GEO轨道相对论电子日积分通量预报统计建模

基于辐射带相对论电子哨声波局地加速理论,将地磁AE指数作为源电子通量和通量各向异性的指标,将地磁Dst指数作为损失机制的指标,利用滑动窗口线性滤波器方法,建立了一个地球静止轨道大于2MeV相对论电子预报模型.利用该模型开展了2000-2009年地球静止轨道相对论电子通量预报试验.研究发现,这10年总预报效率为0.818,2003年的预报效率（0.633）最低,2009年的预报效率（0.856）最高.模型预报效果与持续模型相比有很大提高,略低于利用太阳风参数作为输入的同类预报模型的预报效果.这说明即使在缺少太阳风参数的情况下,该模型利用地磁扰动参数也能取得较好的预报效果.当模型输入参数增加了太阳风速度时,即综合考虑了行星际扰动和磁层扰动对辐射带粒子加速过程的影响,模型逐年的预报效率进一步提升.其中,2005年的预报效率提升了9.5%,这10年的总预报效率增加到0.848,预报值与实测值之间的线性相关系数为0.918,均方根误差为0.422.      

地球同步轨道相对论电子微分通量的动态预报模型

地球同步轨道区域充满能量高达MeV的高能电子,其对航天器威胁极大.电子微分通量预报有助于及时有效地预警高能电子事件,降低高能电子对航天器造成的危害.本文以此为背景提出了一种基于经验正交函数（EOF）方法的地球同步轨道相对论电子微分通量预报模型.该模型利用太阳风参数及地磁指数拟合后一天的电子通量EOF系数,结合EOF基函数给出后一天中大于2MeV电子微分通量预报.对2003年1月至2006年6月的样本测试结果表明,该模型可以重构出电子微分通量的真实变化,给出较好的5min微分通量预报,其平均预报效率达到67%左右.      

使用地磁脉动参数定量预报地球同步轨道相对论电子通量的建模研究

磁层超低频波(ULF波)对种子电子的加速机制是磁层相对论电子产生的一个重要机制, 而地磁脉动参数可以作为此机制的有效指标. 本文采用地磁脉动参数作为输入参数, 借鉴线性预测滤波器技术, 构建一个多参量非线性函数, 进而利用此函数以及卡尔曼滤波技术, 建立一个地球同步轨道相对论电子通量日积分值预报模式, 提供提前一天的预报值. 使用2004年数据对该模式进行训练, 预报结果的预报效率为0.73, 线性相关系数为0.85. 使用2005-2006年的数据对该模式进行测试, 预报值与实测值之间的线性相关系数为0.83, 预报效率为0.69, 相比Persistence模式具有较大提升, 与仿REFM模式的预报效率相当      

上游太阳风中高能电子向同步轨道区的传输

通常认为，同步轨道区的电子通量增加是由于磁暴或者上游太阳风高速流的扰动所引起．近来的观测表明，起源于太阳活动的行星际高能电子也是引起同步轨道电子通量增加的重要原因之一．Zhao等在研究2000年7月14日太阳剧烈活动时发现，同步轨道区相对论电子通量巨幅增加时没有观察到上游太阳风高速流的扰动，并且磁暴发生在电子通量事件之后．采用解析磁场模型和实际磁场模型(T96模型)模拟来自太阳的相对论电子在磁尾中的运动特性．计算结果表明，当行星际磁场南向时，进入到磁尾的行星际相对论电子可以从较远的磁尾区域运动到同步轨道区域．这一研究结果从理论上论证了起源于太阳活动的高能电子可以对同步轨道区相对论电子通量的增加产生重要的作用．     

