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24 h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1-2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.     

用银河宇宙线判定几个引起特大磁暴CME的运动方向

利用位于南北极尖区位置的McMurdo和Thule台站的宇宙线强度的观测数据,分析了几个引起特大磁暴CME的来向.分析结果表明,所选的与4个特大磁暴相关的CME基本是朝正对磁层顶的方向运动并与磁层作用的.通过对引起第23周两个特大磁暴的CME特征分析对照,发现CME的来向是影响磁暴强弱的一个因素.同样条件下,运动方向偏向地球一侧的CME引起的磁暴比正对地球的CME引起的磁暴要弱.     

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.     

由太阳爆发事件特征预报地磁暴方法研究

CME是非重现性地磁暴的诱因,通过对太阳耀斑爆发活动的特征与可能引起地磁活动的CME进行统计分析,发现太阳耀斑的强度、位置、持续时间以及耀斑所伴随的太阳质子事件和行星际高能质子通量的增长与CME的特征及可能产生的地磁扰动有着密切的关系.在对数据分析的基础上,建立了基于人工神经网络的预报模式,对太阳耀斑爆发活动所引起的地磁扰动的发生及Ap指数进行了预报,取得了较好的结果.     

宇宙线暴时增加及其特征

利用11个地面超中子堆的资料分析了6个不同地磁暴期间由于赤道环电流增强引起的暴时增加,并分析了它们的特征。结果表明,地磁暴愈强,暴时增加愈明显。暴时增加与地磁H分量的变化有很好的负相关,并有明显的纬度效应或与地磁截止刚度有依赖关系。北京地区是暴时增加相当明显的区域。暴时增加还有明显的地方时依赖关系。在白昼一侧的增加更大,表明环电流具有不对称性的特征。     

由环电流的宇宙线效应验证二维对称环电流模型

本文利用不同纬度超中子堆记录的宇宙线强度, 对不同磁暴类型下环电流的宇宙线效应进行了分析。加强的西向环电流使宇宙线截止刚度下降, 在某些特大的磁暴中, 中低纬字宙线截止刚度下降可达1GV以上, 从而使宇宙线强度增加。利用二维对称环电流模式, 从宇宙线的角度计算了环电流的磁暴效应。与实际观测值的对比显示, 除非特大的磁暴过程, 利用该模式所得结果与实际观测符合得较好。     

第22与23周磁静日北京台银河宇宙线周日变化与半日变化特征

利用快速傅里叶变换及其计算功率谱的方法研究了第22和23周磁静日北京宇宙线台站记录的银河宇宙线强度的周日变化与半日变化，计算结果表明，在两个太阳活动周交替时，银河宇宙线的周日变化与半日变化特征消失，在太阳活动低年逐渐向高年过度时，首先出现的是周日变化。半日变化特征出现要滞后于周日变化，22周太阳活动高年看不出周日变化，而23周太阳活动的高年周日变化非常显著，22周太阳活动的下降期。只有周日变化而无半日变化。这是分析北京宇宙线台近2个太阳活动周数据得到的新结果。     

1998年4月下旬至5月上旬地磁暴的日地事件认证

综合运用SOHO/LASCO、SOHO/EIT关于CME的观测结果和WIND飞船关于太阳风的观测记录,识别了1998年4月下旬至5月上旬发生的磁暴的CME源,分析了与5月初强磁暴群相联系的日地事件.结果表明,所用日地扰动事件关系认证的方法是可行的.本文就上述日地事件所涉及的磁暴群与活动区的关系、CME地磁效应的日面东西不对称性以及磁云与高速流的作用等问题进行了讨论.     

1998年9月24日地磁暴前宇宙线各向异性特性分析

分析了日本Nagoya 宇宙线闪烁体望远镜30°, 49°, 64° 倾角的东、西、南、北方向探测数据的变化特点, 运用小波分析方法定性地探讨了磁暴前后宇宙线南北、东西各向异性的变化特征. 研究发现, 当发 生大地磁暴时, 地面宇宙线强度的各向异性特征将发生非常大的变化, 这种变化一般在磁暴发生前10~20 h就开始出现. 当描述这种各向异性特征的各向异性指数的小波系数变化达到一定阈值时, 就可能有大地磁暴发生.     

雷暴期间次级宇宙线粒子强度瞬时变化研究

雷暴期间大气电场强度变化及其伴随的宇宙线粒子增长的研究, 对于理解大气电场对宇宙线次级粒子的加速机制具有极其重要的意义. 2006年4月至 8月期间, 西藏羊八井宇宙线观测站记录到了20多次雷暴事件. 分析了雷暴期间, ARGO实验scaler模式下次级宇宙线计数与大气电场之间的相关性. 结果显示, 雷暴期间大气电场剧烈变化时, 多重数n=1, 2的次级宇宙线计数率有明显增长, 增幅在1%～9%之间, 然而n=3, n≥ 4的次级宇宙线计数率增长不明显, 甚至没有增长. 该结果为进一步研究雷暴期间大气电场对次级宇宙线的加速机制打下了基础.     

