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日地扰动事件的统计分析及相关预报方法的综合研究

赵新华  
【摘要】: 太阳瞬变爆发活动,如太阳耀斑、射电爆发、日冕物质抛射等,是造成行星际扰动及相应非重现性地磁扰动的主要原因,具有强烈的地球物理效应,是空间天气学研究的重要内容。本文以观测资料的统计分析为主,在积累大量样本事件的基础上,进行太阳爆发活动、行星际扰动和相应地磁扰动的相关性分析及相关预报方法的研究,对影响太阳暴及其产生的行星际太阳风暴能否到达地球、何时到达地球及其引起地磁暴强度的因素进行了综合研究。 搜集了1997.2-2002.8期间347个伴随有II型射电暴发生的太阳耀斑事件,研究了太阳爆发活动的观测特征及大尺度日球电流片位形对相应激波能否到达地球的影响。统计结果表明:(1)到达地球的行星际激波最可能起源于日面上东经10度到西经30度之间区域;(2)行星际激波的地磁效应关于源区位置分布存在东西不对称性,大的地磁暴事件多由起源于日面中心附近和西半球的事件触发,同时发现大扰动事件的地磁效应具有更显著的东西不对称性,最容易触发大磁暴的扰动源位置在西经20度附近;(3)激波到达地球的几率随爆发源到日地连线角距离的增加而下降;(4)日球电流片大尺度位形对行星际激波能否到达地球有重要影响,一方面,事件数目分布的峰值位于电流片附近,但爆发源靠近电流片的弱激波到达地球的几率较小;另一方面,在相同角距离下,爆发源和地球位于电流片同侧的激波事件传播到地球的几率较异侧激波大。 基于CME爆发的日面位置和太阳源表面磁场观测,建立了一种定量描述CME爆发源、日球电流片和地球三者之间相对位置的坐标系-电流片磁坐标系(CMC),在此坐标系下统计研究了1997.1-2002.11期间100个到达地球的CME-ICME事件的分布特征及其地球物理效应。结果表明:CME主要起源于太阳上闭合磁力线区域,超过3/4的事件其CME爆发源和地球位于电流片的同一侧,异侧的CME事件较少能够到达地球,日球电流片对CME-ICME的跨越传播具有“阻碍”作用;大磁暴事件多为同侧事件触发,并且随着相应地磁扰动强度的增加,同侧事件所占比例逐渐上升,异侧事件比例显著下降,Dst-200nT大磁暴100%对应于同侧事件。 给出一种预测行星际激波到达时间的新方法-SPM(Shock Propagation Model)模型。模型输入参数为太阳扰动的开始时间、X耀斑持续时间、初始激波速度、角宽度和背景太阳风速度,可以输出相应激波传播到行星际空间任意径向距离处所需要的时间。预报给出的时间可以比相应扰动的到达时间提前1~3天。对165个样本事件的试验表明,SPM模型给出的相对误差小于10%的事件占27.88%,小于30%的事件占71.52%,小于50%的事件占85.46%。与国际流行的激波到达时间预报模式STOA、ISPM、HAFv.2相比,对于相同的样本事件来说,SPM模型给出的误差都不大于其它模型,显示了该模型在空间天气实时预报中所具有的潜力。 另外,在电流片磁坐标系下,考虑了CME爆发源、日球电流片和地球之间相对位置对其到达时间及相应地磁暴强度的影响,给出一种利用CME朝向地球的有效传播速度来预报其到达时间和定量估计相应地磁扰动强度的经验方法。


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1 赵新华;日地扰动事件的统计分析及相关预报方法的综合研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2007年
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