磁暴数统计特性研究

Dst是一个表征磁暴强度的空间天气指数. 通过统计1957-2008年 发生的中等磁暴(-100<Dst≤ -50nT)和强磁暴(Dst ≤ -100nT)在太阳活动周上升年、极大年、下降年和极小年的时间分布情 况, 分析其随季节变化的统计特性, 进而讨论了引起磁暴的原因. 结果表明, 对于同一太阳活动周, 极大年地磁暴发生次数远大于极小年地磁暴的发生次数, 这与太阳黑子数的变化趋势是一致的; 通常太阳活动周强磁暴出现双峰结构, 而第23周中等磁暴出现双峰结构, 强磁暴则出现三峰结构, 这可能与1999 年强 磁暴发生次数异常少, 使1998年凸显出来的现象有关; 磁暴主要发生在分季, 随着Dst指数的增加, 磁暴发生次数明显增加.      

行星际扰动与不同级别磁暴强度关系的研究

利用1997-2004年间ACE卫星太阳风观测的时均值数据和相应的Dst指数,针对Dstmin≤-50 nT的磁暴,分析了行星际参数(Bz,Ey,v,Pk,|B|,ε'=vxB2zsin4(θ/2))与Dst指数的相关关系.验证了Ey,Bz与Dst指数的良好相关性;按磁暴强度的不同,发现磁暴强度越大,行星际参数与磁暴强度(Dstmin)的相关性就越好.对于中等磁暴(-100 nT＜Dstmin≤-50 nT),行星际参数与磁暴强度的相关系数不高.如果把磁暴分为两个档次,即-150 nT＜Dstmin≤-50 nT的磁暴和Dstmin≤-150 nT的磁暴,计算结果表明,ε'与Dst指数的相关性是最好的.在诸多行星际参数中,就单一因素来说,Ey对磁暴强度影响最大,Bz对磁暴强度影响次之.      

磁暴对海南地区电离层扩展F的影响

利用2002年2月至2007年12月海南地区DPS-4测高仪观测数据, 用统计分析方法研究了磁暴对电离层扩展F的影响. 结果认为磁暴从整体上抑制了扩展F现象的发生. 但若把扩展F分为不同类型, 则结果却有所不同. 对于频率型(FSF), 在2002年和2003年磁暴对其有促发作用, 在2004---2007年有抑制作用; 对于区域型(RSF), 在2002---2005年磁暴对其有抑制作用, 在2006年和2007年, 对其有弱促发作用; 对于混合型(MSF), 在2002年磁暴对其有抑制作用, 在2003年和2004年有促发作用, 从2005年开始, 磁暴对其有抑制作用; 对于强区域型 (SSF), 在2002---2004年磁暴对其有抑制作用, 在2005年和2006年有促发作用, 2007年有弱抑制作用.      

磁暴期间全球TEC扰动特性分析

磁暴期间白天电离层总电子含量（TEC）大幅度扰动.TEC扰动与磁暴发生时的世界时（UT）有关.利用7年的数据对TEC对磁暴的响应进行统计研究.结果显示,磁暴期间白天TEC增大明显,且在午后TEC的增大比例有一个高峰.在18:00UT-04:00UT,南美地区与其他地区相比TEC增长较大,这可能与白天的光照有关.为了研究TEC变化与磁暴的关系,结合同样时间段的Dst指数,把TEC数据分为磁暴日（Dst<-100nT）和平静日（Dst>-50nT）.研究发现,将TEC前移2h,低纬日侧地区TEC增大值随着世界时的变化与Dst变化的负相关性较好,相关系数为-0.75.在中纬度地区,将TEC扰动前移1h,相关系数为-0.61.这可能是行进式大气扰动携带着赤道向的子午风,由极区向低纬传播引起.可以认为,TEC的变化可能是由磁暴引起的.在高纬地区,TEC增大值随着世界时的变化与Dst变化的相关性较差.这可能是由于太阳高度角较低,光辐射通量较小,导致电子密度的增加不明显.      

