太阳X射线耀斑特征参数预报方法研究

太阳耀斑是重要的空间天气事件, 有关太阳耀斑参数的预报对于电离层突然骚扰(SID)影响的评估具有实用意义. 本文采用GOES-8卫星上第23太阳周软X射线通量的数据, 通过数值拟合的方法对X级耀斑强度的峰值以及X级耀斑的结束时间进行预测. 利用这种方法对第23太阳周中的X级耀斑进行分析, 最多可以提前17min预测出X级耀斑的峰值, 在预测X级耀斑结束时间时, 预测的X级耀斑结束时间最多可以提前60min左右, 从预报结果来看, 预报方法具有一定的有效性和实用性.      

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.      

太阳质子耀斑X射线辐射特征及质子事件警报

太阳质子耀斑X射线辐射特征的研究, 为太阳质子事件的警报提供一个重要的途径和方法。本文分析了第21周太阳活动峰年(1977—1986)期间质子耀斑和相应的GOES和SMM卫星观测的X射线辐射资料, 结果表明:大部分质子耀斑的硬X射线峰值流量F_HX≥104s/c;积分流量F₀≥106counts;硬X射线辐射到达峰值时间T_R≥100s;持续时间T_D≥103s;X光子最高能量E_x≥300keV;平均能谱指数√r≤3.5;高能时延T_L≥10s。利用这些X射线暴的特征参数, 对第21周峰年大质子事件作警报检验, 结果是:报准率为94％, 虚报率为40％。      

太阳耀斑显著的热和非热事件的统计特征

本文利用GOES卫星和SMM卫星软、硬X射线耀斑观测资料,分析耀斑中软、硬X射线辐射流量的分布,发现太阳耀斑存在着显著的热事件(PT事件)和显著的非热事件(PNT事件),它们主要特征是:(1)PT事件为缓变型耀斑,PNT事件为脉冲型耀斑;(2)PT事件的硬X射线谱较软,PNT事件能谱较硬;(3)PNT事件非热能量释放速率比PT事件快3—10倍;(4)耀斑发展趋缓慢,PT事件中软X射线峰值流量越大;(5)耀斑中PNT事件约占60％,PT事件约占40％.最后定性讨论了产生PT和PNT事件的可能机制.      

太阳X射线耀斑活动区的一些特征

对ISEE-3人造卫星在1980年5月—1981年8月中,观测到的48个X射线耀斑进行了分析,发现其中有1/3是在6个活动区中重复爆发的.研究这部分X射线耀斑的物理性质与所在活动区的黑子面积、活动区类型及磁结构的关系,得到了一些结果:(1)发生在同一活动区中的X射线耀斑,其硬X射线峰值积分流量及谱硬度与活动区黑子面积成正相关;(2)多次爆发X射线耀斑的活动区全部具有δ型磁结构;(3)发生在不同活动区中的X射线耀斑,其物理特征与所在活动区的面积大小无明显关系.由此可以认为,活动区磁场梯度的大小,亦即活动区电流的大小,在爆发耀斑的过程中具有决定性作用.此外,还用电流环模型从理论上讨论了上述特征.     

第21～24太阳周4类空间天气事件爆发特征统计分析

对第21～24太阳周不同等级的太阳X射线耀斑事件、太阳质子事件、地磁暴事件及高能电子增强事件的爆发频次特征进行统计,结果表明:太阳周耀斑爆发的总数量与该太阳周的黑子数峰值呈正比,耀斑总数、X级耀斑事件数与峰值的相关系数分别为0.974,0.997;太阳质子事件主要发生在峰年前后1～2年,约占总发生次数的80%,峰值通量大于10pfu （1 pfu=1 cm-2·sr-1·s-1）的质子事件中,84%伴有耀斑爆发,并且主要伴随M或X级耀斑,少量伴随C级耀斑,峰值通量大于1000pfu的质子事件中,98%伴随M或X级耀斑,并且以X级耀斑为主;第21,22,23和24太阳周发生地磁暴最频繁的时间分别在1982,1991,2003年和2015年,分别滞后黑子数峰值时间3年、2年、2年和1年;72%的高能电子增强事件发生在太阳周下降期,24%的高能电子增强事件发生在太阳周上升期.      

