太阳活动对电离层TEC变化影响分析

为研究太阳活动对电离层TEC变化的影响,从整体到局部分析了2000-2016年的太阳黑子数、太阳射电流量F_(10.7)指数日均值与电离层TEC的关系,并重点分析了2017年9月6日太阳爆发X9.3级特大耀斑前后15天太阳活动与电离层TEC变化的相关性.结果表明:由2000-2016年的数据整体看来,太阳黑子数、太阳F_(10.7)指数、TEC两两之间具有很强的整体相关性,但局部相关性强弱不均;此次耀斑爆发前后太阳黑子数、太阳F_(10.7)指数和TEC具有很强的正相关特性,太阳活动对TEC的影响时延约为2天;太阳活动对全球电离层TEC的影响不同步,从高纬至低纬约有1天的延迟,且对低纬度的影响远大于中高纬度.太阳活动是影响电离层TEC变化的主要原因,但局部也可能存在其他重要影响因素.     

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为研究太阳活动对电离层TEC变化的影响,从整体到局部分析了2000—2016年的太阳黑子数、太阳射电流量F_10.7指数日均值与电离层TEC的关系,并重点分析了2017年9月6日太阳爆发X9.3级特大耀斑前后15天太阳活动与电离层TEC变化的相关性.结果表明:由2000—2016年的数据整体看来,太阳黑子数、太阳F_10.7指数、TEC两两之间具有很强的整体相关性,但局部相关性强弱不均;此次耀斑爆发前后太阳黑子数、太阳F_10.7指数和TEC具有很强的正相关特性,太阳活动对TEC的影响时延约为2天;太阳活动对全球电离层TEC的影响不同步,从高纬至低纬约有1天的延迟,且对低纬度的影响远大于中高纬度.太阳活动是影响电离层TEC变化的主要原因,但局部也可能存在其他重要影响因素.      

再次咆哮的太阳

每隔11年,太阳的活动性就会达到一个高潮:几乎每天都会在太阳黑子的附近发生耀斑爆发,带着数十亿吨的磁性气体,飞离太阳,冲向各大行星。几乎遍布整个太阳系的太阳磁场,也会变得十分不稳定而且出现扭曲。这就是太阳活动峰年。 这一轮太阳活动周期在2000年中期达到最高峰,太阳黑子相对数大大超过以往的10年,各种     

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.      

太阳活动与热层大气密度的相关性研究

为分析太阳活动对热层大气的影响,使用250km,400km,550km高度处热层大气密度与太阳F_10.7指数数据,研究了二者的周期变化及相关关系. 结果表明,热层大气密度的变化与太阳活动呈现相似的变化趋势;两者均具有显著的27天及11年周期变化特征,热层大气密度还存在7～11天及0.5年和1年的变化特征,且高度越高越明显;热层大气密度对太阳活动的最佳响应滞后为3天,无论何种地磁活动水平下,400km高度处相关性高于250km,550km处相关性最小,且太阳活动下降相期间高于上升相;250km,400km和550km高度处热层大气密度和太阳活动的统计结果分别为饱和、线性和放大关系;高度越高的热层大气密度对太阳活动响应越敏感.      

SDO揭示太阳磁笼阻止太阳喷发机制

正NASA网站近日报道,利用太阳动力学天文台(SDO)的观测数据,法国研究人员发现太阳表面形成的磁笼能阻止耀斑的喷发,相关论文发表在Nature上。SDO任务在2014年10月期间记录了太阳表面木星大小的太阳黑子群事件。这一区域太阳活动十分活跃,但始终未发生大规模的日冕物质抛射,仅出现了一次X级的耀斑。针对这一奇怪的现象,法国天     

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.      

高层大气原子氧的半年周变

地球高层大气成分的长期变化受太阳黑子周、太阳活动程度和地磁活动程度等诸多因子所控制．本文利用国外有关高层大气成分的数据,分别讨论受上述控制因子影响的高层大气成分长期变化,讨论范围仅限原子氧半年周期变化．选用LDEF在轨飞行器1984年4月—1990年1月高度470km附近的长期资料进行统计分析,结果表明,高度470km附近原子氧在年平均太阳黑子数＜20、太阳活动程度相对低而平稳期间,半年周期的变化尤为明显,相对变幅约为40％—60％、井随平均太阳黑子数增加而增大．而年平均太阳黑子数峰值的1989年期间（＞120）,半年变化的相对变幅可达87％左右．     

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.      