一次中等磁暴期间全球电离层TEC及ROTI指数变化分析

地磁暴发生时,电离层会有偏离平均水平的强烈扰动.基于全球电离层TEC及其时间变化率ROTI(Rate of TEC Index)数据,对2014年8月一次中等强度磁暴期间的全球电离层影响进行了分析,探讨了磁暴所引发电离层暴的可能机制.研究发现,本次磁暴伴随有明显的电离层暴效应.磁暴期间:南半球电离层以正相暴为主,北半球电离层暴则整体表现为短暂正相暴后长时间强的负相暴;电离层在北半球的下降比南半球强,并且这种下降持续了约一周时间;低纬区域电离层变化幅度明显小于中纬区域,高纬区域则主要表现为负暴效应;赤道北驼峰出现了明显的南移现象,直至磁赤道两侧双驼峰结构消失.对磁暴期间三个不同扇区的电离层ROTI变化的分析表明:欧洲-非洲扇区磁暴前有电离层闪烁发生,磁暴发生后消失,而东亚-澳大利亚及美洲扇区则无此现象出现.研究结果表明,此次磁暴期间的电离层变化存在明显的时间和空间差异.     

一次中等磁暴期间全球电离层TEC及ROTI指数变化分析

地磁暴发生时,电离层会有偏离平均水平的强烈扰动.基于全球电离层TEC及其时间变化率ROTI(Rate of TEC Index)数据,对2014年8月一次中等强度磁暴期间的全球电离层影响进行了分析,探讨了磁暴所引发电离层暴的可能机制.研究发现,本次磁暴伴随有明显的电离层暴效应.磁暴期间:南半球电离层以正相暴为主,北半球电离层暴则整体表现为短暂正相暴后长时间强的负相暴;电离层在北半球的下降比南半球强,并且这种下降持续了约一周时间;低纬区域电离层变化幅度明显小于中纬区域,高纬区域则主要表现为负暴效应;赤道北驼峰出现了明显的南移现象,直至磁赤道两侧双驼峰结构消失.对磁暴期间三个不同扇区的电离层ROTI变化的分析表明:欧洲-非洲扇区磁暴前有电离层闪烁发生,磁暴发生后消失,而东亚-澳大利亚及美洲扇区则无此现象出现.研究结果表明,此次磁暴期间的电离层变化存在明显的时间和空间差异.     

一种用于深空探测的Chirp变换频谱分析仪设计与实现

根据深空探测对频谱分析仪抗辐射、高分辨率、低功耗的需求，研究一种基于Chirp变换的高分辨率频谱分析仪设计及其实现.利用中心频率为1GHz、带宽为400MHz、色散时间为10μs的声表面波滤波器，提出了一种模拟和数字相结合的高分辨率频谱分析仪设计方案，并搭建原理实验系统完成了实测验证，其分析带宽为400MHz，频率分辨率达到152kHz，功耗约为3.6W.分析了压缩线器件非理想特性对频率分辨率的影响，利用实测压缩线频率响应特性获得幅度和相位补偿曲线，对展宽线信号进行幅相失配补偿.仿真结果表明，该补偿方法可将频率分辨率提高至108kHz.      

利用支持向量机预测大磁暴期间Dst指数的变化

利用支持向量机（SVM）模型对大磁暴期间Dst指数进行预报研究.以1995-2014年期间的80次大磁暴（Dst≤-100nT）事件共2662组观测数据为研究对象,以对应时间的太阳风参数为模型输入参数,同时建立了神经网络模型和线性机模型进行对比,并利用交叉验证提高预测结果的可靠性.为比较不同模型的预测效果,选用相关系数（CC）、均方根误差（RMS）、磁暴期间Dst指数最小值预测结果的平均绝对误差以及Dst指数最小值出现时间预测结果的平均绝对误差等统计量作为对比参数.结果显示SVM模型的预测效果最好,其中相关系数为0.89,均方根误差为24.27nT,所有磁暴事件的最小Dst值预测平均绝对误差为17.35nT,最小Dst值出现时间的预测平均绝对误差为3.2h.为进一步检验模型对不同活动水平磁暴预报效果的可能差异,将所有磁暴事件分为大磁暴（-200 相似文献   

海南地区强磁暴期间强区域扩展F事件研究

利用2004年海南DPS-4数字测高仪观测到的强区域扩展F(SSF)数据,分析研究了5个强磁暴(Dst＜-100 nT)事件期间海南SSF的响应特征.结果发现,在海南地区,5个强磁暴事件中有3个磁暴Dst最小值位于2200-0200 LT之间,在磁暴主相及恢复相初期均出现了SSF现象,这种触发作用可能源于磁层直接渗透电场的作用,而另两个磁暴Dst最小值均发生在白天,一个SSF现象出现在磁暴的恢复相晚间,另一个SSF现象出现在超强磁暴的初相晚间,后者可能由该超强磁暴的急始造成的直接渗透电场所触发;5个强磁暴期间发生的SSF现象或者仅出现在午夜前,或者先出现在午夜前并持续到午夜后;同时,还就这些观测结果与Dabas等人有关磁暴对ESF影响的结论进行对比和讨论.      