太阳耀斑硬X射线高能时延和辐射展宽

本文从耀斑高能电子束流与太阳大气相互作用产生硬X射线辐射的基本事实出发,根据观测资料,提出了一个流量与能谱同步变化的注入源函数模型,研究太阳大气(靶物质)密度对耀斑硬X射线时间响应.理论计算与观测事实基本一致.主要计算结果如下:高能时延与辐射展宽是耀斑硬X射线轫致辐射时间特征的二种表现,硬X射线发射区的太阳大气密度越低,高能时延与辐射展宽效应越明显,二者之间存在显著的相关性.      

一种新的太阳质子事件警报方法的探讨

本文分析了第21太阳活动周后半期的太阳质子耀斑硬X射线辐射资料, 发现它们的峰值流量、积分流量、上升沿斜率、X光子的最高能量和持续时间等物理参数之间有着不同于非质子耀斑的相关性。据此, 本文采用模糊聚类分析法, 对21太阳活动周期间(1980.2—1986.2)的质子事件进行预报试验。其报准率为88.5%, 虚报率为53.1%, 漏报率为11.5%。本文提供了基于X射线辐射特征的太阳质子事件警报的新途径和方法。      

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.      

太阳耀斑硬X射线能谱演变特征

太阳硬X射线是耀斑高能电子束流与太阳大气相互作用产生的韧致辐射,根据简单的太阳耀斑环物理模型,假定具有流量与能谱同步变化的高能电子束流从耀斑环顶部注入,计算了硬X射线辐射在不同的靶物质密度区的能谱演变特征。结果表明:硬X射线辐射在低大气密度靶区呈现软一硬一硬的能谱演变特征,在高密度靶区硬X射线能谱则具有软一硬一软的变化特征。高能电子束流持续时间影响谱型转变区域在耀斑环中的高度。      

VLF相位突然异常与太阳X射线事件相关性的分析

本文通过实测的VLF信号的SPA事件的数据和太阳X射线爆发通量密度之间的相关分析,建立了它们之间的数值关系.由于在SPA事件时,电离层高度的变化与太阳X射线爆发的通量密度之间的相关性很好,可以利用SPA事件的数据来估算太阳X射线爆发的强度.因为大气的吸收,在地面上不能直接观测X射线强度.作为一个实例,用推出的数值关系,计算了1982年6月3日的一次SPA事件,并与X射线爆发的数据作了比较.      

大耀斑期间向日面电离层总电子含量的响应个例分析

利用2001年4月15日1336UT耀斑爆发期间向日面GPS观测数据提取的总电子含量的时间变化曲线。分析了向日面电离层对这次耀斑的响应特点．结果表明，耀斑期间向日面电离层出现了总电子含量突增事件．最大总电子含量增加量约为2．6TECU，在0600LT和1800LT都观测到了总电子含量突增，世增加幅度仅为0．5-1TECU．在高纬地区，由于电离层闪烁，从TEC时间变化曲线提取不出来总电子含量增加值．从各卫星星下点处的TEC增加量和各星下点处的太阳天顶角的关系可以看到，TEC增加量与太阳天顶角有关，太阳天顶角越大，TEC增幅越小。另外，从总电子含量时间变化率曲线上还观测到了时间同步的小尺度扰动，通过与耀斑期间硬X射线辐射通量的比较，发现两者有明显的相关性，电离层中的这种扰动与耀斑期间的硬X射线或远紫外辐射有关．     

One-up on L1: Can X-rays provide longer advanced warning of solar wind flux enhancements than upstream monitors?

Observations of strong solar wind proton flux correlations with ROSAT X-ray rates along with high spectral resolution Chandra observations of X-rays from the dark Moon show that soft X-ray emission mirrors the behavior of the solar wind. In this paper, based on an analysis of an X-ray event observed by XMM-Newton resulting from charge exchange of high charge state solar wind ions and contemporaneous neutral solar wind data, we argue that X-ray observations may be able to provide reliable advance warning, perhaps by as much as half a day, of dramatic increases in solar wind flux at Earth. Like neutral atom imaging, this provides the capability to monitor the solar wind remotely rather than in situ.     

