2 AU以内的“渐进型”太阳高能粒子事件模拟

太阳高能粒子（Solar Energetic Particle,SEP）事件是影响地球空间以及深空辐射环境的主要因素之一。“渐进型”太阳高能粒子事件中的高能粒子主要来自于日冕物质抛射（Coronal Mass Ejection,CME）所驱动的激波扩散加速（Diffusive Shock Acceleration,DSA）过程。CME驱动的激波在行星际的传播过程中,其结构不断演化,进而影响到高能粒子的加速过程。本文利用二维太阳高能粒子加速和传播模型,对发生于2014年4月18日的太阳高能粒子事件实例进行了数值模拟。模型考察了黄道面上2 AU的距离以内包含地球所在位置的4个不同点,分别计算了每个点上高能粒子的通量。数值模拟的结果表明：黄道面内不同位置的观察点,与激波波前的磁力线连接不同,从而导致观察点处高能粒子的通量有着显著的差异。该模型的计算结果可以为深空探测计划开展辐射环境研究提供必要的输入。     

缓变型太阳高能粒子事件特征时间及其经向分布

利用SOHO,STEREO高能粒子观测数据,对2011-2014年30个通量短时间内显著增强的缓变型太阳高能粒子（SEP）事件的两个特征时间（局地爆发时间,起始释放时间）及其经向分布进行统计分析.研究结果显示,多颗卫星同时观测到的SEP事件伴随的日冕物质抛射（CME）角宽明显较一般事件大,且基本都为Halo CME;不同卫星观测到的粒子通量局地增强时间差与卫星位置经度差明显线性正相关且东西不对称;局地爆发时间和起始释放时间相对于耀斑时间的延迟与卫星相对经度正相关;卫星所有能量通道的两个特征时间极差与卫星相对经度呈现较好的正相关,这表明不同能量SEP释放的时间跨度具有明显经度差异;高低能释放时间差与CME速度正相关.这些结论表明,SEP事件的两个特征时间具有明显的经向依赖性,并都与CME速度相关.     

Energization of charged particle in a time-dependent chaotic magnetic field with an implication of the production of seed particles in solar energetic particle events

We investigate the acceleration of charged particles in a time-dependent chaotic magnetic field in this work. In earlier works, it has been demonstrated that in an asymmetric wire-loop current systems (WLCSs), the magnetic field is of chaotic in nature. Furthermore, observations also showed that there exist time-varying current loops and current filaments in solar corona. It is therefore natural to conceive that the magnetic field on the solar surface is chaotic and time-dependent. Here, we develop a numerical model to study the acceleration process of charged particles in a time-varying chaotic magnetic field that is generated by an ensemble of 8 WLCSs. We found that the motion of energetic particles in the system is of diffusive in nature and a power law spectrum can quickly develop. The mechanism examined here may serve as an efficient pre-acceleration mechanism that generates the so-called seed particles for diffusive shock acceleration at a coronal mass ejection (CME) driven shock in large solar energetic particle (SEP) events.     

第24太阳活动周地球附近磁云与非磁云事件的统计分析

为研究第24太阳活动周中磁云（Magnetic Clouds,MC）与非磁云（Non-Magnetic Clouds,non-MC）的等离子体性质及其对空间天气的影响,使用1AU处的观测数据对2008-2015年168个ICME事件进行统计与分析,其中认证出磁云事件68个,占总数的40.48%.通过分析磁云与非磁云等离子体参数对空间天气环境的影响及与太阳活动的关系,整体性质的对比及在第23和24太阳活动周中性质的对比,可以发现：在第24太阳周中,磁云引起的磁暴强度普遍大于非磁云,南北向磁场分量是引起磁暴的重要参数;磁云数和太阳黑子数有很好的相关性,非磁云数与行星际日冕物质抛射总数及黑子数的相关性稍弱,磁云数在太阳周的不同阶段表现出不同的分布特性;磁云的磁场强度和南向磁场分量整体强于非磁云,两者质子温度、密度等参数差异不大.第24周磁云事件引起的地磁效应整体上弱于第23周磁云事件,这与第24周磁云事件最大南向磁场分量、传播速度以及质子温度整体小于第23周磁云事件有关.     

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.     

