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《地球物理学进展》2016,(1)
日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection,简称CME)可在短时间内将约1011~1013千克物质抛向行星际空间,是灾害性空间天气的主要驱动源之一.CME引发的空间天气事件可能会对卫星、航空器、航天器、电网、输油管道,以及航天员、航班机组人员和乘客健康造成严重危害.CME源区研究是理解CME的重要途径.本文旨在介绍近年来CME源区观测和理论研究进展,通过综合Hinode、STEREO、SDO等卫星的最新观测结果,对CME源区的观测特征进行描述;在此基础上,对stealth CME、twin-CME、大尺度活动等概念、观测现象背后的磁场机制、磁绳的观测和模拟,新的日冕磁场外推方法、CME的三维重构等进行概述.CME预报仍是目前空间天气领域的难点之一,结合最新观测数据对CME事件及其源区、尤其是源区大尺度磁场结构进行分析,对理解和预报CME及相关的空间天气事件具有重要意义. 相似文献
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1997年1月6日爆发的日冕物质抛射（CME）到达地球时引起了强烈的地球物理效应,CME在行 星际空间传播时,广州的多方向μ介子望远镜观测到银河宇宙线强度的变化. 本文采用 小波分析方法分析了磁暴前后广州台宇宙线强度的频谱变化特征,结果表明,在磁暴前 宇宙线周期为16～32h的信号发生了较明显的变化,其中周期为24～32h的周期特征过去没有 被报道过. 广州台垂直方向宇宙线强度的谱在磁暴发生前48h就出现明显的变化,比各向异 性分析方法得到的时间提前量更大. 同时还分析了几个方向宇宙线强度的最强信号以及达到 最大值的时间,并进行了简要的分析与讨论. 相似文献
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自相似扩展拟合法(Self-Similar Expansion,SSE)假设日冕物质抛射(CME)具有恒定角宽度、沿径向向外传播的、自相似扩展的球形前沿,由日心出发的、与这个球形前沿相切的圆锥的圆锥角就是通常所说的CME角宽度,半角宽度取值范围是[0°,90°],固定Φ角拟合法(Fixed-Φ,FΦ)和调和均值拟合法(Harmonic-mean,HM)分别对应SSE模型的半角宽度为0°和90°的特殊情况.本文中修改后的自相似扩展拟合法(MSSE)假设CME具有自相似扩展的半球形前沿,能够提取的CME参数包括由日心出发的、圆锥截面过球心的圆锥的半圆锥角和CME的主传播方向、传播速度,其中半圆锥角取值范围是[0°,90°],FΦ和HM分别对应MSSE模型的半圆锥角为0°和45°的特殊情况,半圆锥角为90°时,CME前沿是以日心为圆心的半圆.MSSE拟合法扩大了SSE模型对CME前沿形态的描述范围,将半圆锥角作为判断CME是否能够到达、何时到达某颗卫星的重要参数.基于单颗STEREO卫星日球层成像仪(Heliospheric Imager,HI)图像,结合STEREO和ACE卫星的太阳风实地观测数据,本文深入分析了2010年23个CME事件,结果发现:在用于预报CME事件是否能到达某颗卫星、何时到达时,MSSE拟合法相比FΦ、HM和SSE拟合法,不但可以更准确地拟合CME主传播方向和传播速度,也可以缩小预计到达时间和到达速度的误差. 相似文献
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本文通过下述模型来探讨典型的磁暴发生过程:当点爆炸球面波自太阳上爆发后,太阳微粒流随即以冲激波形式越过行星际空间到达地球,在地球附近可能形成驻激波面,然后微粒流由地磁空穴的中性点进入磁层,在地球周围生成电流环,产生磁暴主相。在质子与地球附近上空中性氢原子发生电荷交换的过程中,磁暴过程相应地由主相转入恢复期,在不考虑行星际空间磁場的条件下,计算出在太阳爆炸波发生后第17时、24时、32时开始的磁暴发展过程曲线,并由观测资料推测出中性点的等效面积,计算结果指出:爆炸波愈强,主相愈大,恢复期愈短,这和观测到的粒子流速度愈大,磁暴也愈强、恢复期也愈短的现象是一致的。 相似文献
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“嫦娥一号”卫星太阳高能粒子探测器的首次观测结果 总被引：2，自引：0，他引：2
"嫦娥一号"卫星(CE-1)的太阳高能粒子探测器(HPD)是国际上首次在200公里极月轨道观测高能带电粒子的探测仪器.HPD的科学目标是探测月球轨道空间的高能带电粒子(质子、电子和重离子)成分、能谱、通量和随时间的演化特征.通过比较分析HPD的观测结果、ACE卫星的观测结果与CRèME86模型的模拟计算结果,表明在太阳活动低年空间环境相对宁静时期,当月球处于太阳风中时,月球附近具有和行星际空间相近的宇宙线粒子流量背景.卫星在轨运行中发现了多起0.1～2MeV的高能电子流爆发事件.文中总结了2007年11月26日至2008年2月5日HPD观测的41起高能电子流爆发事件,发现此类现象可以发生在从太阳风到磁尾的所有空间区域.在月球经历的不同空间区域中,高能电子流爆发事件可能存在不同的诱发机制. 相似文献
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近地空间的太阳风参数预报具有重要的科学研究意义和实际应用价值,三维磁流体力学（MHD）数值模拟是太阳风参数预报的重要手段.本文建立了一套基于经验模型的三维MHD数值模型.模型的内边界设置在0.1天文单位（AU）处,在六片网格系统下利用TVD Lax-Friedrich格式求解理想MHD方程组,采用扩散法消除磁场的散度.模型以GONG的观测磁图作为输入数据,利用经验模型并结合卫星观测特征确定内边界条件.边界条件中保留了6个可调参数,以便适当调整参数使其方便适合模拟不同太阳活动期的太阳风.利用该模型分别模拟了2007年和2016年的背景太阳风,得到了太阳风速度、密度、温度和磁场强度,这些参数与ACE/WIND卫星观测符合较好. 相似文献
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提出一种可能产生行星际磁场南北分量扰动的物理机制,并将此物理机制运用于三维运动学模型,对原模型作了改进. 使用改进后的模型模拟研究了1997年5月12日06:30UT爆发的晕状(halo)日冕物质抛射(CME)事件对行星际磁场和等离子体的扰动,以及1978-1981年间17个与CME有关的行星际扰动事件. 在17个事件中有14个事件可准确预测出行星际磁场南北分量的方向,准确率为82%. 结果表明,模型计算出的行星际磁场南北分量的扰动方向与观测的方向是基本一致的. 相似文献