CME引起的地磁暴穿越时间

日冕物质抛射（CME）从发生至引起地磁暴最大值的时间间隔称为穿越时间.本文选取1997-2015年89个CME-Dst事件,分析CME速度、能量、耀斑类型等对穿越时间的影响;采用非线性拟合以及支持向量机（SVM）非线性回归技术,建立基于1997-2009年62个CME-Dst事件的CF模型和SVM模型,并利用其余27个CME-Dst事件对模型预报效果分别进行检验.结果表明,CF模型和SVM模型的预报准确率均达到85.2%,其中CF模型的平均绝对值误差为13.77h,而SVM模型为13.88h.与ECA模型结果（准确率为77.8%,平均绝对值误差为14.55h）进行对比发现,CF模型和SVM模型的准确率更高而误差更小.CF模型和SVM模型能够提前1~5天较好地预报地磁暴爆发时间.     

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.     

CME地磁扰动事件的模糊预报方法

以1997-2003年期间的73个日冕物质抛射(CME)激波扰动事件和模糊数学为基础,提出了一种预报地磁扰动的方法.该方法以CME事件爆发的日面经纬度、相关地磁扰动事件的渡越时间、地磁扰动指数、IPS观测的太阳风速度跃变量为基础,建立了预报CME地磁扰动事件的μθ,μφ,μT,μM,μ△v从属函数,考虑了CME初始速度对激波到达时间的影响.以这5个从属函数为基础并利用模糊数学对1996-2004年期间73个经行星际闪烁(IPS)观测认证的CME激波引起的地磁扰动事件进行了预报实验.实验结果表明,磁扰开始时间预报的相对误差,△Tpre/Tobs≤30%的事件占总事件数的91.78%,而△Tpre/Tobs＞30%的事件占总事件数的12.33%;磁扰幅度(∑Kp)大小的预报,其相对误差△∑Kp/∑Kpobs≤30%的事件占总事件数的60.27%,相对误差≥50%的事件占总事件数的12.33%.这表明该预报方法对空间灾害性事件地磁扰动的定量预报具有很大应用潜力.     

利用转移熵研究引起磁暴扰动的太阳风参数重要性排序

磁暴是重要空间天气灾害性事件,能够影响卫星的安全在轨运行和地面电网系统等。目前,对于太阳风–磁层相互作用的研究多集中在分析相关系数的线性关系,而基于信息论的转移熵可以提供强大的无模型有向统计量,可用来分析传统相关性分析和模型假设检测不到的非线性关系。本文利用转移熵的方法,研究了磁暴期间的太阳风驱动参数。利用第23和24太阳活动周的小时精度数据进行长时间尺度分析,发现太阳风向地磁的信息传递呈双峰分布,表现出与太阳活动水平的一致性。利用2010－2018年93个地磁暴期间的分钟精度数据进行短时间尺度分析,结果表明：行星际电场（E）和行星际磁场南向分量（$ {B}_{z} $）对地磁指数Sym-H在时间延迟为60 min时信息传递较强,而太阳风速度 $ {v}_{\mathrm{s}\mathrm{w}} $、温度 $ {T}_{\mathrm{s}\mathrm{w}} $、数密度$ {D}_{\mathrm{s}\mathrm{w}} $、磁场B和动压$ {P}_{\mathrm{s}\mathrm{w}} $对Sym-H指数的信息传递较弱。上述研究结果能够为太阳风–磁层相互作用的建模提供参数选择及确定预测范围的依据。     

Effect of Interplanetary Transients on Cosmic Ray Anisotropic Variations

In the present work the cosmic ray intensity data recorded with ground-based neutron monitor at Deep River has investigated taking into account the associated interplanetary magnetic field and solar wind plasma data during 1981—1994.A large number of days having abnormally high/low amplitudes for successive number of five or more days as compared to annual average amplitude of diurnal anisotropy have been taken as high/low amplitude anisotropic wave train events(HAE/LAE).The amplitude of the diurnal anisotropy of these events is found to increase on the days of magnetic cloud as compared to the days prior to the event and it found to decrease during the later period of the event as the cloud passes the Earth.The High-Speed Solar Wind Streams(HSSWS)do not play any significant role in causing these types of events. The interplanetary disturbances(magnetic clouds)are also effective in producing cosmic ray decreases.Hαsolar flares have a good positive correlation with both amplitude and direction of the anisotropy for HAEs, whereas PMSs have a good positive correlation with both amplitude and direction of the anisotropy for LAEs. The source responsible for these unusual anisotropic wave trains in CR has been proposed.