太阳风-磁层-电离层耦合过程中的能量收支

太阳风向磁层电离层(Magnetosphere and Ionosphere, MI)系统输入能量, 而输入的能量随后在MI系统中消耗. 本文从能量守恒原理出发, 讨论太阳风-磁层-电离层 (SMI)耦合过程中的能流路径和能量收支的定量关系. 主要讨论9个问题: (1) 太阳风向MI系统的能量输入, (2) MI系统对能量输入的响应, (3) 环电流的能量消耗, (4) 极区电离层焦耳加热的能量消耗, (5) 极光粒子沉降的能量消耗, (6) 磁尾能量的消耗、储存以及返回下游太阳风, (7)平静期间的能量积累与释放, (8)能量在不同能汇中的分配, (9)评价能量函数的准则和方法.     

卫星介质深层充电的两类计算模型对比分析

计算模拟是评估航天器介质深层充电危害的重要研究方法之一. 通过粒子输运 模拟, 可以得到特定空间辐射环境下介质中的电荷沉积分布, 进而根据电位/电 场计算模型, 得到深层充电结果. 前期研究多是围绕RIC (辐射诱导电导率)模 型及其改进模型展开的, 而目前通常采用基于电流守恒定律的简单计算模型. 为了研究二者关系, 给出其各自求解方法, 并采用已发表数据对计算结果进行 验证; 从理论上阐述了后者是RIC模型的进一步简化, 只要二者考虑相同的介 质电导率, 则对应计算结果就是一致的; 结合GEO恶劣电子辐射环境下平板介 质模型在三类边界条件下的充电情况, 进行了充分的仿真验证. 相关结论为介 质深层充电效应评估提供了有益参考.     

SST-DES在小分离流动数值模拟中的改进

在基于剪切应力运输（SST,Shear Stress Transport）分离涡模拟（DES,Detached Eddy Simulation）应对小分离流动的数值模拟中,上游雷诺平均方法（RANS,Reynolds Averaged Navier Stokes）区域内较大的涡黏性通过对流扩散方程传递到下游大涡模拟方法（LES,Large Eddy Simulation）区域,导致自由剪切层解析湍流解迟迟得不到发展,剪切层失稳延后,出现强烈的灰区效应。为此将SST-DES中体现LES求解的类亚格子模式重新构造成标准k方程亚格子模式,防止多变量在RANS和LES交界面处对湍流黏性系数的混合影响,最终得到了一种改进的SST-DES方法。采用该方法对AS239翼型小分离数值模拟并与DES和延迟分离涡模拟（DDES,Delayed Detached Eddy Simulation）结果进行对比,可以看出该方法在壁面边界层保留了SST-DDES特性的同时,在尾迹区大大提高了LES的可解能力,显著降低了灰区的影响。     

基于代理模型的空间飞越发射窗口

为了高效地分析空间飞越过程中航天器的初始位置对发射窗口的影响,研究了空间飞越任务流程,提出了不同初始条件下发射窗口的数值计算方法。在此基础上,为提高计算效率,研究了代理模型技术,包括样本点选取方法、代理模型构造方法和精度校验方法。对比分析了径向基函数（RBF）模型和Kriging模型,结果证明前者精度更高。使用RBF模型对不同初始条件下的发射窗口进行计算,耗时仅为使用真实模型时的0.29%,且精度校验满足要求,表明代理模型可以快速有效地分析初始条件对发射窗口的影响,为空间飞越轨道规划与设计提供理论依据和参考。     

复杂产品系统模块化分解模型及应用研究

模块化设计开发技术能够实现复杂产品系统(CoPS)的柔性制造,科学合理的模块化分解将会降低CoPS开发的管理难度和制造成本。在分析产品系统模块化理论的基础上,总结了CoPS的模块化处理流程,列举了CoPS的模块化分解原则,提出了CoPS的模块化分解程度的计算模型,研究并建立了系统模块化与企业绩效的相关性分析模型,并探索了模型的最佳应用实践。以电网广域监测分析控制系统(WARMAP)为例,论述了在影响因素众多的情况下,运用模块化分解模型进行计算后,WARMAP分解为4大功能模块,极大缩短了系统的研发周期,提高了研发质量,充分验证了模块化分解模型的有效性,以期为企业产品模块化设计提供理论指导和决策借鉴。