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日冕物质抛射引起的地磁扰动预报方法研究

王晶  
【摘要】: 剧烈的太阳活动事件,如耀斑、日珥爆发、日冕物质抛射(CME)等,常引发X射线暴、粒子暴和等离子体物质的快速抛出等,它们会在地球空间引起各种地球物理效应,如磁暴、电离层暴、热层暴和高能粒子暴等等。日冕物质抛射是太阳大气中一种频繁发生的爆发现象,它所引发日地空间环境的急剧变化,对空间和地面的技术系统产生严重的干扰和破坏,是空间天气学研究的重点之一。本文主要以爆发事件的日面观测资料为基础,通过运用模糊数学的方法结合和行星际闪烁(IPS)观测对日冕物质抛射引起的地磁扰动预报方法进行了初步研究。 本文的主要内容如下: 运用模糊数学中贴近度、从属函数和综合评判法,结合日冕物质抛射的太阳观测以及所引起的行星际太阳风暴的行星际闪烁观测,提出预测经IPS认证的行星际激波引起的地磁扰动强弱程度的贴近度法。以1997—2003年期间74个IPS认证的CME-激波引起的磁扰事件的分析研究为基础,给出了用来评判磁扰研究的五个聚类指标及他们的加权集,利用模糊数学中综合评判法给出了小、中、大三类事件的典型集。针对每个事件建立模糊集,根据此模糊集与典型集的贴近度的大小对磁扰事件进行分类预报。初步研究结果表明,对于所研究的74个磁扰事件而言,小磁扰事件预报准确率为53.3 %;中磁扰事件预报准确率为100%,大磁扰事件预报准确率为90.20%,此方法平均准确率达到84%。 激波到达时间的预报一直以来是人们关注的课题,本文给出了一种能预报地磁扰动幅度和激波到达时间的方法,此方法以1997-2003年期间的73个CME激波扰动事件和模糊数学为基础,利用CEM事件爆发的日面经纬度,相关地磁扰动事件的渡越时间,地磁扰动指数,IPS观测的太阳风速度越变量这些参数建立了预报CME—地磁扰动事件的Ts (R),M,ΔV ,θ,φ五个从属函数,考虑了CME初始速度对激波到达时间的影响。以这五个从属函数为基础并利用模糊数学对这73个事件进行了预报实验。实验结果表明:(1)修正前相对误差观预ΔT T在0-10%范围内的占总事件数的26.27%;在10-20%范围内的占总事件数的19.18%;在20-30%范围内的占总事件数的19.18%;30-40%的事件占总事件数的16.44%;40-50%的事件占总事件数的9.58%,50%的占总事件数的9.58%。修正后,相对误差在0-10%范围内的事件占总事件数的36.99%;10-20%的事件占总事件数的32.88%;20-30%的事件占总事件数的17.81%;30-40%的事件占总事件数的6.85%;40-50%的事件占总事件数的5.48%。而50%为0。(2)磁扰幅度(∑Kp)大小的预报,其相对误差Δ∑K p预∑Kp观≤10%的事件数占总事件数的24.66%;相对误差≤30%的事件数占总事件数的60.27%;相对误差≥50%的事件数占总事件数的12.33%。 如果从属函数根据不同类型的磁扰事件建立,预报的效果会更提高,所以本文进而针对经行星际闪烁(IPS)认证的32个加速CME引起的地磁扰动事件和32个减速CME引起的地磁扰动事件分类建立了新的从属函数μT和新的磁扰开始时间修正项。对于加速CME引起的地磁扰动事件,磁扰开始时间的预报值T pre与观测值To bs比较,预报结果显示:分类前相对误差obspreTΔT在0-10%范围的事件占总事件的6.25%,10-30%的事件占40.63%, 30-50%的事件占31.26%,50%占21.86%;分类后,相对误差在0-10%的事件占21.86%,10-30%的事件占56.27%, 30-50%的事件占12.51%,而50%的占9.36%;对于减速CME引起的地磁扰动事件分类前相对误差obspreTΔT在0-10%范围内的事件占总事件的31.25%,10-30%的事件占37.50%,30-50%的事件占28.12%,50%的占3.13%;分类后,相对误差在0-10%范围内的事件占总事件的25.00%,10-30%的事件占59.37%,30-50%的事件占12.50%,而50%的占3.13%。


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