日球参数的卡林顿共转变化(Ⅱ)——在第20太阳活动周中的演变

本文统计分析了日球基本参数及能量参数的共转变化在第20太阳周中不同位相的演变。太阳风速度由上升年的单峰经历极大年的多峰演变为下降及极小年的稳定双峰。密度变化自极大年起即具有双峰特征。在上升及下降年速度变化不明显,但密度和流密度存在明显增高的共转压缩扰动。      

强磁云与共转高速流的相互作用两例

本文利用行星际观测数据,分析了1978年8、9月间同一起源的共转高速流两次与磁云发生的相互作用.8月27日,强磁云为共转高速流所追赶,磁云前半部为磁云本体,具有强磁云的基本特征,但后半部则为高速流追赶磁云的相互作用区,流速图象具有明显的双台阶特征.9月25日另一异常强磁云追赶再次重现的共转高速流,磁云前部为相互作用区,后部为磁云本体,但结构特征较简单磁云复杂;磁云前部流速峰值超过900km/s,而在磁云本体.Alfvén波速峰值在600km/s以上,非常接近局部太阳风速.此两事例进一步说明了Alfvén波速增强对磁云加速的重要作用.此外,还就磁云引起的磁暴和宇宙线下降的特性进行了讨论.     

太阳风速度的源表面二维结构

以IPS观测数据为基础，在考虑了加速剖面对太阳风源位置和速度大小的影响下，探讨了1984年1745-1755Carrington周太阳风速度在源表面上的二维分布.结果显示：观测和理论结果均显示出此期间北半球太阳风速度明显高于南半球，特别是经度0一30°，300-360°N的高速流均有不同程度的从极区向南侵的现象.低速带与磁中性线有一定程度的类似即均为单峰结构.但理论和观测给出的低速带的峰值位置与磁中性线的峰值位置略有差异，而且磁中性线的报幅大于观测和理论的结果.     

日冕边界条件与太阳风共转相互作用

本文根据第二十太阳周太阳风数据的统计分析结果,用太阳风二维理想流体模型探讨近太阳区的不同边界条件太阳风与共转相互作用对1AU处太阳风各参数影响,得到共转相互作用不能引起太阳风速度和马赫数的反相扰动,推断在太阳风加速区温度扰动对太阳风的影响最大,而在太阳风传播区速度扰动对太阳风的影响最大.      

太阳风动压脉冲结构与地磁急始关系研究

针对1994-2011年的363例地磁急始事件,基于太阳风动压脉冲（DPP）结构自动识别算法确定是否有相应的太阳风动压脉冲结构事件与其相关联,进而针对太阳风动压脉冲结构地磁急始关联事件进行统计分析研究.研究结果显示:91%的地磁急始事件与DPP事件相关联,53%的地磁急始事件与行星际激波相关联,这表明太阳风动压脉冲结构是引起地磁急始更普遍的原因;引起地磁急始的太阳风动压脉冲结构事件约70%发生在行星际日冕物质抛射、共转相互作用区以及行星际日冕物质抛射和/或共转相互作用区相互作用形成的复杂抛射物等大尺度太阳风扰动结构中,且其平均动压变化幅度为3.9nPa,强太阳风动压脉冲结构事件占全体事件的42%;地磁急始事件变化幅度与太阳风动压脉冲变化幅度以及上下游动压平方根差之间存在明显的相关关系,相关系数分别为0.79和0.82,并且行星际磁场南向时相关性更强;太阳风动压脉冲结构事件持续时间、传播速度、动压变化幅度对地磁急始事件的持续时间有一定影响,但这些参数与地磁急始事件的相关关系较弱.研究结果可为基于太阳风动压脉冲结构特征参数开展地磁急始预报提供研究基础.      

日地共转扰动似稳结构及其反相和漂移规律的最新证据

日地共转扰动似稳结构及其反相现象在第２１及２２周再次显现，从而证实了上述发现是一种在长达世记的时间尺度内存在的普遍规律。包括１９９１－１９９２年内的百年地磁扰动资料还说明偶数太阳周的共转似稳结构扰动峰有逆太阳自转而线性性漂移的趋向。对即将来临的极小年前可能出现的共转扰动作了试验性的预测。     

太阳风高速流能流分布

根据Ylysses观测,比较完整地计算了高纬行星际空间太阳风能流分布．计算表明,行星际空间的高速流能流密度约为2．1×10-3J·m-2·s-1（日心距离r＝1AU）,主要来自于太阳风离子所携带的动能流（占58％）和克服太阳引力的势能流（占39％）．要驱动高速流,需要在日冕底部高速流源区（日心距离r=1Rs）向外输出到太阳风的能流密度为7．1×102J·m-2·s－1·分析表明,由日冕底部向外可能输出两种形式的能流,其中一种具有较短的耗散长度,被耗散在很短的空间区域（～1—2Rs）,使日冕温度迅速提高。另一种储藏在连续向外传播的太阳风中,不断耗散用以加速太阳风（＞2Rs）．     

