太阳质子事件长期预报方法研究

太阳质子事件是对航天活动构成威胁的重要空间辐射环境事件,质子事件的长期预报对航天器防辐射设计具有重要的指导意义。通过分析最近的23太阳活动周数据,并对比21和22周相关资料,总结出了太阳质子事件分布的三段式特征,即质子事件与太阳活动周同步,呈11年周期变化,每一个周期中又可以划分为:上升期(前4年)、峰值期(中间4年)和下降期(最后3年),同时对每一个阶段的质子事件分布特征进行详细描述。在此基础上,对第24周的质子事件分布状况进行预测。     

神经网络方法在太阳质子事件短期预报中的应用

在大量统计结果的基础上,深入研究了太阳质子事件预报机理．总结了质子事件爆发与太阳活动区面积、位置、McIntosh结构、磁结构以及前两天活动区爆发耀斑事件数目之间的关系．然后,在神经网络的基础上建立了太阳质子事件短期预报模型,并对2000年以后12个未参加训练的样本进行测试,结果对事件预报的准确率为83％．此外,我们还利用该模型对2002年1-4月发生的几次质子事件进行了预报试验,结果发现,这期间发生的6次事件都被预报．其中3次质子事件系统预报提前了3天,两次事件预报提前了2天,一次事件提前1天预报．     

太阳10.7 cm射电辐射流量预报方法初探

引进“相似周”方法,通过两种方式对第23周太阳10.7cm辐射流量（F10.7）月均值进行预报和预报,由“相似周”方法得到的第23周太阳黑子数月均平滑预测值来预测F10.7月均值和直接采用“相似周”方法对F10.7月均平滑值进行预测,通过对两种预报试验结果分析,得到以下结论。（1）两种预测结果与实际都比较吻合,都得到双峰结构。（2）直接通过相似周预测的F10.7的月均值结果较间接通过太阳黑子数的预测结果所推断的F10.7预测结果更接近实际观测结果。（3）使用“相似周”,预报方法,可以给出F10.7比较精细的剖面结构,这是其他普通预报方法很难做到的。     

低高度空间高能质子通量分布计算

介绍了AP-8模式、CRRESPRO模式和PSB97模式,并用这3种模式分别计算低高度空间300—1100km范围内的高能质子通量分布,由IDL软件绘出通量等值线图．AP-8模式通量主要受银河宇宙线调制,即受太阳活动直接影响,与太阳活动高年相比,太阳活动低年的质子通量较大;CRRESPRO模式中,因活动期和平静期的数据采集时间前后相差很短,从而使同一高度上两种环境条件下的通量分布相似．模式之间的比较结果表明,AP-8模式通量较小,CRRESFRO模式通量较大,PSB97模式通量介于二者之间,并与实测通量接近．PSB97是为低高度(1000km以下)定制的模式,在低高度上优于AP-8模式和CRRESPRO模式,能较好地计算当前条件下的低高度高能质子通量．     

由太阳和地磁参数构成的信鸽导航原理仿真

根据信鸽导航理论和相关试验结果的分析,确定太阳高和地磁场参数的组合可以形成信鸽导航的环境基础.通过分析信鸽对太阳高度角、地磁倾角参数的可能利用过程,结合信鸽飞行路径的特点,确认了信鸽方向判断原理和逐渐趋紧的过程,并在此基础上,通过计算机程序对信鸽导航过程和分型线路进行了模拟,结果较为符合信鸽的飞行特点,并对信鸽导航的初步原理进行了分析和解释.     