宇宙线强度变化与磁扰K类型

本文把1966—1983年期间发生的679个地磁暴进行了分类,利用统计方法分析了各类磁暴发生前后宇宙线强度的变化特征.突发急始脉冲发生后,宇宙线强度没有出现显著的变化;缓始型暴发生后,宇宙线强度出现Forbush下降,但下降幅度很小;急始型暴发生后,宇宙线强度出现十分明显的Forbush下降.当把急始型暴按K指数大小和持续时间分为5种类型,发现它们伴随的宇宙线Forbush下降是不一样的,其下降幅度随磁暴的增强而加大,下降的速率随磁暴的增强而加快,扰动的持续时间随磁暴的减弱而增加.      

伴随磁层稳态对流的磁暴及磁暴期间环电流的特征

参考活跃的磁层稳态对流标准，选取了2001—2017年12个伴随磁层稳态对流的磁暴，研究发现这些磁暴存在以下共性:有长达约10h的漫长主相；其SYM-H存在一个最小值的平台期，约持续3～10h；这些磁暴发生时，部分环电流持续位于昏侧，其持续时间和行星际磁场分量B_z的稳定南向驱动时间相等.此外，这些磁暴发生时，其平台期的环电流离子的寿命为2.4～5.5h，比一般的大磁暴事件中离子寿命长，且其寿命与平台期长短没有明显关系.伴随稳态对流的大磁暴发生时，环电流离子寿命长，环电流衰减慢，推测是稳态对流期间能量持续而稳定注入磁层导致的.      

磁暴对赤道地区L波段电离层闪烁的影响研究

利用赤道地区Vamimo站闪烁数据, 选取两次典型大磁暴时段重点分析, 对比磁暴发生前、发生时以及发生后连续几天电离层幅度闪烁强度和发生率的变化, 引入瑞利elax-elax泰勒不稳定性(Rayleigh-Taylor, R-T不稳定性)线性增长率γ₀, 对磁暴影响闪烁的机制进行初步探讨. 结果表明, 磁暴可能触发闪烁发生, 也可能抑制闪烁发生, 这既与观测季节有关, 也与磁暴不同发展阶段的地方时有关. 触发发生于闪烁少发季节磁暴主相所在的午夜至黎明时段, 可能是磁层穿透电离层的东向电场所致; 抑制发生于闪烁多发季节磁暴恢复相所在的午夜前时段, 可能是西向电场作用的结果. 磁暴发生时的电场变化可能是抑制或触发闪烁的主导因素, 但仍需进一步分析研究.      

1991年3月太阳活动引起的地磁扰动

利用北京白家疃台和马道峪台的地磁资料分析了1991年3月下旬太阳活动引起的24－27日的磁暴，从中纬记录看，这次磁暴有其特殊的形态：即急始幅度特别大，磁暴最强活动是急始后即刻开始的极区暴影响而产 生的：磁暴过程中多个时段出现脉动，其中以周期为650秒左右的脉动尤为明显；其极化方向主要表现为左旋偏振，同时夹有右旋偏振，有时则无明显规律，谱分析的结果表明，整个磁暴功率谱呈幂律P(f)=f^-2,0分布，对引起这次磁暴可能的行星际扰动进行了讨论。     

比斯开湾上空电子总量对磁暴的响应

本文论述过去十年中,在英国Aberystwyth城观测同步卫星Intelsat IIF2和SIRIO信标时获得的大西洋比斯开湾上空电子总量对磁暴的响应。所选择的地磁-电离层暴分属前后两个太阳活动较高周期,主要集中在春秋分阶段和冬夏至阶段。文中指出,春分期间连续型磁暴使TEC在正相效应之后出现加长的凋落周期,集中型磁暴导致TEC在正相之后产生凋落周期缩短;春秋分和冬夏至时磁暴伴生的电子总量形态受制于急始时刻与次数、磁暴主相、磁暴指数(即暴时位置和暴情指数)等因素。      

Relationship between substorm activity and the interplanetary medium parameters during the main phase of strong magnetic storms

In the present paper dependences of substorm activity on the solar wind velocity and southward component (Bz) of interplanetary magnetic field (IMF) during the main phase of magnetic storms, induced by the CIR and ICME events, is studied. Strong magnetic storms with close values of Dst_min?≈??100?±?10?nT are considered. For the period of 1979–2017 there are selected 26 magnetic storms induced by the CIR and ICME (MC?+?Ejecta) events. It is shown that for the CIR and ICME events the average value of the AE index (AE_aver) at the main phase of magnetic storm correlates with the solar wind electric field. The highest correlation coefficient (r?=?0.73) is observed for the magnetic storms induced by the CIR events. It is found that the AE_aver for magnetic storms induced by ICME events, unlike CIR events, increases with the growth of average value of the southward IMF Bz module. The analysis of dependence between the AE_aver and average value of the solar wind velocity (Vsw_aver) during the main phase of magnetic storm shows that in the CIR events, unlike ICME, the AE_aver correlates on the Vsw_aver.     

