基于PCA方法对太阳活动区主要参量的分析

太阳耀斑与太阳质子事件的发生通常与太阳活动区存在非常密切的关系, 对这种关系的深入分析有助于太阳耀斑和太阳质子事件预报模型的建立. 本文利用主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)方法对1997-2010年太阳质子事件所在活动区的主要参量进行分析, 选取的参量包括黑子磁分类、 McIntosh分类、太阳黑子群面积、10.7 cm射电流量、耀斑指数、质子耀斑位置和软X射线耀斑强度. 结果得到81个太阳活动主成分得分值排序(得分值代表每个事件的强弱), 与太阳质子事件峰值流量、太阳黑子年均值以及10.7 cm射电流量年均值的对比显示相似度非常高, 表明主成分得分值一定程度上可以反映太阳活动的强弱规律.      

太阳活动区光球磁场特征的量化

为有效解决太阳活动区磁场特征量化问题,对所有SOHO卫星MDI磁图预处理后,分割出日面角45°以内的活动区,分析活动区投影面积变形来源,研究建立Cosine面积校正因子,校正活动区面积,构建具有21个特征参数的活动区磁场特征量化指标体系,通过主成分分析法对量化结果计算累积方差,结合活动区10486爆发X17.2级耀斑时...     

太阳X射线耀斑活动区的一些特征

对ISEE-3人造卫星在1980年5月—1981年8月中,观测到的48个X射线耀斑进行了分析,发现其中有1/3是在6个活动区中重复爆发的.研究这部分X射线耀斑的物理性质与所在活动区的黑子面积、活动区类型及磁结构的关系,得到了一些结果:(1)发生在同一活动区中的X射线耀斑,其硬X射线峰值积分流量及谱硬度与活动区黑子面积成正相关;(2)多次爆发X射线耀斑的活动区全部具有δ型磁结构;(3)发生在不同活动区中的X射线耀斑,其物理特征与所在活动区的面积大小无明显关系.由此可以认为,活动区磁场梯度的大小,亦即活动区电流的大小,在爆发耀斑的过程中具有决定性作用.此外,还用电流环模型从理论上讨论了上述特征.     

一种新的太阳质子事件警报方法的探讨

本文分析了第21太阳活动周后半期的太阳质子耀斑硬X射线辐射资料, 发现它们的峰值流量、积分流量、上升沿斜率、X光子的最高能量和持续时间等物理参数之间有着不同于非质子耀斑的相关性。据此, 本文采用模糊聚类分析法, 对21太阳活动周期间(1980.2—1986.2)的质子事件进行预报试验。其报准率为88.5%, 虚报率为53.1%, 漏报率为11.5%。本文提供了基于X射线辐射特征的太阳质子事件警报的新途径和方法。      

AR5395活动区演化的周期性

观测资料分析表明,AR5395活动区演化具有周期性的特征,软X射线峰值流量F变化周期为24.3小时,X射线耀斑出现率N_x,具有12.2小时的周期性,活动区黑子群面积S_x的变化呈现24.4小时的周期。这3个周期变化量的相位关系表明:(1)X级耀斑往往发生在黑子面积减小的位相;(2)在1个周期内,黑子群面积达到最大值约需16小时,恢复到大耀斑前水平约需8小时;(3)在X级大耀斑前约12小时,小级别耀斑出现率达到峰值。分析显示,AR5395活动区似乎工作于大耀斑能量储存—释放—储存周期性循环的极限状态之中。      

