太阳风状态参数的变化对地球磁鞘中磁场起伏特性的影响

本文利用MHD激波跳跃条件的精确解,具体讨论了行星际背景太阳风状态参数Alfvén马赫数M₁、等离子体β₁参数和磁场角θ₁的变化对地球磁鞘区中磁场起伏特性及其分布的影响.主要结果是:马赫数M₁的变化主要控制磁场起伏特性:放大倍数、相对起伏和各向异性程度的水准高低.磁场角θ₁的变化控制磁场起伏的空间分布特性.等离子体β₁参数的变化,不引起磁场起伏特性的明显变化(对于实际经常发生的情况M₁ 8而言).M₁、θ₁是强控制参数,而β₁是弱控制参数;磁鞘区磁场起伏对太阳风状态参数的变化响应呈现明显的晨-昏不对称性(行星际磁场位于黄道面时),响应主要发生在晨侧.晨侧的磁场起伏(或湍动)相当活跃,而昏侧相当稳定;磁鞘中不同地点磁场起伏特性对太阳风状态参数M₁、β₁的变化响应有大致相同的形式,而对其磁场角度θ₁的变化却有迥然不同的形式.      

太阳质子耀斑X射线辐射特征及质子事件警报

太阳质子耀斑X射线辐射特征的研究, 为太阳质子事件的警报提供一个重要的途径和方法。本文分析了第21周太阳活动峰年(1977—1986)期间质子耀斑和相应的GOES和SMM卫星观测的X射线辐射资料, 结果表明:大部分质子耀斑的硬X射线峰值流量F_HX≥104s/c;积分流量F₀≥106counts;硬X射线辐射到达峰值时间T_R≥100s;持续时间T_D≥103s;X光子最高能量E_x≥300keV;平均能谱指数√r≤3.5;高能时延T_L≥10s。利用这些X射线暴的特征参数, 对第21周峰年大质子事件作警报检验, 结果是:报准率为94％, 虚报率为40％。      

第22太阳周地磁活动峰值和时间的预计

本文讨论了从第13—22太阳周太阳和地磁周的特征.运用自激励门限自回归时间序列模型和最大熵谱原理自回归数学方法来模拟和预报地磁aa指数年均值峰值和时间.峰值时间是1993年秋天或1994年春天.地磁aa指数年均值峰值是26—29.第22地磁周是一个中等活动的周.     

电离层电场对磁层活动响应时延的模式研究

本文用极盖边界上电离层驱动电位φ₀随时间变化的不同模式计算了场向电流J_∥2及电离层对流电场E的演化过程。计算表明,当φ₀(t)先升后降有极大值时,J_∥2(t)和E(t)也表现出类似的趋势。但它们的极值滞后于φ_0max出现的时刻,即在一段时间内,φ₀虽已开始下降,J_∥2及高纬E却继续增大。一般说,E先于J_∥2达到极值,但相差甚小。φ₀变化形式不同时,滞后时间亦不同。当φ₀陡升缓降时,E、J_∥2的极值相对于φ_0max的时延可超过一小时。这与持续时间较长的磁暴期间所观测到的电离层场强响应时延量级是一致的。时延大小还受电离层电导率的制约。低纬电离层场强的响应与高纬不同,其升降趋势与φ₀同步。      

结合光球磁场特征物理量的质子事件短期预报

利用描述太阳活动区光球磁场复杂性和非势性特征的三个物理量(纵向磁场最大水平梯度|▽_hB_z |_m, 强梯度中性线长度L, 孤立奇点数目η)建立了质子事件短期预报模型, 验证了磁场特征物理量对质子事件短期预报的有效性. 目前已建立或使用的太阳质子事件短期预报模型中仍然没有正式将磁场特征物理量作为预报因子. 由于太阳质子事件是小概率事件, 其物理产生机制尚不完全清楚, 这些预报模型往往存在虚报率偏高或报准率偏低的问题. 本文试图将原有质子事件模型所用的传统因子与磁场特征物理量结合起来, 利用神经网络方法建立一个更为有效的质子事件短期预报模型. 利用1997--2001年的训练数据集1871个样本建立了输入层为传统预报因子的模型A以及输入层为传统预报因子和磁场特征物理量的模型B. 通过对2002--2003年973个样本的测试数据集进行模拟预报发现, 模型A与B在具有相同质子事件报准率的情况下, 模型B的虚报率明显降低. 这进一步验证了磁场特征物理量在质子事件短期预报中的作用, 进而可以加强对太阳质子事件的实际预报能力.      