ICME期间磁暴的太阳风参数和极光沉降能量

基于1995-2004年ICME驱动的强烈磁暴(SA型)、强磁暴(SB型)和延迟型主相暴(SC型)三种磁暴类型,对1AU处太阳风动压、太阳风速度、行星际磁场、EK-L电场以及极光沉降能量进行时序叠加分析,并分别与-vBz耦合函数和Newell耦合函数进行对比.结果表明,三种磁暴在ICME到达前期的太阳风动压较稳定,背景太阳风、极光沉降能量、行星际磁场和磁层存在相对平静期. ICME到达前期SA型磁暴的背景太阳风速度、行星际磁场南向分量以及极光沉降能量的均值高于另外两种磁暴类型,这说明大型日冕物质抛射在ICME到达前就对行星际磁场、背景太阳风和HP产生了影响.磁暴急始后,SC型磁暴的EK-L电场斜率小,峰值延后且行星际磁场北向分量增强,这些都是磁暴主相延迟的表现,极光沉降能量随着行星际磁场转为南向而增加.     

2000年7月和2003年10月大磁暴期间东亚地区中低纬电离层的GPS TEC的响应研究

利用武汉电离层观象台研制的GPS TEC的现报方法及现报系统,对东亚地区GPS台网的观测数据进行处理分析,特别对2000年7月14-18日和2003年10月28日至11月1日两次特大磁暴期间的数据进行了对比考察,文中分析了两次磁暴间的电离层响应,得到对应不同磁暴时段电离层TEC的不同变化情况,着重揭示了TEC赤道异常峰的压缩和移动以及赤道异常随时间的压缩—反弹—恢复的过程,并结合高纬电离层的部分响应机制进行了说明,结果显示,两次磁暴期的电离层响应表现出了各自不同的特点,从而反映出因季节变化引起的高纬电离层暴时能量注入的不同而造成的全球性电离层扰动的不同形态,由此看出,磁暴期间电离层TEC的变化直接与太阳扰动发生的时间及其对高纬电离层的耦合有关,若短时期内连续发生多次磁暴,则电离层反应更加复杂,不能简单地当做单一磁暴叠加处理。     

Qualitative estimation of magnetic storm efficiency in producing relativistic electron flux in the Earth’s outer radiation belt using geomagnetic pulsations data

It is well known that during many but not all of the geomagnetic storms enhanced fluxes of high-energy electrons are observed in the outer radiation belt. Here we examine relativistic (>2 MeV) electron fluxes measured by GOES at the synchronous orbit and on-ground observations of two types of ULF pulsations during 30 magnetic storms occurred during 1996–2000. To characterize the effectiveness of the chosen magnetic storms in producing relativistic electron fluxes, following to (Reeves, G.D., McAdams, K.L., Friedel, R.H.W., O’Brien, T.R. Acceleration and loss of relativistic electrons during geomagnetic storms. Geophys. Res. Lett. 30, doi:10.1029/2002GL016513, 2003), we calculate a ratio of the maximum daily-averaged electron flux measured during the recovery phase, to the mean pre-storm electron flux. A storm is considered an effective one if its ratio exceeds 2. We compare behavior of Pi1 and Pc5 geomagnetic pulsations during effective and non-effective storms and find a tendency for a storm efficiency to be higher when the mid-latitude Pi1 pulsations are observed for a long time during the magnetic storm main phase. We note also that the prolonged powerful Pc5 pulsation activity during the recovery phase of a magnetic storm is the necessary condition for the storm effectiveness. To interpret the found dependences, we suggest that there are two prerequisites for generating relativistic electron populations during a storm: (1) the availability of seed electrons in the magnetosphere, and Pi1 emissions are indicators of the mid-energy electron interaction with the ionosphere and (2) acceleration of the seed electrons to MeV energies, and interaction of electrons with the MHD wave activity in the Pc5 range is one of the most probable mechanisms proposed in the literature for this purpose.