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.     

强短波衰落事件的太阳活动区磁场位形先兆

本文利用北京天文台提供的高空间分辨率的活动区纵场磁图对1988年的18个活动区进行分析研究,以寻求强SWF耀斑的先兆.结果表明,一磁流在异极性磁流区浮现,同极性磁流合并、异极性磁流侵入和纵向磁场强度剧增4种磁位形演化与强SWF耀斑有密切关系。文中还用1988年9—10月份的25个活动区的磁图和耀斑资料佐证上面的结果。     

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.     

利用ACE卫星数据对太阳质子事件预警方法的研究

通过分析GOES和ACE卫星大于10MeV能量段的5min平均质子通量数据,发现两者有很好的相关性,最佳相关系数显示,GOES通量数据较ACE卫星数据有数十分钟至几小时的时间延迟.这为利用ACE数据进行质子事件预警提供了依据.本文提出一种利用ACE卫星大于10MeV能量段的通量数据对质子事件进行预警的方法.该方法在2001年8月7日至2012年2月20日这11年多时间的试验中,表现出较高的报准率(76.3%)和较低的虚报率(14.7%),预警提前时间在数十分钟至几小时不等.该方法的结果与美国国家海洋和大气管理局(NOAA)空间天气预测中心(SWPC)使用的预警模型对比,具有更高的报准率,较低的虚报率,在预警时间提前量方面两者相当.     

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级耀斑时的磁场变化定性分析。结果表明：强梯度极性分隔线权重磁场绝对值之和R、极性分隔线长度LPS、 强梯度极性分隔线长度Lsg和强梯度极性分隔线磁场绝对值之和$phi $PSL能够解释活动区磁场结构变化; 磁场通量绝对值总和$phi $uns、磁场负通量总和$phi $–、磁场值代数和$phi $tot和磁场绝对值之和的平均值$phi $mean能够解释活动区磁场通量变化。$phi $PSL为本文新构建特征参数。上述参数可有效监测耀斑爆发前后活动区磁场结构和磁场通量的变化情况,量化结果可作为耀斑、质子事件监测及耀斑预报模型输入,为开展太阳爆发活动监测预警提供技术支撑。     

1986年2月的高太阳活动研究—IV日地扰动事件耦合初析

利用光学、射电、软Ｘ射线和硬Ｘ射线观测资料,对１９８６年２月系列太阳爆发中最大的两个耀斑作相似与相异性的分析,解释它们近地空间效应的区别,对该系列太阳爆发事件和叠加在一起的地球事件作认证研究。     

利用质子强度变化对太阳质子事件进行短期预报方法初步研究

采用GOSE-10卫星4～9 MeV(P2),9～15 MeV(P3),15～40 MeV(P4),40～80 MeV(P5)能段上的质子通量数据,结合质子能谱,对太阳质子事件发生前各能谱参数的变化特征进行分析,详细介绍利用能谱参数的变化特征及能量E>10 MeV的质子通量数据对太阳质子事件进行预报的新方法,并运用这种方法对2002-2006年期间太阳质子事件进行了预报.预报结果显示,预报提前量最多达到100 h以上,对质子事件的报准率达97.5%,预报方法具备一定的有效性和实用性.     

利用EMD方法提取太阳活动周期成分

EMD(经验模态分解)方法在处理非线性及非平稳时间序列时表现出了很大的优势和应用潜力.利用EMD方法研究太阳活动周期,对110年(1894-2003)和55年(1949-2003)的太阳黑子数月均值进行分解,分别得到一系列模式和一个趋势项,其中都可能包含有1.3至1.4年周期分量,25至30个月QBO(准双年振荡)分量,11年太阳周分量和22年Hale周分量.其中11年周期分量幅度最大,变化特征与太阳黑子数原始数据具有很高的相似性.不同于传统方法,EMD方法给出了太阳活动在不同时间尺度上各自分离的变化特征.     

太阳质子事件对太阳同步轨道空间辐射环境影响分析

介绍了南大西洋异常区的辐射环境及其特点,重点研究了发生于2000年7月14日的太阳质子事件对太阳同步轨道空间环境造成的影响,太阳质子事件期间,抵达近地空间的高能电子、质子及重离子对太阳同步轨道空间环境造成剧烈地扰动,并且不同种类不同能量的粒子扰动特征不尽相同。     

太阳质子事件与微波爆发的某些特征

选用NOAA提供的太阳质子事件表以及SGD发表的与其相关的射电多波段的观测资料进行了统计分析,试图从厘米波,毫米波爆发与质子事件的关系上寻找规律,从而获得一些有意义的结果.      

