、大洋洲(AUS)和非洲(AF)3个异常区的磁通量均增加了200MWb以上,欧亚异常(EA)磁通量增加幅度稍小(157MWb),上述4个异常区磁通量增幅为30%—60%,而北美异常(NAM)的磁通量则减小了50MWb.各异常区面积虽有变化,但最大变化仅为%左右.对磁异常区的西向漂移研究表明,地球表面和核幔界面的西漂明显存在差异：地表磁场有持续而稳定的西向漂移,全球平均西漂速度为0.2°/a;但核幔界面磁场的西向漂移速度要小得多,最大不超过0.1°/a.形成这种差异的原因可能是组成地磁场的不同球谐分量有不同的漂移速度;地表磁场的西漂主要决定于占优势的低阶分量,而核幔界面的西漂则受到高阶分量的重大影响.本文指出,在把地表西漂值用作地核磁流体运动速度的典型值时必须十分谨慎.     

行星尺度地磁异常的长期变化

为了综合反映地球表面行星尺度磁异常的展布面积、磁场极值以及磁场分布特征等多种因素及其与磁能的关系，本文用穿过各异常区的“无符号磁通量”为特征参数来表征磁异常区强度.用第八代国际参考地磁场模型(IGRF)，分析了1900年到2000年全球最大的5个磁异常区的长期变化，结果表明，在一百年中，南大西洋(SAT)、大洋洲(AUS)和非洲(AF)3个异常区的磁通量均增加了200MWb以上，欧亚异常(EA)磁通量增加幅度稍小(157MWb)，上述4个异常区磁通量增幅为30%-60%，而北美异常(NAM)的磁通量则减小了50MWb.各异常区面积虽有变化，但最大变化仅为%左右.对磁异常区的西向漂移研究表明，地球表面和核幔界面的西漂明显存在差异：地表磁场有持续而稳定的西向漂移，全球平均西漂速度为0.2°/a；但核幔界面磁场的西向漂移速度要小得多，最大不超过0.1°/a.形成这种差异的原因可能是组成地磁场的不同球谐分量有不同的漂移速度；地表磁场的西漂主要决定于占优势的低阶分量，而核幔界面的西漂则受到高阶分量的重大影响.本文指出，在把地表西漂值用作地核磁流体运动速度的典型值时必须十分谨慎.