An experiment to study solar flare effects on radio-communication signals

The occurrence of radio signal fading events caused by ionospheric absorption plays an important role in the performance of radio-communication systems. It is necessary to know the magnitude and time-scale of such events in order to specify technical parameters of the communication system to be used. Generally, fading events are associated with solar flares, which are characterized by sudden increase in the solar X-ray flux that causes an increase in the ionization in the lower ionosphere. The abrupt increase of ionization causes the absorption of radio waves propagating in the Earth–ionosphere wave-guide and is reported as radio signal fading events. A simple experiment to monitor the behavior of lower ionosphere has been carried out at the Southern Space Observatory-SSO/INPE (29.43°S, 53.8°W), located in southern Brazil. The experiment is basically a computer controlled radio receiver that records the received signal strength of Amplitude Modulated (AM) radio signals in the HF (High Frequencies) range. We analyzed data of the 6 MHz beacon signal that has been transmitted by a broadcasting radio station located about 400 km from the observation site. In this work we present initial results of daily variation of the received signal strength and fading events associated with solar flares observed in the 6 MHz signal monitored by the experiment during 2001. X-ray solar flux data from the GOES-8 satellite were used to identify X-ray solar bursts associated with solar flares. Based on the one-year data collected by the experiment, a statistical summary of fading occurrences and their correlation with solar flares, as well as the distributions of time-scales and magnitudes of such events are presented.     

X级质子耀斑的特征研究

为了更加准确地判断X级耀斑是否引发质子事件,对X级质子耀斑和非质子耀斑的耀斑积分通量、源区、CME速度、CME角宽度、背景太阳风速度及背景X射线通量的分布进行了统计研究.发现非质子耀斑和质子耀斑的积分通量、经度、CME速度和CME角宽度具有明显不同的分布.非质子耀斑大多集中在东部,耀斑积分通量小于0.3J·m-2,CME速度小于1300km·s-1的区域内;质子耀斑大多集中在中部或西部,耀斑积分通量大于0.3J·m-2,CME速度大于1300km·s-1的区域内.质子耀斑伴随的CME角宽度主要集中在360°,非质子耀斑的CME角宽度分布则相对分散.两类耀斑的背景太阳风速度和背景X射线通量分布差别不大.利用两类耀斑各个参量分布上的差异,有望提高X级耀斑预报的准确率.      

The SOHO CELIAS/SEM EUV database from SC23 minimum to the present

The SOHO Solar EUV Monitor has been in operation since December 1995 onboard the SOHO spacecraft. This instrument is a highly stable transmission grating solar extreme ultraviolet spectrometer. It has made nearly continuous full disk solar irradiance measurements both within an 8 nm bandpass centered at 30.4 nm and throughout the 0.1 to 50 nm solar flux region since launch. The 30.4 nm flux, the 0.1 to 50 nm flux and the extracted soft X-ray (0.1 to 5 nm) flux are presented and compared with the behavior of solar proxies.     

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.      

地球同步轨道高能电子通量预报方法研究

统计分析了GOES卫星测量得到的E > 2MeV能道电子通量与地磁Ap指数及太阳风数据的关系, 构建了基于径向基函数RBF的神经网络模型框架, 对GOES-12卫星所处的地球同步轨道高能电子通量进行提前1天的预报, 其对2008-2010年数据预测的效果较好. 另外, 发现在GOES-12卫星观测的E >2MeV能道高能电子达到108 cm-2·d-1·sr-1以上时, FY-2D卫星的测量数据同时达到108 cm-2·d-1·sr-1以上的比例达到90%左右. 通过对FY-2D卫星E >2MeV能道电子通量与GOES卫星E>2MeV电子通量的相关性分析, 建立了FY-2D卫星高能电子预报模型, 预报结果与实测通量符合较好.