2010年4月地球同步轨道相对论电子增强事件分析

为研究2010年4月地球同步轨道相对论电子通量异常增强事件的原因, 选取了2004-2010年之间高速太阳风下7个类似事件进行对比分析. 探讨了多种可能导致此次异常事件的太阳风和地磁条件. 结果表明, 较弱的磁暴使得相对论电子高通量区域更接近同步轨道, 此外, 哨声波加速很可能在2010年4月地球同步轨道相对论电子通量异常增强事件中起到重要作用. 磁暴强度与种子电子的注入深度密切相关, 表现为Dst指数曲线的形态与能量为30～100keV的电子高通量区域的下边缘高度吻合. 能量为30～100keV电子的注入深度影响了能量大于300keV的电子出现的磁层区域. 此事件中, 由于磁暴相对较弱, 种子电子向内磁层注入的深度较浅, 更靠近同步轨道区域, 这使得相对论电子大量出现的区域也靠近同步轨道, 最终导致同步轨道相对论电子通量异常增强. 另外, 2010年4月地球同步轨道相对论电子通量异常增强事件中, 高强度的亚暴提供了充足的种子电子并加强了波粒相互作用, 这也是相对论电子增强的必要条件.      

基于同步轨道区磁场对相对论电子通量的预报

地球同步轨道区相对论电子通量的变化与该区域的磁场分量P(垂直轨道面指向北)有很好的相关性, 后者的变化相对于前者有1~2天的时间提前量, 这为相对论电子通量的预报提供了可能. 通过对二者相关性物理机制的研究, 结合GOES11 (135oW)卫星数据分析, 确定最佳时间提前量和最优相关系数, 并提出了一个定量的预报模型. 模型的输出参量为24 h之后的当地时子夜(23:31 LT---00:30 LT)、清晨(05:31 LT---06:30 LT)、正午(11:31 LT---12:30 LT)、傍晚(17:31 LT---18:30 LT) 4个特征时间段相对论电子通量1 h平均值, 预报的相对论电子通量有>0.6 MeV和>2 MeV两个谱段, 预报精度0.7左右. 这种预报模式对地球同步轨道卫星的自主安全运行具有较好的应用价值.      

地球同步轨道高能电子增强事件预报方法

分析了地球同步轨道高能电子通量增强事件的发生规律及其与太阳风和行星际磁场参数的关系，并在此基础上建立了基于人工神经网络的高能电子增强事件模式，经实测数据检验，预报模式可以对未来1天的高能电子通量进行预报，误差为8．2％，达到了较高水平．     

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   

X级质子耀斑的特征研究

为了更加准确地判断X级耀斑是否引发质子事件,对X级质子耀斑和非质子耀斑的耀斑积分通量、源区、CME速度、CME角宽度、背景太阳风速度及背景X射线通量的分布进行了统计研究.发现非质子耀斑和质子耀斑的积分通量、经度、CME速度和CME角宽度具有明显不同的分布.非质子耀斑大多集中在东部,耀斑积分通量小于0.3J·m-2,CME速度小于1300km·s-1的区域内;质子耀斑大多集中在中部或西部,耀斑积分通量大于0.3J·m-2,CME速度大于1300km·s-1的区域内.质子耀斑伴随的CME角宽度主要集中在360°,非质子耀斑的CME角宽度分布则相对分散.两类耀斑的背景太阳风速度和背景X射线通量分布差别不大.利用两类耀斑各个参量分布上的差异,有望提高X级耀斑预报的准确率.      

利用行星际监测数据进行地磁暴预报

利用全连接神经网络方法应用于地磁Dst指数的预报中.对ACE卫星探测的太阳风和行星际磁场及其变化对未来几小时的Dst指数的影响进行了统计分析,发现在这些行星际实测参数中,对Dst指数作用较为明显的是太阳风速度、太阳风质子密度和行星际磁场南向分量,同时,当前Dst指数实测值对今后几小时的Dst指数已有很强的制约作用.在统计分析的基础上,建立了全连接神经网络预报模型.由于采用了全连接神经网络结构,模式能够反映出太阳风、行星际磁场等参数与地磁Dst指数参数的复杂联系,可以自动建立输入参量的最佳组合方式,提高了预报精度.通过利用大量实测数据对神经网络模式进行训练,最终建立了利用优选的ACE卫星行星际监测数据提前2 h对Dst指数进行预报.通过检测,预报的误差为14.3%.      