地磁暴前地面宇宙线强度变化Morlet小波特征分析

用Morlet小波变换对Oulu台站和Apatity台站(主要是Apatity台站)1998-2002年间宇宙线静日和地磁暴前的地面宇宙线强度变化特征进行分析，得到：在宇宙线静日期间普遍存在准24h周期变化特征，并且在当地时间0200，1400左右分别出现最小值和最大值；对12个例子的分析可以看到地面宇宙线强度在地磁暴之前l-2天均出现了不同于宇宙线静日期间变化特征，或有小尺度周期出现，或周期变化完全消失，或有异常24h周期变化，这种变化特征在一定程度上可作为地磁预报的先兆特征之一。     

宇宙线变化特征在强地磁暴预报中的应用

利用宇宙线中子探测数据定性分析了地面宇宙线多台站之间的相互联系以及大磁暴与宇宙线之间的响应关系. 以Irkutsk和Oulu宇宙线台站为例, 运用小波去噪技术提高数据的稳定性. 结果表明, 相同世界时条件下, 两站宇宙线通量相关性在事件发生时较高; 而相同地方时条件下, 相关性则在平静期较高. 进一步采用相同地方时条件对不同宇宙线台站的通量在平静期和扰动期的相对变化进行分析, 选取2004年7月强地磁暴典型事例进行直观分析, 发现大地磁暴前Irkutsk和Oulu台站的宇宙线相对通量发生明显差异, 可以尝试作为强地磁暴宇宙线先兆特征. 通过对2001年3月至2005年5月的强磁暴和中强磁暴进行统计, 得到与强地磁暴相关的适当宇宙线相对差异阈值. 将得到的阈值对2005年9月至2011年12月所有强磁暴及中强磁暴进行验证, 总成功率达到87.5%, 误报率为35.7%, 结果较好.      

太阳活动区EUV图像的生成式模型耀斑分级与预报

近年来,不断发射的空基观测台持续传送回海量日面图像及日地间气象数据,为采用人工智能技术对太阳活动进行预报预警提供了数据基础。但是,极端天气爆发少,样本量较少;中等程度爆发稍多,样本量较多;常规无爆发天气常见,样本较为集中,样本不均衡状况严重影响机器学习方法在空间天气领域的广泛应用。本文面向多源多通道多尺度日面图像信息,构建了来自SOHO和SDO的1996-2015年日面活动区图像数据集;针对数据分布的不平衡,对太阳活动区图像作耀斑分级与预报。在对比分析元学习算法的基础上,设计了结合分类头设计和卷积核初始化的生成式模型;在使网络轻量化的基础上,能够将M和X级耀斑预报的检测率指标相较于普通的深度学习模型和无监督度量式模型分别提升10%和7%。     

应用BP神经网络针对高通量质子事件的通量数值预报

质子事件的爆发与太阳软X射线辐射有着很强的相关性,利用GOES卫星的1～8 (A)波段和0.5～4 (A)波段的软X射线数据,选取一些特征参量验证该相关性并应用到质子事件短期预报中.在当前质子事件传输物理机制不完全明确的情况下,在现有的预报质子事件有无的模型基础上,利用BP神经网络,根据软X射线通量水平等预测事件质子峰值通量水平,再对训练后的网络进行检验,检验预测所得结果与实际探测值误差小于一个量级,具备一定实用意义.      

地磁扰动期间低轨目标轨道预报的误差修正

针对地磁扰动期间大气密度变化造成的低轨目标较大的轨道预报误差,提出一种根据POES卫星观测的极光能量注入数据改进短期轨道预报的方法。分析表明CHAMP卫星的沿迹大气密度及轨道衰减与极光能量注入具有较好的相关性。通过线性回归方法,建立轨道半长轴衰减及阻力调制系数的修正公式,并使用修正后的阻力调制系数取代两行元(TLE)中的该系数带入SGP4模型进行位置预报。该方案考虑了外推过程中地磁扰动引起的大气密度响应,能更准确地反映外推过程中大气阻力对轨道的影响。将其应用到2008年CHAMP卫星和国际空间站的轨道预报中,结果表明,半长轴和位置的预报误差可分别降低50%和30%左右。进一步对不同年份、不同轨道高度的目标进行了预报误差修正的分析,验证了该方法的普适性。