太阳活动区磁场扭绞与耀斑产率

本文以1972年10月的太阳活动区McMath 12094为范例, 研究了活动区磁场扭绞与耀斑产率的关系.先在常α无力场模型假定下, 以观测到的活动区光球磁场为边值, 对活动区在日面中心附近4天(10月28—31日), 推算出代表活动区磁场平均扭绞程度的无力因子α, 从而外推出活动区在这4天的三维磁力线形态.然后以这些资料为基础, 进一步讨论了活动区磁场演化特征, 磁场扭绞与耀斑产率的关系, 并且近似用单极场模型估算了通过活动区前导大黑子A的电流、电流密度以及因大黑子逆时针旋转造成磁场扭绞所贮存的能量.本文主要结论为:(1)活动区McMath 12094从10月27日起保持较强扭绞, 10月30日达到极大, 10月31日后扭绞减弱.活动区磁场扭绞的主要原因是光球中的磁流体力学作用所导致的前导大黑子A的逆时针旋转。(2)代表活动区磁场平均扭绞程度的无力因子α与活动区耀斑产率同步变化, 表明活动区磁场扭绞与耀斑产率成正相关.(3)通过活动区前导大黑子A的本影电流为4.3—6.6×1012A, 因扭绞产生的自由能贮存为0.44—1.11×1032erg.活动区中的电流密度达到0.96—1.47×10A·m-2.这样高的电流密度可能是该活动区高耀斑产率的重要原因.      

同无黑子耀斑相协的微波爆发机制的探讨

1980—1984年期间,我们在云南天文台9375MHz,3653MHz和2902 HHz三个波段的射电观测资料中,查到11组微波爆发与无黑子耀斑相伴随。本文研究了这些爆发与耀斑的大气层高度,射电爆发类型以及通过落进峰值流量-时间图的位置,确认出爆发机制是活动区中作麦克斯韦分布电子的热轫致辐射。     

太阳10.7 cm射电流量中期预报模型研究(Ⅱ)

太阳活动指数中期预报一直是空间环境业务预报的难点之一.本文在自回归方法模型的基础上,利用太阳活动区面积、位置等参数与10.7cm辐射流量之间的定量关系,根据活动区面积衰减规律,建立了一个基于活动区参数及演化规律的改进型太阳活动指数中期预报模型.通过对预报测试实例分析发现,在日面出现较大活动区导致F_(10.7)迅速增长并超过历史数据峰值的情况,在日面活动区消亡导致指数突然出现平静期的情况,新模型的预报准确性相比自回归模型有很大提高,预报的平均相对误差下降约5%～9%.由此可见,新模型在某些特定条件下提高了原有模型的精度.该研究为提高业务型太阳10.7cm射电流量中期预报模型的预报精度奠定了基础.     

基于太阳10.7 cm射电流量的全日面耀斑预报方法

太阳耀斑是一种重要的太阳爆发活动现象,表现为近乎全波段的电磁辐射增强。统计表明,太阳活动水平越高,太阳爆发越频繁,耀斑爆发的概率越大。利用1975-2007年10.7 cm流量与耀斑爆发的统计关系,建立了一种可行的全日面爆发耀斑概率的预报方法,能够实现C,M,X三种级别的耀斑在全日面爆发的概率预报。通过2008-2016年的观测数据,对模型进行了预报性能的评估,得到模型对C,M,X级耀斑发生概率的预报误差均较小,Brier评分误差分别为0.113,0.087,0.012;模型的预报性能均比平均模型有提高,对C,M,X级耀斑发生概率预报的Brier技巧评分分别为0.250,0.106,0.012。在2008-2016年未来1天耀斑预报的模型实测中,模型的预报效果与中国科学院空间环境预报中心的预报效果相当,这说明该模型在实际的空间环境预报中切实可行。     

HALE 17590 活动区的爆发辐射

本文根据1981年HALE 17590 太阳活动区的观测资料,着重分析了它的射电辐射特性后发现:(1)在光学活动区发展的上升阶段,每串射电爆发的强度也有由弱到强的变化,其频谱由单调谱变成不规则谱和U型谱;(2)对大的耀斑爆发而言,射电爆发的先兆相比X射线爆早。在射电先兆相期间常伴有谱斑增亮和暗条激活等现象;(3)大耀斑爆发的脉冲极大时刻在射电8毫米波段到来最早。      

太阳质子事件与太阳耀斑的关系

通过对0°W-39°W,40°W-70°W,71°W-90°W经度范围内太阳质子事件与太阳耀斑的相关性计算分析,发现太阳质子事件与太阳耀斑的相关系数依赖于经度.太阳耀斑积分与地球磁链接区域（40°W-70°W）太阳质子事件强度的相关系数最大.相关系数的这种特点与耀斑加速粒子的最大流量只出现在磁链接区域的特征相吻合.计算结果表明,太阳耀斑对太阳质子事件具有贡献,即耀斑对E ≥ 10MeV的质子加速有贡献.耀斑和CME在磁链接区域对太阳质子事件的贡献相同,这说明太阳质子事件是混合型事件.      