太阳黑子数及Ap指数周期变化特征的小波分析

应用Morlet小波变换方法从多个变化尺度上对1932—2000年的太阳黑子数及Ap指数的变化特征进行分析．(1)太阳黑子数存在准11年、准32年的周期变化特征及Ap指数存在准32年、准11年、准6个月、准27天和准13．9天的周期变化特征；(2)太阳黑子数及Ap指数有着相似的准11年周期变化，但Ap指数极值的出现要比太阳黑子数极值出现滞后1—2年；(3)Ap指数准27天的周期变化在太阳黑子活动高、低年不同，在太阳活动低年，Ap指数有着较稳定的准27天周期变化，但在太阳活动高年，27天的周期变化几乎消失，这种周期变化的消失和出现时间可在Morlet小波变换图中体现出来。     

Rapid and Asymmetric Response of the Earth's Bow Shock:Multipoint Observations

We analyze observations of three bow shock crossings which occurred during 2007, using upstream data from STEREO A/B, ACE and WIND, combined with multi-point THEMIS and Cluster data, and TC-1 data located near noon. During the crossing of 7 May 2007, we find that following a rapid reduction in solar wind ram pressure and subsequent pressure pulse seen by ACE and WIND upstream, the bow shock responds asymmetrically from dawn to dusk. Cluster data on the dawn-side suggest the bow shock is significantly flared and responds rapidly to the pulse arrival, while TC-1 at noon, and THEMIS on the dusk-side, are well matched to the model bow shock, but show a delayed response. The crossings observed on 21 May and 2 June show contrasting response matching the model boundary for northward Interplanetary Magnetic Field (IMF). The IMF and solar wind plasma data suggest that the bow shock crossing at dawn-dusk side and subsolar point were mainly caused by large and smaller scale features of the solar wind ram pressure rise rather than the influence of IMF.      

雷暴充电对大气电位的影响

本文在指数导电率大气中,在给定电离层电位情况下,考虑雷暴充电电流源以后,解析地求解了稳态电流守恒方程,获得了大气电位分布的解析表达式.考察这一表达式可以看到,雷暴充电对大气电位的影响和电离层电位对大气电位的影响主要都是垂直地起作用的.从观测到的雷暴充电电流密度的数值以及其他性质出发,利用本文得到的解析表达式进行计算可看到,雷暴充电作用能够使电层高度上的电位上升到由观测所推出的电层电位应具有的数值.数例结果还表明,电离层电位能通过对雷暴上空电层电位值的显著影响而对晴天区低层大气电状态发生作用.      

太阳活动变化分析

利用Morlet小波变换方法对太阳黑子相对数进行了分析,对太阳活动变化得出了一些有意义的结果.太阳活动存在10.7 a和101 a的变化周期,以10.7 a周期最为显著.太阳活动强弱变化存在一定的阶段性,在1950年发生了气候突变,之后太阳活动明显加强,未来一段时间太阳活动较弱.      

Solar proton enhancements in different energy channels and coronal mass ejections during the last solar cycle

The main properties of 11622 coronal mass ejections (CMEs) observed by the Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) mission’s Large Angle and Spectrometric Coronagraph (LASCO-C2) from January 1996 through December 2006 are considered. Moreover, the extended database of solar proton enhancements (SPEs) with proton flux >0.1 pfu at energy >10 MeV measured at the Earth’s orbit is also studied. A comparison of these databases gives new results concerning the sources and acceleration mechanisms of solar energetic particles. Specifically, coronal mass ejections with width >180° (wide) and linear speed >800 km/s (fast) seem they have the best correlation with solar proton enhancements. The study of some specific solar parameters, such as soft X-ray flares, sunspot numbers, solar flare index etc. has showed that the soft X-ray flares with importance >M5 may provide a reasonable proxy index for the SPE production rate. From this work, it is outlined that the good relation of the fast and wide coronal mass ejections to proton enhancements seems to lead to a similar conclusion. In spite of the fact that in the case of CMEs the statistics cover only the last solar cycle, while the measurements of SXR flares are extended over three solar cycles, it is obvious for the studied period that the coronal mass ejections can also provide a good index for the solar proton production.     