PPS-87: a new event oriented solar proton prediction model.

A new event-oriented solar proton prediction model has been developed and implemented at the USAF Space Environment forecast facility. This new model generates predicted solar proton time-intensity profiles for a number of user adjustable energy ranges and is also capable of making predictions for the heavy ion flux. The computer program is designed so a forecaster can select inputs based on the data available in near real-time at the forecast center as the solar flare is occurring. The predicted event amplitude is based on the electromagnetic emission parameters of the solar flare (either microwave or soft X-ray emission) and the solar flare position on the sun. The model also has an update capability where the forecaster can normalize the prediction to actual spacecraft observations of spectral slope and particle flux as the event is occurring in order to more accurately predict the future time-intensity profile of the solar particle flux. Besides containing improvements in the accuracy of the predicted energetic particle event onset time and magnitude, the new model converts the predicted solar particle flux into an expected radiation dose that might be experienced by an astronaut during EVA activities or inside the space shuttle.     

One-up on L1: Can X-rays provide longer advanced warning of solar wind flux enhancements than upstream monitors?

Observations of strong solar wind proton flux correlations with ROSAT X-ray rates along with high spectral resolution Chandra observations of X-rays from the dark Moon show that soft X-ray emission mirrors the behavior of the solar wind. In this paper, based on an analysis of an X-ray event observed by XMM-Newton resulting from charge exchange of high charge state solar wind ions and contemporaneous neutral solar wind data, we argue that X-ray observations may be able to provide reliable advance warning, perhaps by as much as half a day, of dramatic increases in solar wind flux at Earth. Like neutral atom imaging, this provides the capability to monitor the solar wind remotely rather than in situ.     

Study of the Enhancement Events of Relativistic Electron at the Geosynchronous Orbit

The high flux of energetic electron on geostationary orbit can induce many kinds of malfunction of the satellite there, within which the bulk-charging is the most significant that several broadcast satellite failures were confirmed to be due to this effect. The electron flux on geostationary orbit varies in a large range even up to three orders accompanied the passage of interplanetary magnetic cloud and the following geomagnetic disturbances. Upon the investigation of electron flux enhancement events, two types of events were partitioned as recurrent events and random ones. Both of the two kinds of events relate to the interplanetary conditions such as solar wind parameters, IMF etc and their evolution characters as well. As for the recurrent events, we found that, (1) all of the events exhibits periodic recurrence about 27 days, (2) significant increase of electron flux relates to interplanetary index and characters of their distribution, (3) the electron flux also has relation to solar activity index. An artificial neural network was constructed to estimate the flux I day ahead. The random electron flux enhancement events are rare and present different distribution figures to the recurrent ones. The figure of the random events and the conditions of their occurrence is also discussed in this paper.      

X-ray, γ-emission and energetic particles in near-Earth space as measured by CORONAS-F satellite: From maximum to minimum of the last solar cycle

The Russian solar observatory CORONAS-F was launched into a circular orbit on July 31, 2001 and operated until December 12, 2005. Two main aims of this experiment were: (1) simultaneous study of solar hard X-ray and γ-ray emission and charged solar energetic particles, (2) detailed investigation of how solar energetic particles influence the near-Earth space environment. The CORONAS-F satellite orbit allows one to measure both solar energetic particle dynamics and variations of the solar particle boundary penetration as well as relativistic electrons of the Earth’s outer radiation belt during and after magnetic storms. We have found that significant enhancements of relativistic electron flux in the outer radiation belt were observed not only during strong magnetic storms near solar maximum but also after weak storms caused by high speed solar wind streams. Relativistic electrons of the Earth’s outer radiation belt cause volumetric ionization in the microcircuits of spacecraft causing them to malfunction, and solar energetic particles form an important source of radiation damage in near-Earth space. Therefore, the present results and future research in relativistic electron flux dynamics are very important.