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行星际扰动与磁暴关系的统计研究

赵明现  
【摘要】:利用1998-2005年间ACE卫星观测的太阳风数据和相应时期的Dst指数,针对不同级别的磁暴,分析了行星际参数(B_z、E_y、V、P_k、|B|、ε′=V_xB_z~2sin~4(θ/2))与Dst指数的相关关系。行星际太阳风影响磁暴最重要的三个参数是:太阳风能量耦合函数(ε′)、行星际电场东西向分量、行星际磁场南北向分量。对于中等磁暴(-100nTDst_(min)≤-50nT)、大磁暴(-200nTDst_(min)≤-100nT)和特大磁暴(Dst_(min)≤-200nT),Dst_(min)与能量耦合函数最大值(ε′_(max))的相关系数分别为0.23、0.52和0.65;Dst_(min)与行星际电场东西向分量最大值(E_(ymax))的相关系数分别为0.37、0.52和0.57;Dst_(min)与行星际磁场南北向分量最小值(B_(zmin))的相关系数分别为0.12、0.46和0.45。产生中等磁暴和大磁暴的行星际条件并不高。对于中等磁暴,行星际磁场南向分量(B_(smax))的最低值为3.82nT,E_(ymax)的最低值为2.78mV/m,ε′max的最低值为5371.2(×10~(-15)Wm~(-2));对于大磁暴,B_(smax)的最低值为4.32nT,E_(ymax)的最低值为3.98mV/m,ε′_(max)的最低值为8402.1(×10~(-15)Wm~(-2));对于特大磁暴,需要的条件则苛刻得多。对于特大磁暴,B_(smax)的最低值为18.08nT,E_(ymax)的最低值为13.36mV/m,ε′_(max)的最低值为241524.7(×10~(-15)Wm~(-2))。 行星际扰动的极值与磁暴期间Dst_(min)之间时间关系的研究显示:一般在行星际参数(B_z、E_y、ε′)极值时刻之后至少2h,Dst才会达到最小值,不过也有个别事件行星际参数的极值甚至会在Dst_(min)时刻之后。在大磁暴的情况下,我们统计得到的Dst_(min)相对B_(zmin)的延迟时间平均为3h47min,相对E_(ymax)的延迟时间平均为4h25min,相对ε′_(max)的延迟时间平均为4h19min。特大磁暴情况下,所有的Dst_(min)都出现在B_(zmin)之后,延迟时间平均为3h20min,Dst_(min)相对E_(ymax)的延迟时间平均为3h5min,Dst_(min)相对ε′_(max)的延迟时间平均为3h5min。针对三个时间关系异常(行星际参数极值与Dst_(min)相比没有提前)的事件,分析认为异常与磁暴的多个发展阶段有关。 对于本文设定的阈值条件(B_z=-10nT、E_y=5mV/m、ε′=46,000(×10(-15)Wm~(-2))),行星际参数第一次达到阈值的时刻一般在Dst_(min)之前3-6h(约占67.4%),行星际参数第二次达到阈值(恢复过程中)的时刻一般不会出现在Dst_(min)时刻之后。大磁暴期间行星际参数B_z超过阈值的持续时间一般≤5h(占73.3%),特大磁暴期间行星际参数B_z超过阈值的持续时间一般≥5h(占62.5%)。E_y和ε′超过阈值的持续时间与B_z的情况类似。 ε′_(max)与Dst_(min)在强度上具有很好的相关性,特别是对于强磁暴(Dst_(min)≤-100nT),其相关性是所有参数中最好的。ε′_(max)与Dst_(min)之间的时间响应也更加稳定,只有一个事件反常。而且ε′具有更容易识别的变化曲线。在Dst指数的预报中,使用ε′可能会有更好的效果。所以,本文基于Wang Model以及OM Model,使用ε′代替E_y,建立了基于能量参数ε′的Dst预报模式,取得了比较好的预报效果。


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