我国某些普通球粒陨石金属相的元素分布

本文用仪器中子活化分析法测定了我国不同化学群的吉林(H₅),信阳(H₅)、肇东(L₅)、广饶(L_6-5)和东台(LL₆)等普通球粒陨石金属相的Fe、Ni、Co、Cu、Cr、Mn、Ga、Ge、Ir、Au和As含量.每个陨石的金属相按粒径分为>20目.20—40目.<40目等.根据这些结果,讨论了元素的分布规律和分馏趋势以及决定金属相组成的作用过程.      

超新星爆发发射的γ射线的能量

本文用两箱模型导出了大气中的14C浓度与14C的产率、碳元素在大气和海洋中的贮存量及居留时间等量之间的关系,并进而给出根据树年轮14C数据计算超新星爆发后大气中增加的14C核子数ΔX₁（0）和估算超新星爆发发出的γ射线能量E_γ的公式。      

一种电离层垂直剖面物理模型及其与IRI-90模型的比较

在80-500km范围内考虑了3种中性成份的4种离子,从严格的电子和离子密度连续方程出发,对中性风和扩散效应进行了全面、连续的考虑,由此建立了一种电离层的物理模式;在此模式的基础上针对北京地区分别对太阳活动低年(F_10.7=60)、高年(F_10.7=300)的春(DOY=90)、夏(DOY=180)、秋(DOY=270)、冬(DOY=365)进行计算,并将所得结果与IRI-90进行了比较.结果表明: E层为典型的Chapman层: E-F谷区深度一般为0.2-0.5之间,比IRI要深;F₁缘在太阳活动低年的四季都出现,其中夏天最明显,已形成了一个F₁层,冬天最不明显,仅表现为一个轻微的凸缘,在太阳活动高年只有夏天出现了F₁凸缘,这与现有理论相符合,而IRI-90较少出现明显的F₁缘;F₂层的电子密度是活动高年比低年大,平均冬天比夏天大,这与观测结果也基本符合.      

确定总电子含量积分常数的一种方法

本文叙述确定总电子含量积分常数(Ω_c)的一个方法。它是根据同步卫星信号相对法拉第旋转角(Ω_R)随昼夜f₀2F₂值的变化,运用最小二乘法计算Ω_c对于f₀2F₂的回归直线。此线的斜率正比于电离层等效板厚τ,直线与纵轴的交点给出Ω_c。      

“相似周”方法及对第23周太阳黑子数逐月值预测的讨论

简单介绍了太阳黑子预报中“相似周”的概念及其应用,利用对第20、21周的模拟预报验证了该方法的可靠性,对第23周开始后逐月黑子数的实测值与由该方法给出的预测值进行了比较,表明该方法有其特点和应用价值.      

利用相似周方法预测第24活动周开始时间

利用相似周方法对第24活动周的开始时间与第23活动周下降相后期的太阳黑子数进行了预报.根据第23周已经出现的特征参量和下降相的形态特征,选取9,10,11,15,17和20等六个太阳活动周作为第23周下降相的相似周,对第24周开始时间进行预报.预报结果显示,第24活动周的开始时间为2007年5±1月,黑子数平滑月均极小值为7.1±2.6,第23太阳活动周长度为11.1年.与其他研究者的预报结果相比较,本文给出的结果与文献[11]和[12]及MSFC的结果比较一致.通过对相似周方法在下降相预测太阳活动周结束时间的研究讨论,及对第23周上升阶段的太阳黑子数和F10.7平滑月均值预报结果的评估,可以看出,相似周预报方法在太阳活动周长期预报中是很有应用价值的.      