太阳周的模糊分类和对22周的预报

本文根据模糊集合理论, 讨论了太阳周的分类和预报.利用模糊聚类分析方法对22周作出的预报如下:21周降段长。Δt_降(21周)=8或9年;22周开始于1987或1988年;22周初始谷值R_M头(22周)=4.3;22周上升段长。Δt_升(22周)=4年;22周极大年均值R_M(22周)=118.9;22周降段长。Δt_降(22周)=(6.5)或8年.      

Highlights of the Brazilian Solar Spectroscope

The digital, decimetric (950–2500 MHz) Brazilian Solar Spectroscope (BSS, Sawant, H.S., Subramanian, K.R., Faria, C., et al. Brazilian Solar Spectroscope (BSS). Solar Phys. 200, 167–176, 2001) with high time (10–1000 ms) and frequency (1–10 MHz) resolution is in regular operation since April, 1998, at the National Space Research Institute (INPE) at São José dos Campos, Brazil. The BSS has now been upgraded with a new digital data acquisition and data processing system. The new version of the BSS has improved the observational possibilities with the capability to record up to 200 frequency channels available in the selectable frequency range 950–2500 MHz. The GPS receiver permits the acquisition of data with time accuracy in the order of 0.1 ms. The software system of the BSS is composed by two distinct modules: the first, data acquisition system provides a flexible Graphical User Interface (GUI) that allows one to choose the observational parameters. The second module is the real time visualization system that permits real time visualization of the observed dynamic spectrum and additionally allows procedures for visualization and preliminary analysis of the recorded solar spectra. Using the new visualization system, we have realized two new types of dm-radio fine structures: narrow band type III bursts with positive as well as negative group frequency drift and dots emissions arranged in zebra-like and fiber-like chains. Furthermore, we have found flare generated fast wave trains according to their tadpole signature in wavelet power spectra for a decimetric type IV radio event (June 6, 2000 flare).     

日心悬浮轨道混合推进航天器编队构型保持研究

针对混合推进航天器编队日心悬浮轨道保持控制问题进行了研究.首先推导出在日心悬浮轨道附近的航天器编队相对运动方程，考虑到航天器间距离变化值较小且航天器间距离与航天器到太阳的距离的比值为小量，将其在悬浮轨道附近线性化.基于该线性化方程，设计了一种LQR编队控制方式，该控制方式可通过调节太阳帆的姿态及航天器间库仑力的大小对编队构型进行改变或保持，具有响应速度快和控制简单的特点.最后对控制律进行数值仿真，表明该控制方法能实现编队.     

嫦娥一号卫星太阳风离子探测器离子流量反演太阳风参数与初步结果分析

嫦娥一号卫星(Chang'E-1)上搭载的两台太阳风离子探测器(SWID-A/B)是国际上首次在200 km极月轨道观测等离子体环境的探测仪器.SWID-A/B的科学目标是探测月球附近等离子体与月球的相互作用,获得月球附近的太阳风速度、密度和温度.太阳风离子探测器的观测数据是各能量成分离子流量的直接反映,包含了太阳风离子的速度、密度和温度信息.本文设计了一种利用离子流量数据反演太阳风速度、密度和温度的算法,并通过模拟太阳风离子注入探测器的过程,验证了算法的可行性.对月球附近太阳风离子基本特征的分析研究表明,在太阳活动低年,空间环境扰动水平相对较低时,行星际太阳风运动到月球附近后依然保持着相同的变化趋势;太阳风离子的速度和密度与在上游行星际空间时相近;太阳风离子的温度则比在上游行星际空间时高103 K.     

