马冬兰[1]2004年在《冕洞与重现型地磁暴特性分析研究》文中认为地磁暴是一种与太阳活动相关联的、重要的地球物理现象之一。由于地磁暴可能影响到天基的和地基的技术系统的运行和可靠性，引发卫星运行、通讯、导航、输电网的事故，造成社会经济损失，因此它又是一种重要的空间灾害性天气事件。随着国家航天事业和高技术的不断发展，对空间环境的依赖越来越大，空间灾害性事件对技术系统的危害也越来越大。了解地磁暴形成原因及特性，进而达到预测地磁暴的发生，对有效避免和减轻地磁暴的影响具有非常重要的意义。 作者所在的空间环境预报中心为我国载人航天空间环境安全保障任务的承担单位。本文在第二章中介绍了作者与中心其他同志在“神舟5号”安全期预报中地磁活动预报方面的部分工作。由于2003年处于太阳活动下降年，太阳爆发活动频次减小，地磁活动主要以重现型地磁暴占主导。结合工作需要我们重点对冕洞、重现型地磁暴以及它们之间的关系进行了较详细的研究，并将研究结果应用于实际预报中。 本文对冕洞和重现型地磁暴的特性、相关关系，以及重现型地磁暴的预报等方面进行了分析和研究，全文共分四章。 第一章简要介绍了冕洞、太阳风和重现型地磁暴的基本知识。如太阳风中流与流的相互作用、共转相互作用区的结构、重现型地磁暴的形成机制，以及与冕洞的关系等。 第二章主要针对冕洞与重现型地磁暴的关系进行了研究。以单个冕洞为研究对象，分析了该冕洞及其引发的地磁暴特征。结果发现，第一，该冕洞的发展经历了生长期、成熟期和衰减期叁个阶段。在冕洞的成熟期，太阳风高速流的最大速度和对地磁活动的平均影响程度基本维持在稳定的水平上。第二，在冕洞成熟期，地磁暴的持续时间和冕洞高速流的持续时间相关联；并且随着冕洞形念的演化而有较大的变化。持续时间的长短与冕洞穿越太阳赤道部分所横跨的经度呈正比例。冕洞与重现型地磁暴特性分析研究 第叁章研究了重现型地磁暴的统计特性，利用了似稳共转扰动结构的形态理论，对太阳活动奇数周(17、19和21)以及本周(23周)的共转扰动结构进行了分析。结果发现，第17、19和21周似稳共转扰动结构的形态与前辈得出的结果一致，为“W”形;但是第23周下降期的似稳共转扰动结构的形态并未出现“W”，而是出现了类似于偶数周的“M”形。 在本文的最后一章，介绍了利用叁维运动学模式对共转高速流进行模拟计算，进而对重现型地磁暴进行粗略预测的一些初步工作结果。通过模拟无太阳扰动事件情况下的共转高速流及行星际扇形结构，可以初步预测可能的共转激波到达IAU的时间。通过将模拟结果和观测结果比较，基本趋势和到达时间与现实观测结果具有一定可比性。这说明利用该模式来开展共转激波以及重现型地磁暴到达时间的预报具有一定的可行性。
张莹[2]2009年在《行星际扰动与对地效应的统计分析和模式研究》文中提出太阳瞬变活动如太阳耀斑、日冕物质抛射(CME)和射电爆发等,以及冕洞太阳风高速流是空间天气的主要驱动源,是造成行星际扰动及相应地磁扰动的主要原因,对日地空间环境具有举足轻重的影响。本文借助数值模拟和统计分析相结合的方法,对太阳活动、行星际扰动和相应地磁扰动的相关性及相关的预报方法进行了研究。利用Hakamada-Akasofu-Fry(HAF)太阳风模型,通过比较有无爆发事件发生时的模拟结果,首次区分了第23太阳周(1996～2005)的叁种行星际结构:“纯”-共转相互作用区(CIR),CIR与行星际日冕物质抛射(ICME)的相互作用结构和“纯”-ICME。在此基础上对CIR的重现型地磁活动;CIR与激波、磁暴的关系进行了统计性分析,其结果如下:(1)在第23太阳活动周共识别了157个CIR事件,大部分事件发生在下降相。