中等磁暴太阳周分布的统计研究

依据实际观测的中等磁暴数据,统计分析了中等磁暴的太阳周分布.分析结果表明,在一个太阳活动周内,每年中等磁暴随时间的变化出现多个峰值,其中,最大峰值均出现在太阳活动周的下降段,即中等磁暴的峰值比太阳黑子数平滑年均值的峰值要滞后,滞后的时间为2～3年.超过70%的中等磁暴出现在太阳活动周的下降段,这表明绝大多数中等磁暴出现在太阳活动周的下降段.通过对中等磁暴平滑月均值与太阳黑子数平滑月均值相位差的计算分析发现,中等磁暴峰值出现的时间比太阳黑子数峰值出现的时间要滞后,不同太阳活动周中等磁暴峰值出现的时间与太阳黑子数峰值时间滞后的程度不同.      

第23太阳活动周中等地磁暴行星际源的统计分析

统计了第23太阳活动周(1996--2006年)发生的183次中等强度地磁暴(-100 nT < Dst ≤ -50 nT)的行星际源,分析了中等磁暴的年分布状况以及引起中等磁暴的不同行星际结构在太阳活动周中的分布特征,同时,与强磁暴行星际源的分布状况做了对比分析,主要的统计分析结果如下. (1)共转相互作用区CIR与行星际日冕物质抛射ICME在中等磁暴中具有同等重要的作用,且在ICME中,具有磁云结构和非磁云结构的ICME在引起中等磁暴的能力方面也基本相同,但带有鞘层结构的ICME在引起中等磁暴中具有更重要的作用. (2)中等磁暴在极大年(2001年)和下降年(2003年)发生次数最多,与地磁活动的双峰年对应,在极小年(1996和2006年)发生次数最少,与地磁活动低年对应,在其他年份分布较平均. (3)中等磁暴在太阳活动极大年主要由ICME引起,在上升年和下降年CIR在其中起主要作用,且下降年基本是上升年的两倍,而对于强磁暴而言,ICME始终是最重要的行星际源.      

太阳活动变化分析

利用Morlet小波变换方法对太阳黑子相对数进行了分析,对太阳活动变化得出了一些有意义的结果.太阳活动存在10.7 a和101 a的变化周期,以10.7 a周期最为显著.太阳活动强弱变化存在一定的阶段性,在1950年发生了气候突变,之后太阳活动明显加强,未来一段时间太阳活动较弱.      

第23太阳活动周行星际磁场扇形结构对中低纬地磁场的影响

用特征向量分析法对第23太阳活动周天津静海磁场强度水平分量H的时均值进行研究,分析行星际磁场扇形结构的地磁效应（简称扇形效应）对中低纬地磁场H分量日变化的贡献.研究结果表明,中低纬扇形效应为3～11nT,在太阳活动高年扇形效应达到最大值（约11nT）,低年达到最小值（约3nT）.太阳活动高年扇形效应引起的地磁H分量值变化与太阳活动低年的情况相反,但是扇形效应在夏季对地磁H分量的影响较小.太阳活动高年扇形效应日均值的增减与上升年的相反,与下降年相同,夏季扇形效应平均增量最小且无规律.春、夏和秋三个季节的扇形效应最大值都出现在太阳活动高年,冬季的扇形效应在太阳活动峰年两年后才出现最大值（约11nT）.在太阳活动低年（或高年）,当扇形磁场背离（或指向）太阳时,夏季扇形效应白天引起地磁H分量增大（或减小）,夜间导致地磁H分量减小（或增大）,其他季节全天都会导致地磁H分量减小（或增大）.用特征向量推断行星际磁场扇形极性的符合率在春夏秋三个季节高达60%,在冬季为55%.      

Sunspot cycle prediction using Warped Gaussian process regression

Solar cycle prediction is a key activity in space weather research. Several techniques have been employed in recent decades in order to try to forecast the next sunspot-cycle maxima and time. In this work, the Gaussian process, a machine-learning technique, is used to make a prediction for the solar cycle 25 based on the annual sunspot number 2.0 data from 1700 to 2018. A variation known as Warped Gaussian process is employed in order to deal with the non-negativity constraint and asymmetrical data distribution. Tests using holdout data yielded a root mean square error of 10.0 within 5 years and 25.0–35.0 within 10 years. Simulations using the predictive distribution were performed to account for the uncertainty in the prediction. Cycle 25 is expected to last from 2019 to 2029, with a peak sunspot number about 117 (110 by the median) occurring most likely in 2024. Thus our method predicts that solar Cycle 25 will be weaker than previous ones, implying a continuing trend of declining solar activity as observed in the past two cycles.     