冕洞发展及其相关地球空间效应的个例分析

利用出现在2003—2004年的一个大冕洞及其相关太阳风、行星际磁场和地磁资料,分析了冕洞自身演化规律以及对太阳风和重现性地磁暴的影响．研究发现,冕洞发展经历了生长期、成熟期和衰减期三个阶段;成熟期,冕洞高速流中的最大太阳风速度和地磁暴平均强度基本维持在同一个水平上;但地磁暴的持续时间和冕洞高速流的持续时间仍有较大变化,该时间长短主要与冕洞穿越太阳赤道部分所横跨的经度相关．     

冕洞特征参数与地磁暴强度及发生时间统计

地磁暴是空间天气预报的重要对象.在太阳活动周下降年和低年，冕洞发出的高速流经过三天左右行星际传输到达地球并引发的地磁暴占主导地位.目前地磁暴的预报通常依赖于1AU处卫星就位监测的太阳风参数，预报提前量只有1h左右.为了增加地磁暴预报提前量，需要从高速流和地磁暴的源头即太阳出发，建立冕洞特征参数与地磁暴的定量关系.分析了2010年5月到2016年12月的152个冕洞-地磁暴事件，利用SDO/AIA太阳极紫外图像提取了两类冕洞特征参数，分析了其与地磁暴期间ap，Dst和AE三种地磁指数的统计关系，给出冕洞特征参数与地磁暴强度以及发生时间的统计特征，为基于冕洞成像观测提前1～3天预报地磁暴提供了依据.      

基于CHAMP卫星观测数据对热层大气密度的经验正交分析

对2003年(太阳活动较高年)至2007年(太阳活动低年) CHAMP卫星的热层大气密度观测数据进行了经验正交函数(EOF)分析, 得到了400 km高度上白天平均大气密度ρ的太阳活动周变化与年度变化等不同变化分量. 研究结果表明, ρ受太阳活动影响较大, 其太阳周变化分量与F10.7指数变化之间的相关系数可高达94.5 %; ρ的太阳周变化分量随纬度增加而减小, 且在中高纬地区, 南半球的值明显大于北半球的值, 在低纬地区则出现基本对称的双峰分布, 即赤道质量密度异常(EMA)结构. 在ρ的年变化中, 呈现出明显的季节变化, 即夏季低冬季高; 同时ρ的年变化幅度随太阳活动增加而增强, 随纬度增加而增强. 将本文结果与经验模式NRLMSISE00在观测条件下的输出数据进行对比, 发现两者的太阳周变化与年变化分量基本一致, 但本文观测数据的太阳周成分随纬度变化略小, 年变化幅度略大, 且NRLMSISE00模式不能再现EMA结构. 研究结果对揭示热层气候学变化特征具有重要意义.      

太阳活动下降期的日冕大尺度磁场和冕洞分布

本文应用十八、十九周下降期的地磁观测资料导出了对应时期太阳风速度的卡林顿经度变化,并结合由极盖区地磁观测导出的行星际磁扇形结构确定十八、十九周下降期太阳南北磁极极性、类偶极点的太阳余纬和卡林顿经度,从而确定了该时期的冕洞分布,并与二十周冕洞分布进行比较.      

二维太阳风速度结构与日球电流片

本文分析了第1733—1742Carrington周的太阳耀斑、行星际闪烁(IPS)、太阳风及K-日冕资料,对二维太阳风速度结构进行了综合研究。结果表明:速度的大尺度分布、高速区、速度梯度、经度不均匀性和边界形状等方面相对于太阳赤道面都是不对称的;通过对理想的和实际的电流片以及飞船测量的磁场和速度比较,可以看到电流片附近大体上为低速区,但不存在简单的对应关系;扰动太阳风对背景太阳风的二维速度结构有显著的影响;理想电流片与实际电流片之间也存在较大的差距。      

简单强磁云的结构特征

本文讨论了1980年12月19日和3月19日两次无大型共转流相联系的行星际简单强磁云事件的磁流体动力学结构特征。此两磁云均以高温、高密度的湍流结构为先导,接着是低温、低密度,磁场很强且倾角单调旋转的磁云本体,后随另一密度稍高的结构。磁云本体内Alfvén波速及磁压对动能密度和热压的比值异常地增高,有利于磁云后的扰动迅速穿越磁云向前传播并向前边界集结。磁云边界上的巨大磁压梯度力及MHD波动在高密度结构内的耗散有可能对磁云前的太阳风进行加速和加热,形成双锯齿流速图象。简单磁云的结构很象典型的日冕质量抛射事件。此外,还简要地分析了磁云引起的地磁暴和宇宙线下降。      