Status of the Advanced Space-based Solar Observatory

The Advanced Space-based Solar Observatory (ASO-S) was formally approved at the end of 2017. In the past two years, ASO-S underwent its official Phase-B and Phase-C studies. The Phase-B study was successfully accomplished by the end of April 2019, and the Phase-C study is being now undertaken until August 2020. Then the flight model is planned to finish within 16 months. Around the end of 2021, ASO-S will be ready in the launch state. We briefly summarize the history of ASO-S, the phase-B studies, and the phase-C studies.      

Solar EUV energy budget of the thermosphere

Using the accumulation of experimental data and theoretical studies conducted on the terrestrial thermosphere since the mid seventies, we have re-evaluated the channels by which solar UV energy is transferred to the atmosphere. As an outcome of this evaluation we have redetermined the solar EUV heating efficiency for the thermosphere and find this to be considerably different from that established in earlier studies. The heating efficiency has strong altitude, solar cycle and diurnal dependencies. The values of this parameter vary from less than 10% to greater than 100%, with peak midday values of 50–55% In recent papers we have presented the results of this new UV heating efficiency determination using a steady state solution of the ionospheric model. In this paper we present the results obtained solving a time dependent model over a diurnal cycle. The time dependent effects are found to be significant, with certain longlived species acting as temporary reservoirs of latent heat that is released to the neutral atmosphere at later times.     

Solar Activity and the Climate of Prebaikalia

This paper presents convincing evidence for the reality of manifestations of solar variability in climate characteristics of the Prebaikalia. A numerical estimate is obtained of this influence on ground air temperature. It is shown that the main meaningful variations in air temperature in the region for the period1881-1960 were caused by solar activity. Since the 1960s till the present, with the influence of solar variability continuing, a clear-cut influence of another factor has been observed, the role of which has been steadily increasing, and in the hst decade it has now exceeded the contribution of solar variability. Research results on the variations in hydrological characteristics of Lake Baikal and the Angara river and their connection with solar activity are presented. It is shown that these characteristics are closely correlated with the duration of solar cycles.      

基于机器学习方法对23太阳活动周质子事件的研究

在耀斑伴随日冕物质抛射（CME）事件编目数据的基础上，进行太阳质子事件（SPE）匹配，构建研究数据集.利用Apriori算法挖掘SPE与耀斑级别、耀斑发生日面位置以及CME角宽度和速度的关联关系.结果表明:X级耀斑、全晕CME、高速（>1000km·-1） CME和日面西半球耀斑是最可能伴随质子事件的4种特征，其诱发质子事件概率依次为0.366，0.355，0.30，0.155.角宽度低于120°或速度低于400km·-1的CME产生质子事件的概率为0.高速CME产生质子事件的概率是低速（400～1000km·-1） CME的8.6倍，X级耀斑产生质子事件的概率是M级耀斑的6.2倍，日面西部耀斑产生质子事件的概率是日面东部耀斑概率的3.9倍，全晕CME产生太阳质子事件的概率是非全晕（120°～360°） CME的3.8倍.对太阳质子事件样本进行过采样处理，利用随机森林等5种典型有监督学习算法，构建了基于第23太阳活动周耀斑和CME特征的质子事件预测模型.结果表明，该预报模型的质子事件预测准确率、精确率和召回率均控制在91%以上.      

太阳风粘性效应的重新考察

利用Helios飞船对太阳风高速流的等离子体和磁场观测,本文考察了0.3-1AU作用在高速流上各种体积力的径向分布.结果表明:普遍采用的在碰撞为主等离子体中导出的经典粘性系数表式不适用于太阳风高速流;为使惯性力与各体积力之和相等,必须有大小跟这一空间范围内的太阳重力相近的粘性减速力.本文提出一种新的方法,导出了太阳风高速流中实际粘性力的径向分布,并求出了实际粘性系数的径向分布.结果发现,相对于经典粘性系数,1AU处太阳风高速流的粘性系数的减小不小于十分之一.