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.     

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.     

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.     

1997年1月7-10日广州台站银河宇宙线强度变化特征

1997年1月7－10日的CME事件虽然只引起了中等强度的磁暴,但引起了很强的地球物理效应,这次CME事件影响了银河宇宙线的强度。本文给出了CME在行星际传播期间广州多方向闪烁望远镜观测台站的几个方向记录的银河宇宙线强度变化的特征,并做了简要的分析。     

利用地面宇宙线强度变化预报地磁暴方法初步研究

分析了Nagoya宇宙线闪烁体望远镜探测数据的变化特点,定性地探讨了CME可能引起的地面宇宙线的变化特征,通过实例证实了地面宇宙线通量的异常波动是地磁暴发生的重要先兆特征,并且将8 h内宇宙线通量与该时间段内平均通量的偏差D8(t)参数应用到宇宙线数据分析中.通过数据分析与讨论,认为D8(t)参数达到一定阈值是地磁暴的重要先兆特征,但不是充分条件,虚假信号仍占多数;D8(t)参数与太阳质子事件探测结果相结合,对于大地磁暴的预报有较好的效果.     

2021年10月11日地磁暴对两座变电站GIC的影响

近年来中国相继监测到地磁暴侵害电网、铁路轨道电路和油气管道系统产生的地磁感应电流（Geomagnetically Induced Current,GIC）数据,但是目前实测的GIC数据还相对较少。根据2021年10月9日日冕物质抛射事件（CME）产生的Kp指数为6的地磁扰动（Geomagnetic Disturbance,GMD）数据,500 kV阿拉坦变电站（48.7°N,116.8°E）和上河变电站（33.4°N,119.2°E）及输电系统的参数,分析了2021年10月11日地磁暴期间在两座变电站监测到的GIC数据以及输电系统参数对GIC量值的影响。结果表明：地磁暴在500 kV上河变电站产生的GIC比阿拉坦变电站GIC量值相对较大。分析结果说明,在这次磁暴事件中,输电线路导线电阻是影响变电站GIC的主要因素。     

基于小波与交叉小波分析的太阳黑子与宇宙线相关性研究

利用小波分析和交叉小波分析方法, 根据太阳黑子数以及Huancayo和Climax两个测站的月均宇宙线数据, 分析了两个测站的月均宇宙线周期变化, 同时利用太阳黑子数R₁₂对Climax站宇宙线流量进行预测研究. 小波分析结果表明, 太阳黑子与宇宙线除存在显著的11年周期外, 太阳活动高年期间还存在1～6个月尺度的周期特性, 在第22太阳周活动高年时还出现了6～8和1～22个月的变化周期; 交叉小波分析结果表明, 在130个月左右的周期上宇宙线与太阳黑子具有显著的负相关性, 并且宇宙线的变化滞后太阳黑子约8个月; 分别采用预测时刻和8个月前的太阳黑子数, 预测相对误差为3.8912%和3.2386%. 本文方法同样适用于估算其他空间天气参量之间的周期和相关性, 提高各种空间天气参量的预测或预报精度.     

2005年8月24日强磁暴事件对高层大气密度的扰动

对2005年8月24日发生的突发型强磁暴(Kp峰值达到9)事件,利用星载大气密度探测器在轨实时的连续探测数据进行了处理和分析.结果表明,此次强磁暴事件期间,引起560 km高度附近大气密度剧烈扰动,并存在着两种响应过程.一种是跟随地磁扰动程度变化的全球性大气密度涨落变化,响应时间滞后6h左右, 最大涨落变化比为2.5;另一种为磁暴峰期出现在高纬地区的大气密度突发性跃增,增变比高达5.5.后者存在着区域上的不对称性及时间上的突发性和增幅的差异.此次强磁暴峰期还同时出现了南北半球高纬地区的大气密度跃增双峰.同时还表明这种增变峰可能存在着由高纬向低纬地区迅速推移的现象,在中纬地区推移速度可达15°/h(纬度)左右.      

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%.     

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.     

World grid of cosmic ray vertical cut-off rigidity for the last decade

Cosmic ray cut-off rigidity tables and maps over the world concerning the epochs 2010, 2015 and the current one 2020 have been constructed. These maps display the effective cut-off rigidity in every five degrees in latitude and in longitude at the altitude of 20 km above the surface of the international reference ellipsoid. The values of the geomagnetic cut-off rigidity were calculated in every 5° in latitude and in every 15° in longitude applying the well-known method of particle trajectory calculations resulted from the theory of the particle motion in the Earth's magnetic field. The applied software employed the 12th Generation of the International Geomagnetic Reference Field (IGRF 12) and trajectories were calculated at 0.01 GV intervals in order to determine the vertical cut-off rigidity for each location. Beyond the use of the calculated cut-off rigidity values as a basic reference of charged particle access to different geographical locations during quiet and/or more intense geomagnetic periods, these results can be used for a long- term forecasting of the geomagnetic conditions variations.     

Cosmic ray anisotropy based on Yakutsk station in real time

The method has been developed to calculate galactic cosmic ray anisotropy parameters by using on-line data of the neutron monitor 24-NM-64 and muon telescope at the Yakutsk station. The preliminary analysis shows that characteristic changes in the anisotropy parameters caused by the first spherical harmonics of cosmic ray angular distribution are observed 1–2 days before the onset of the most part of large-scale geophysical disturbances on the Earth. There is reason to believe that the attraction of data of geophysical observations of other kinds will allow to develop the forecast methods for the arrival of large-scale interplanetary disturbances at the Earth.     

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。     

低纬地区夜间电离层底部电子浓度与磁扰的关系

本文利用100kHz的低频无线电波资料,计算分析了1986—1987年期间,几种不同磁扰情况下,低纬地区夜间电离层中100km以下区域积分电子浓度及其变化的起因.结果表明:该区域电子浓度的变化与地磁扰动关系密切.在磁静日期间,其值较小,且随磁扰而变化,但比磁扰滞后1到2天.在磁暴后,其值较大,会出现几次剧烈起伏.该区域积分电子浓度的起伏可大于一个量级.沉降电子产生的动致辐射可能是引起该区域电子浓度变化的主要原因之