Solar terrestrial effects of two distinct types

The occurrence frequencies or fluxes of most of the solar phenomena show a 11-year cycle like that of sunspots. However, the average characteristics of these phenomena may not show a 11-year cycle. Among the terrestrial parameters, some related directly to the occurrence frequencies of solar phenomena (for example, ionospheric number densities related to solar EUV fluxes which show 11-year cycle like sunspots) show 11-year cycles, including the double-peak structures near sunspot maxima. Other terrestrial parameters related to average characteristics may not show 11-year sunspot cycles. For example, long-term geomagnetic activity (Ap or Dst indices) is related to the average interplanetary solar wind speed V and the total magnetic field B. The average values of V depend not on the occurrence frequency of ICMEs and/or CIRs as such, but on the relative proportion of slow and high-speed events in them. Hence, V values (and Ap values) in any year could be low, normal or high irrespective of the phase of the 11-year cycle, except that during sunspot minimum, V (and Ap) values are also low. However, 2–3 years after the solar minimum (well before sunspot maximum), V values increase, oscillate near a high level for several years, and may even increase further during the declining phase of sunspot activity, due to increased influence of high-speed CIRs (corotating interplanetary regions). Thus, Ap would have no fixed relationship with sunspot activity. If some terrestrial parameter shows a 11-year cycle, chances are that the solar connection is through the occurrence frequencies (and not average characteristics) of some solar parameter.     

第21～24太阳周4类空间天气事件爆发特征统计分析

对第21～24太阳周不同等级的太阳X射线耀斑事件、太阳质子事件、地磁暴事件及高能电子增强事件的爆发频次特征进行统计,结果表明:太阳周耀斑爆发的总数量与该太阳周的黑子数峰值呈正比,耀斑总数、X级耀斑事件数与峰值的相关系数分别为0.974,0.997;太阳质子事件主要发生在峰年前后1～2年,约占总发生次数的80%,峰值通量大于10pfu （1 pfu=1 cm-2·sr-1·s-1）的质子事件中,84%伴有耀斑爆发,并且主要伴随M或X级耀斑,少量伴随C级耀斑,峰值通量大于1000pfu的质子事件中,98%伴随M或X级耀斑,并且以X级耀斑为主;第21,22,23和24太阳周发生地磁暴最频繁的时间分别在1982,1991,2003年和2015年,分别滞后黑子数峰值时间3年、2年、2年和1年;72%的高能电子增强事件发生在太阳周下降期,24%的高能电子增强事件发生在太阳周上升期.      

利用EMD方法提取太阳活动周期成分

EMD(经验模态分解)方法在处理非线性及非平稳时间序列时表现出了很大的优势和应用潜力.利用EMD方法研究太阳活动周期,对110年(1894-2003)和55年(1949-2003)的太阳黑子数月均值进行分解,分别得到一系列模式和一个趋势项,其中都可能包含有1.3至1.4年周期分量,25至30个月QBO(准双年振荡)分量,11年太阳周分量和22年Hale周分量.其中11年周期分量幅度最大,变化特征与太阳黑子数原始数据具有很高的相似性.不同于传统方法,EMD方法给出了太阳活动在不同时间尺度上各自分离的变化特征.      

地磁Ap指数滞后太阳周循环分析

把1932-2006年地磁Ap指数12个月流动均值分解成为(Ap)R和(Ap)I.其中(Ap)R为太阳黑子数R的线性函数,与太阳黑子数R相位相同,可能对应于日冕物质抛射(CME)等地磁控制因素. (Ap)I分量与太阳黑子数R相位相差约180°,该分量可能对应于极冕洞变化(从太阳峰年开始,由日面极区逐渐向赤道延伸).以地磁Ap指数与太阳黑子数R滞后非常严重的第20太阳周为例,证实了(Ap)I分量与极冕洞向赤道延伸循环变化相对应.因此极冕洞循环变化可能是导致地磁扰动指数与太阳周循环相位不一致,出现滞后现象的一个十分重要原因.