Forward and reverse CIR shocks at 4–5 AU: Ulysses

In this article, we study fast shocks at CIR boundaries during an extended interval of 15 consecutive major high speed solar wind streams in 1992–1993. Ulysses was 4–5 AU from the sun. The Abraham-Schrauner shock normal method and the Rankine-Hugoniot relations were used to determine fast shock directions and speeds. Out of 33 potential CIR shocks, 14 were determined to be fast forward shocks (FSs) and 14 were fast reverse shocks (RSs). Of the remaining 5 events, 2 were forward waves and 3 were reverse waves. CIR edges at latitudes below ∼30^o were, for the most part, bounded by fast magnetosonic shocks. The forward shocks were generally quasi-perpendicular (average θ_nBo = 67^o). The reverse shocks were more oblique (average θ_nBo = 52^o), but they extended to all angles. Both FSs and RSs had magnetosonic Mach numbers ranging from 1 to 5 or 6. The average Mach numbers were 2.4 and 2.6 for FSs and RSs, respectively. The shock Mach numbers were noted to generally decrease with increasing latitude. The non-shock events or waves were noted to occur preferentially at high (∼−30° to −35°) heliolatitudes where stream-stream interactions were presumably weaker. These results are consistent with expectations, indicating the general accuracy of the Abraham-Schrauner technique.     

子午面内Alfvén波的传播特征

本文使用由ＷＫＢ近似得到的Ａｌｆｖｅｎ波传播的张量表达式,具体计算和讨论了一种太阳子午面内含盔形－电流片磁位形的流场中Ａｌｆｖｅｎ波的传播特征,主要结果是：（１）Ａｌｆｖｅｎ波磁场起伏随日心距离的增加而衰减,其中极开区的衰减远快于赤道区,但随着距离的增大,这种纬度关系将迅速变弱,以致在较远空间,磁起伏相差很小,衰减很慢;（２）Ａｌｆｖｅｎ波的相对磁场起伏ｂ／Ｂ随着距离的增加而迅速增大,在几个太阳半径之后变化不再明显,达到所谓的＂饱和＂;在大日心距离的盔形电流片附近,Ａｌｆｖｅｎ波将成为重要的磁场组成部分;（３）Ａｌｆｖｅｎ波速度起伏纬度关系较为明显,相对速度起伏。ｕ／Ｕ随着距离增大而衰减,电流片区衰减得较快,但这种纬度差别将变弱．与黄道面内Ａｌｆｖｅｎ波传播特征的具体比较表明,磁场涨落的变化特征与背景场位形存在着十分密切的关系,但速度涨落与背景场没有这种明显关系．     

日球基本参数的冕洞周变化与冕洞大气

本文利用MHD波与日冕大气耦合的磁流体动力学方程组,计算得到冕洞内的日冕大气的温度T、密度N和流速V的分布.根据这些量的分布特点,认为日球基本参数T、N和V的冕洞周变化,可以用冕洞磁场的非径向因子a值,随黑子活动的下降而变小来解释.      

Alfvén脉动的控制方程

本文由磁流体力学方程组导出了行星际空间中不可压缩小尺度脉动的控制方程组。对这一组方程的讨论表明,在小振幅极限下,脉动幅度的径向变化可由通常文献中引用的Alfvén波在缓变磁流体介质中传播的WKB解来描述。当脉动幅度与平均磁场强度之比为有限值时,在一般情况下,控制方程中的非线性项不能略去,因而不能用WKB解来描述有限振幅脉动幅度的径向变化。这一结论可以解释为什么在0.3—0.9AU实测Alfvén脉动振幅和谱的变化与WKB解不一致。在这组控制方程的基础上提出了一个定性的模式。将Alfvén脉动看作主要由许多具有不同波矢k的向外传播的有限振幅的Alfvén模式组成。它们在传播过程中将产生一级小量的波动。零级量与一级量的非线性相互作用使波能向高频区串级。零级量波动振幅的变化不仅受到太阳风慢变化的影响,而且受到这一非线性相互作用的影响。这一模式可以定性解释主要的Alfvén脉动的观测事实。      

冕洞特征参数与重现型地磁暴关系的统计研究

在提取冕洞特征参数的基础上,利用1996年到2005年8月近十年来对地磁扰动有影响的356个冕洞事例,定量分析了冕洞特征参数(包括冕洞的面积比、经纬度跨度等)与冕洞高速流特征、重现型地磁扰动特征(包括扰动大小和持续时间等)之间的相关性,研究发现,从引起地磁扰动的冕洞在整个太阳活动周的分布来看,在地磁扰动峰年中冕洞影响同样具有重要的贡献;冕洞高速流太阳风速度与地磁扰动强度之间存在较强的相关性,而高速流中太阳风速度与冕洞面积比关系不大,与冕洞亮度存在一定相关性;冕洞的经度跨度与地磁扰动持续时间存在很强的正相关性.