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1980年4月14日SMM卫星曾经观测到了爆发在两冕流结构之间开放磁场中的CME独特的传播特征以及冕流结构的畸变和偏转。本文采用了2.5维MHD方程,用数值模拟方法研究了CME和冕流结构之间复杂的相互作用过程.模拟结果不但展现了SMM卫星所观测到的CME的独特的传播特征和冕流结构的畸变和偏转,而且还发现了在冕流结构和CME的相互作用中,冕流结构内部轴向磁场分量的反转效应.模拟结果对磁云和磁暴活动的研究也具有一定的意义. 相似文献
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利用McMurdo 和Thule台站的观测资料以及我国广州宇宙线台站的观测资料，分 析了1991年3月24日特大磁暴的日冕物质抛射(简称：CME)的部分特征. 分析结果表明CME到 达磁层时，其运动 方向不是正对着磁层顶而是一定程度地偏向地球南半球；这次事件引起银河宇宙线强度出现 三次Forbush下降. CME中含有很强的磁场结构，最强的磁场结构是在1991年3月24日20：00U T 左右到达磁层的，在这期间它严重阻碍着银河宇宙线粒子南向进入到广州宇宙线观测站，在 24日21：00UT最强的磁场结构绕过地球到达磁尾；这次CME中含有较强的磁云. 相似文献
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High-performance computational models are required to make the real-time or faster than real-time numerical prediction of adverse space weather events and their influence on the geospace environment. The main objective in this article is to explore the application of programmable graphic processing units (GPUs) to the numerical space weather modeling for the study of solar wind background that is a crucial part in the numerical space weather modeling. GPU programming is realized for our Solar-Interplanetary-CESE MHD model (SIP-CESE MHD model) by numerically studying the solar corona/interplanetary solar wind. The global solar wind structures are obtained by the established GPU model with the magnetic field synoptic data as input. Meanwhile, the time-dependent solar surface boundary conditions derived from the method of characteristics and the mass flux limit are incorporated to couple the observation and the three-dimensional (3D) MHD model. The simulated evolution of the global structures for two Carrington rotations 2058 and 2062 is compared with solar observations and solar wind measurements from spacecraft near the Earth. The MHD model is also validated by comparison with the standard potential field source surface (PFSS) model. Comparisons show that the MHD results are in good overall agreement with coronal and interplanetary structures, including the size and distribution of coronal holes, the position and shape of the streamer belts, and the transition of the solar wind speeds and magnetic field polarities. 相似文献
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日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection,简称CME)和共转相互作用区(Corotating Interaction Region,简称CIR)是造成日地空间行星际扰动和地磁扰动的两个主要原因,提供了地球磁暴的主要驱动力,进而显著影响地球空间环境.为深入研究太阳风活动及受其主导影响的地磁活动的时间分布特征,本文对大量太阳风参数及地磁活动指数的数据进行了详细分析.首先,采用由NASA OMNIWeb提供的太阳风参数及地磁活动指数的公开数据,通过自主编写matlab程序对第23太阳活动周期(1996-01-01—2008-12-31)的数据包括行星际磁场Bz分量、太阳风速度、太阳风质子密度、太阳风动压等重要太阳风参数及Dst指数、AE指数、Kp指数等主要的地磁指数进行统计分析,建立了包括269个CME事件和456个CIR事件列表的数据库.采用事例分析法和时间序列叠加法分别对两类太阳活动的四个重要太阳风参数(IMF Bz、太阳风速度、太阳风质子密度、太阳风动压)和三个主要地磁指数(Dst、AE、Kp)进行统计分析,并研究了其统计特征.其次,根据Dst指数最小值确定了第23太阳活动周期内的355个孤立地磁暴事件,并以Dst指数最小值为标准将这些磁暴进一步分类为145个弱磁暴、123个中等磁暴、70个强磁暴、12个剧烈磁暴和5个巨大磁暴.最后,采用时间序列叠加法对不同强度磁暴的太阳风参数和地磁指数进行统计分析.统计分析表明,对于CME事件,Nsw/Pdyn(Nsw表示太阳风质子密度,Pdyn表示太阳风动压)线性拟合斜率一般为正;对于CIR事件,Nsw/Pdyn线性拟合斜率一般为负,这可作为辨别CME和CIR事件的一种有效方法.从平均意义上讲,相较于CIR事件,CME事件有更大的南向IMF Bz分量、太阳风动压Pdyn、AE指数、Kp指数以及更小的Dstmin.一般情况下,CME事件有更大的可能性驱动极强地磁暴.总体而言,对于不同强度的地磁暴,Dst指数的变化呈现出一定的相似性,但随着地磁暴强度的增强,Dst指数衰减的速度变快.CME和CIR事件以及其各自驱动的地磁暴事件有着很多不同,因此,需要将CME事件驱动的磁暴及CIR事件驱动的磁暴分开研究.建立CME、CIR事件及地磁暴的数据库以及获取的统计分析结果,将为深入研究地球磁层等离子体片、辐射带及环电流对太阳活动的响应特征提供有利的帮助. 相似文献