太阳耀斑对大气气旋的扰动

本文统计了1966-1978年2级以上太阳耀斑引起的大气涡度面积指数(VAI)的扰动;给出了不同持续时间、不同亮度、不同季节、发生在日面不同位置上的太阳耀斑对涡度面积指数的影响.发现只有在冬天出现的,持续时间大于1.5小时的亮耀斑,在第3天对VAI有最大的扰动(下降最大值为平均值的16.4%);太阳耀斑引起的扰动有日面东西不对称性;出现在日面西边0-30°的亮耀斑和非亮耀斑(它们的持续时间大于1.5小时)引起VAI的大扰动,最大值扰动分别出现在第3天和第7天.      

550～600 km高度上热层大气密度的中长期变化

选用了2005年8月20日至2006年7月28日高度550～600 km附近的热层大气密度探测数据,对表征太阳活动的F10.7值和表征地磁活动强度的Ap指数进行了相关特性的统计.分析结果表明,在无明显地磁扰动时热层大气密度日平均值的涨落呈现27日和准半年的周期性变化,但在地磁扰动期间这种变化的周期性会被削弱,且大气密度的周日变化幅度与F10.7值呈正相关关系.      

青海省柴达木盆地大气电场随高度的变化特征

大气电场强度是大气电学的重要参数.大气电场的准确测量及其时空特性对研究空间天气活动、气象活动以及大型地质活动具有重要意义.2019年8月26日和28日,中国科学院鸿鹄专项团队在青海省海西蒙古自治州大柴旦镇地区放飞搭载模式电场仪的探空气球,测量了不同高度的大气电场强度.利用互相关函数法和主成分分析法研究了此次气球实验得到的电场数据.结果表明,尽管通常情况下决定大气垂直电场大小的主要因素是高度,但是该地区风场对大气电场强度的影响也比较显著.晴天大气条件下,有无薄云的存在对大气电场测量存在一定影响,有云条件下,风速会通过影响云的形成间接影响到大气电场.此外,柴达木盆地存在一个易受下垫面影响的大气电场边界层,分析表明这个边界层厚度在3km以上.对边界层大气电场变化以及晴天无云时3600m以上的大气电场分布进行了分析和拟合.      

SMY和第21太阳周期间地磁及太阳活动特点的分析

本文比较第17—21太阳周黑子数、地磁A_p指数、各周极大年≥2级耀斑数、磁暴数及第一、二、三大磁暴情况;分析了≥2级耀斑数及磁暴的分布。21周3级耀斑对应磁暴比例低于19、20周,Ⅳ型及米波射电爆发是产生磁暴的重要条件。进一步分析了21周最大磁暴、最大射电爆发引起的磁暴,最严重的电离层短波通讯干扰及有明亮物质抛射的大耀斑、双带大耀斑引起的磁暴等典型例子。最后对SMY期间22个无黑子耀斑作了分析,它们可能引起中小幅度的磁暴。      

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.      

Bow shock: Power aspects

It is clear that the primary energy source for magnetospheric processes is the solar wind, but the process of energy transfer from the solar wind into the magnetosphere, or rather, to convecting magnetospheric plasma, appears to be rather complicated. Bow shock is a powerful transformer of the solar wind kinetic energy into the gas dynamic and electromagnetic energy. A jump of the magnetic field tangential component at front crossing means that the front carries an electric current. The solar wind kinetic energy partly transforms to gas kinetic and electromagnetic energy during its passage through the bow shock front. The transition layer (magnetosheath) can use part of this energy for accelerating of plasma, but can conversely spend part its kinetic energy on the electric power generation, which afterwards may be used by the magnetosphere. Thereby, transition layer can be both consumer (sink) and generator (source) of electric power depending upon special conditions. The direction of the current behind the bow shock front depends on the sign of the IMF Bz-component. It is this electric current which sets convection of plasma in motion.