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%.      

基于轨道预报的热层模式评估

在太阳活动高低年的地磁平静/扰动环境下,利用不同热层大气模式J77,DTM78,MSIS00,JB2008和CHAMP加速度计反演密度,分析有无先验信息条件下的轨道预报误差.结果表明无先验信息的精密轨道预报中,热层模式的性能可能被弹道系数等参数偏差干扰,此时预报误差不能作为模式性能的评价标准.先验信息对轨道预报精度提升非常明显,尤其是地磁扰动期先进热层模式性能得以展现,轨道预报误差为无先验信息情况下的10%～25%.目前热层模式的主要缺陷存在于地磁扰动期.各模式之间的差异是:JB2008模式可以通过线性和单一频率周期项补偿,而J77及DTM78等模式还存在更多频率的误差.本文对不同情况下精密轨道预报的研究结果可为空间碎片碰撞预警等工程实践提供参考.      

利用多卫星观测CIR事件演变的统计分析

根据2007-2009年STEREO-BEHIND (STB)和ACE卫星的行星际磁场和太阳风数据, 基于冕洞高速流从太阳向外匀速径向传输假设, 讨论了随着STB和ACE卫星与太阳之间的夹角从0°增大至70°时, 冕洞发出的高速太阳风形成的相互作用区(CIR)依次扫过STB和ACE卫星的时间差特性, 并统计分析了两颗卫星观测到的CIR参数的变化特征. 结果显示, 可以利用STB对CIR事件的观测来预测这个CIR事件到达ACE的理论时间, 时间误差均值和最大值分别为0.217d和0.952d, 时间误差的产生与STB和ACE卫星观测到的CIR速度大小的不同有关, 用速度差异矫正后, 时间误差的平均值和最大值可分别减小为0.194d 和0.489d; STB和ACE卫星观测的CIR事件太阳风速度最大值的线性相关系数达到了0.84, STB和ACE卫星观测到的CIR事件对特征物理量中速度、质子温度的变化最小, 而质子密度及总压力的变化最大. 分析结果表明, STB和ACE卫星观测到的CIR事件有很强的相似性, STB卫星的CIR观测可以作为ACE卫星观测CIR事件特征的参考, 从而为地球空间环境扰动预报提供依据.      

空间物理学最新进展与展望

空间物理学是人类进入空间时代后迅速发展的一门新兴交叉学科,特别是进入新世纪后国内外都取得了辉煌的成就.本文简要介绍空间物理领域近年来取得的重要进展、重要成果、国内外发展趋势,以及未来发展的重点方向.     

哨声模合声波与地球同步轨道高能电子通量增强事件事例研究

局部加速机制是磁暴期间地球外辐射带高能电子通量增强事件发生的重要原 因. 此加速机制需要两个基本条件, 一是存在种子电子, 二是存在能与种子 电子产生共振的加速波动, 包括哨声模合声波. 通过对2004-2006年 Pi1地磁脉动持续时间与种子电子通量的相关性分析, 更明确提出Pi1地磁脉 动的持续时间可以作为种子电子通量的指示剂. 通过对三个磁暴事例地球同 步轨道的种子电子通量、高能电子通量及哨声模合声波变化情况的分析, 发 现在高能电子通量较强的事例中, 均观测到较高的种子电子通量和较强的 哨声模合声波, 这在一定程度上验证了哨声模合声波对种子电子的回旋加速 机制, 且合声波强度与高能电子通量有正的相关性.      

载人飞船碰撞检测解析方法研究

在轨编目物体数目与日俱增,为保证载人航天任务的顺利完成,必须对可能威胁任务轨道的空间目标进行碰撞检测。本文分析了美国航天司令部开发的SGP4近地轨道预报模型,引入其中的摄动力长期项公式。通过模型比对可知,引入摄动力长期项的计算结果与解析法SGP4结果接近,而且摄动力的长期项对轨道根数的影响可以表示为关于时间的函数,结合天球投影可以迅速找出2个物体分别过轨道交线的时间,因此该方法能够保证碰撞预警的精度与速度。仿真结果验证了该方法的快速有效性。     

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．     

基于小波变换的卫星阻力系数分析

以不同弧长解算天宫一号空间实验室连续55天（d） GPS轨道数据得到卫星阻力系数Cd 序列,并对同期的太阳辐射通量 f 10.7 和地磁活动指数 ap,Ap序列高、低频多层小波分解。空间环境参量和Cd 序列各层信号滑动相关性的统计分析结果表明小波分解的阻力系数序列与对应的 f 10.7 ,Ap 序列整体具有很好的滞后相关性,验证了通过 f 10.7 ,Ap 预报 Cd 的可行性。对不同回归模型和回归分析样本序列长度n分析Cd预报值残差表明：采用f 10.7 一元回归模型,并取n20 d时, Cd 预报结果最优。另外,NRLMSIS-00模型在350km高度的中低纬度区域,地磁活动上升相响应过度,而下降相则响应不足;太阳辐射通量上升相响应适度,下降相响应过度。最后对应用前景进行总结,该方法对提高航天器轨道预报精度具有重要参考价值。     

HASDM修正方法分析与评估

分析Jacchia70（J70）热层模式原理、美国空军高精度卫星拖曳模型（HASDM）的修正方法及选取球面调和函数的原因.推导模式密度对球谐系数（SH）的偏导数,给出利用模式密度泰勒展开进行线性化处理、迭代求解球谐系数的具体过程.针对2003年10月29日大磁暴事件,基于CHAMP和GRACE A/B卫星加速度计实测密度,进行修正方法的性能评估.统计相对误差的均值及标准差变化:改进前分别为-81.7%,74.4%;改进后分别为-5.9%,53.1%,验证了改进算法的有效性.从热层上下边界温度角度,详细分析了热层模式动态修正原理,研究结果为类HASDM修正模式的工程应用提供了理论基础.      

冕洞特征参数与重现型地磁暴关系的统计研究

在提取冕洞特征参数的基础上,利用1996年到2005年8月近十年来对地磁扰动有影响的356个冕洞事例,定量分析了冕洞特征参数(包括冕洞的面积比、经纬度跨度等)与冕洞高速流特征、重现型地磁扰动特征(包括扰动大小和持续时间等)之间的相关性,研究发现,从引起地磁扰动的冕洞在整个太阳活动周的分布来看,在地磁扰动峰年中冕洞影响同样具有重要的贡献;冕洞高速流太阳风速度与地磁扰动强度之间存在较强的相关性,而高速流中太阳风速度与冕洞面积比关系不大,与冕洞亮度存在一定相关性;冕洞的经度跨度与地磁扰动持续时间存在很强的正相关性.