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本文分析了1 AU处的行星际磁场、太阳风速度、Kp指数、Dst和AE的变化关系,以及它们和地球同步轨道附近相对论电子通量的变化关系.分析说明,当行星际磁场Bz分量出现南向扰动和太阳风速度增大超过500 km/s时,地球磁层中常常发生磁暴/亚暴活动.在磁暴主相期间,相对论电子(能量E≥1 MeV)通量下降;而在磁暴恢复相期间,相对论电子通量恢复上升.但是,只有在伴随有高强度（AE≥500 nT）的持续性亚暴活动的磁暴恢复相期间,相对论电子的通量才能增长到超过暴前通量值,且能量低于300 keV的亚暴电子的通量越高,相对论电子的通量越高,反之则越低.亚暴注入电子数的多少很大程度上决定了磁暴恢复相期间相对论电子数的多少,这说明亚暴活动注入能量低于300 keV的亚暴电子是磁层相对论电子的一个重要来源. 相似文献
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Solar coronal mass ejections (CMEs) are a striking manifestation of solar activity seen in the solar corona, which bring out coronal plasma as well as magnetic flux into the interplanetary space and may cause strong interplanetary disturbances and geomagnetic storms. Understanding the initiation of CMEs and forecasting them are an important topic in both solar physics and geophysics. In this paper, we review recent progresses in research on the initiation of CMEs. Several initiation mechanisms and models are discussed. No single model/simulation is able to explain all the observations available to date, even for a single event. 相似文献
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Solar disturbances are observed to have significant effects in near-Earth space. Over the past half-century of observation, a relatively clear picture has developed of how and why the typical solar wind — as well as the most extreme solar events — drive geospace responses. It is clear that magnetospheric substorms, geomagnetic storms (both recurrent and aperiodic events), and even certain atmospheric chemical changes have their origins in the solar–terrestrial coupling arena. High-speed solar wind streams and fast coronal mass ejections (CMEs) can often have strong interplanetary shock waves and southward magnetic fields which can initiate strong storm responses. We demonstrate in this review that available modern space-observing platforms and ground facilities allow us to trace drivers from the Sun to the Earth's atmosphere. This allows us to assess quantitatively the energy transport that occurs throughout the Sun–Earth system during both typical and extreme conditions. Hence, we are continuously improving our understanding of “space weather” and its effects on human society. 相似文献
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《Journal of Atmospheric and Solar》2008,70(17):2078-2100