变量多重相关性对主成分分析的危害

证实了主成分分析完全无法消除变量系统的多重相关性和重叠信息不良影响，指出变量多重相关性无论从方向上还是从数量上都会扭曲主成分分析的客观结论，由此得知，在进行主成分分析之前，对变量系统的选择必须是极其慎重的。     

太阳电子事件粒子源区的位置

对ISEE-3的引个太阳电子事件资料,进行了系统地分析。通过Saha平衡模型分别计算了高Fe事件和贫Fe事件源区的平衡温度大小,指出两类事件粒子源区不相重合,高Fe事件的粒子源区位于高色球层,贫Fe事件粒子源区在色球层-日冕之间的过渡区。对高Fe事件和贫Fe事件的形成作了初步的设想。     

Statistical properties of the most powerful solar and heliospheric disturbances

We present and discuss here the first version of a data base of extreme solar and heliospheric events. The data base contains now 87 extreme events mostly since 1940. An event is classified as extreme if one of the three critical parameters passed a lower limit. The critical parameters were the X-ray flux (parameter R), solar proton flux (parameter S) and geomagnetic disturbance level (parameter G). We find that the five strongest extreme events based on four variables (X-rays SEP, Dst, Ap) are completely separate except for the October 2003 event which is one the five most extreme events according to SEP, Dst and Ap. This underlines the special character of the October 2003 event, making it unique within 35 years. We also find that the events based on R and G are rather separate, indicating that the location of even extreme flares on the solar disk is important for geomagnetic effects. We also find that S = 3 events are not extreme in the same sense as R > 3 and G > 3 events, while S = 5 events are missing so far. This suggests that it might be useful to rescale the classification of SEP fluxes.     

1997-2003年太阳质子事件源区的卡林顿经度分布

分析了1997-2003年期间的59个太阳质子事件,太阳质子事件源区的卡林顿经度带.分析结果表明,质子事件源区主要集中在10°-45°,135°-155°,180°-215°,230°-260°,265°-310°,345°-360°,还有4个质子耀斑分散在72°,74°,93°和107°上.其中最强的活动卡林顿经度带的经度范围是265°-310°,次之为卡林顿经度带135°-155°,最弱的是卡林顿经度带180°-215°最强的活动经度是卡林顿经度272°.1997-2003年期间峰值通量大于100 pfu,质子耀斑南半球发生次数为18,北半球发生次数为10;同一活动经度上的质子事件具有重现的规律,重复出现的时间间隔短的为27天,长的超过4年.     

太阳周期活动对低高度内辐射带高能质子的影响

利用NOAA-15卫星1998年到2011年近13年的高能质子全向通量观测资料, 分析了一个太阳活动周内, 低高度内辐射带高能质子通量的分布变化特性及其物理原因, 比较了观测结果与AP8模型的不同. 研究表明, 低高度内辐射带高能质子通量与太阳活动水平的反相关关系与磁壳参数L值及磁场B值有关; L值越低, B值越大的空间点, 其高能质子通量与太阳活动水平的反向相关性越明显. 高能质子通量随太阳活动水平的变化存在明显滞后现象, L值越高、 B值越小的空间点, 滞后现象就越明显, 滞后严重时可以达到一年左右的时间; 这种滞后现象反映出低高度内辐射带高能质子的源与损失达到平衡是一个中长期过程. 通过与AP8模型计算结果的比较分析可以看出, 利用AP8模型时, 仅考虑地磁场长期变化对质子通量的影响可能会夸大低高度内辐射带局部高能质子通量的增强.     

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.     

两个临近脉冲型太阳能量电子事件的观测与拟合

WIND飞船在2010年11月15日观测到两个临近的脉冲型太阳能量电子事件, 这两个事件在1AU处呈现出不同类型的通量-时间曲线. 事件一的通量表现出快速上升及快速下降的特性; 事件二则表现为缓慢上升, 更缓慢下降, 事件二的持续时间是事件一的5～17倍. 以往的解释认为事 件二中的电子在行星际受到了更强的散射. 本文引入等腰三角形的释放函数并 求解电报方程, 利用得到的解对1AU处的观测进行拟合. 根据最佳拟合结果 反推两事件在太阳上的释放函数和在行星际传播的平均自由程, 发现造成两事 件在1AU处能谱和通量-时间曲线形状不同的原因是太阳上电子 加速过程的不同而非行星际散射. 结合SOHO卫星的白光观测, 发现两事件可能 与一个CME (日冕物质抛射)相关, 并进一步推测了这两个太阳电子事件可能 的加速图像.     

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.     

基于Green函数法的太阳高能粒子行星际扩散过程模拟

统计分析了自1976－2017年期间记录到的217次SEP（Solar Energetic Particle）事件的日冕足点经度位置,其分布特征符合日冕横向分布的东西效应,同时基于两相传输模型及其Green函数解,对发生在不同日冕足点的四次SEP事件进行了模拟研究。模拟与观测结果表现一致,表明该模型能够较好地模拟发生在不同日冕足点的SEP事件。针对模型中多个传输参数开展的敏感性试验发现,SEP事件日冕足点经度位置能够影响观测结果的探测时间和峰值,而太阳风速对发生在不同日冕足点的事件具有不同影响机制;此外,日冕区扩散系数与SEP事件在日冕区的扩散过程相关,主要影响事件的强度峰值;行星际径向扩散系数的改变对于模拟结果的影响主要体现在峰值到达时间上,且由于SEP事件主要是在大尺度的行星际磁场中传播,行星际径向扩散系数对于模拟结果的影响最为显著,而表征粒子源释放时间尺度的逃逸时间对于模拟结果影响相对较小。