(2)引入相邻卡林顿周的Kp指数的相关系数( CCKCCR )来反映地磁活动的重现性程度。CCKCCR的最大值出现在太阳活动下降相,表明重现型地磁活动在这个时期占主导地位。通过分析冕洞的纬度和CCKCCR的关系,可以看出CIR在重现型地磁活动的重要作用。(3)在1AU处,41%的CIR可以形成激波,且多为前向激波,其原因可能是:相对于背景太阳风,前向激波是远离太阳,向西且向赤道传播的,而后向激波是靠近太阳,向东且向极区传播的,因而在1AU处黄道面附近的Wind,ACE卫星观测到更多的是前向激波。(4)CIR引发的磁暴与激波没有必然联系,仅有44%与激波相伴随。(5)当Dst指数大于-100 nT时,CIR引起的磁暴的Dst指数与行星际磁场Bz,晨昏电场Ey,和太阳风-磁能耦合函数(ε)具有较好的线性相关关系。(6)由于地球和太阳相对位置的变化,CIR的地磁活动具有明显的季节效应,在二分点(春分和秋分)附近最强。这些统计结果,可以为CIR地球物理效应的中长期预报提供重要参考。建立了一种预报激波到达时间的数据库新方法。基于HAFv.1模式,利用大量虚拟事件建立一个激波渡越时间数据库,该数据库包括:虚拟事件的源位置,初始激波速度,发生年份以及其对应的渡越时间。只要输入太阳观测事件的源位置,初始激波速度和与第23太阳周相应的发生年份,就可以在数据库中迅速查找到该事件所对应的激波到达时间。对于1997年2月到2002年8月间的130个历史激波事件的预报试验表明数据库方法的预报能力并不亚于STOA、ISPM、HAFv.2模型,从而显示了该模型在空间天气实时预报中所具有的潜力。另外,由于太阳活动的周期性,我们选取了23个其他太阳活动周的事件,尝试用该数据库进行预报,也得到了较好的预报结果。这表明,该数据库方法可能也适用于其他太阳周。然而,该数据库方法也有它的不足之处,如没有考虑源表面磁场的短期变化,致使大尺度日球电流片位形以及背景太阳风结构等都有所偏差,使得该方法的预报结果存在一定误差。另外,为了简单起见,该数据库方法向其它太阳周的拓展也没有得到较好的太阳活动周的相位对应。这些因素将会在未来的工作中考虑。目前的工作旨在提供一种可以迅速预报激波到达时间的新方法。给出预报行星际激波到达时间的两种一维数值模型:一种是基于一维流体方程,采用Roe格式建立起来的激波扰动的传播模型(称之为1D-HD模型);另一种是采用时空守恒元和解元( CE/SE )方法建立起来的一维磁流体(MHD )激波传播模型(称之为1D-MHD(CE/SE)模型)。选取了一定的激波样本事件,对激波到达地球轨道附近的传播时间进行了预测,并将预报结果与STOA,ISPM,HAFv.2以及SPM模型所得结果进行了比较。结果表明,这两种模型的预报精度与其它模型相比基本相当。表明这两种模型在空间天气的激波到达时间的预报方面有潜在的应用价值。这两个模型虽然是简单的一维数值模型,但却可以达到迅速预报激波到达时间的目的,而且可以通过进一步的改进,期望可以对激波能否到达1AU及地球轨道给出判断。
参考文献：
[1]. 冕洞与重现型地磁暴特性分析研究[D]. 马冬兰. 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）. 2004
[2]. 行星际扰动与对地效应的统计分析和模式研究[D]. 张莹. 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）. 2009