Coronal mass ejections (CMEs) and high-speed solar wind streams (HSS) are two solar phenomena that produce large-scale structures in the interplanetary (IP) medium. CMEs evolve into interplanetary CMEs (ICMEs) and the HSS result in corotating interaction regions (CIRs) when they interact with preceding slow solar wind. This paper summarizes the properties of these structures and describes their geoeffectiveness. The primary focus is on the intense storms of solar cycle 23 because this is the first solar cycle during which simultaneous, extensive, and uniform data on solar, IP, and geospace phenomena exist. After presenting illustrative examples of coronal holes and CMEs, I discuss the internal structure of ICMEs, in particular the magnetic clouds (MCs). I then discuss how the magnetic field and speed correlate in the sheath and cloud portions of ICMEs. CME speed measured near the Sun also has significant correlations with the speed and magnetic field strengths measured at 1 AU. The dependence of storm intensity on MC, sheath, and CME properties is discussed pointing to the close connection between solar and IP phenomena. I compare the delay time between MC arrival at 1 AU and the peak time of storms for the cloud and sheath portions and show that the internal structure of MCs leads to the variations in the observed delay times. Finally, we examine the variation of solar-source latitudes of IP structures as a function of the solar cycle and find that they have to be very close to the disk center. 相似文献
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背景太阳风对于地球附近的空间环境有着重要的影响,三维磁流体力学太阳风模型是背景太阳风研究和预报的重要工具.通过太阳光球磁场数据驱动的边界条件,我们发展了一个时变的行星际三维磁流体力学太阳风模型.使用这个模型,我们模拟了2008年全年的行星际背景太阳风,分析了该年太阳风结构全球特征的演化和行星际局地观测与日冕结构间的联系.实现了一套太阳风连续参数和特征结构模拟质量的定量评估方法.对2008年模拟结果的评估表明,模型较好地重现了背景太阳风的大尺度特征.模拟与观测速度间的相关性系数达到了0.6以上,行星际磁场强度与观测吻合得较好,捕获了全部的行星际磁场极性反转和82.76%的流相互作用区,行星际磁场极性反转的误报率仅为6.67%,流相互作用区的误报率仅为11.11%,两种结构的到达时间误差在1天左右.同时,通过综合分析评估结果,我们明确了高速流结构、内边界磁场分布等模型在进一步改进中需要重点注意的问题. 相似文献
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The interrelation between sudden increases in the solar wind dynamic pressure, auroral proton flashes on the dayside equatorward
of the oval, and geomagnetic pulsations in the Pc1 range is considered on the basis of simultaneous observations of the solar
wind plasma parameters, proton auroras on the IMAGE satellite, and geomagnetic pulsations at the Lovozero Observatory. It
is indicated that proton luminosity flashes were observed in 70% of cases equatorward of the auroral oval during sudden changes
in the solar wind pressure. In this case, flashes of proton auroras were observed in 85% of cases during sudden changes in
the pressure, which were related to interplanetary shocks. Increases in pressure during tangential discontinuities were accompanied
by flashes of proton auroras only in 45% of cases. When the ground station was conjugate to the region occupied by a proton
aurora flash, the appearance or intensification of existent pulsations in the Pc1 range was observed in 96% of cases. When
the ground station was not conjugate to the region of a proton luminosity flash, the response in geomagnetic pulsations was
observed in 32% of events. When a sudden change in the solar wind pressure was not accompanied by a proton luminosity flash,
the response in pulsations in the Pc1 range was hardly observed. 相似文献