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利用1988—2010年小时平均的GOES卫星数据,对地球同步轨道(GEO)相对论电子变化进行了统计分析,研究了相对论电子通量(Fe)增强事件的发展过程,探讨了利于相对论电子通量增强的太阳风和地磁活动条件.主要结论如下:(1)GEO相对论电子通量即使是峰值,也具有明显的地方时特性,最大电子通量出现在磁正午时.午/夜电子通量比率随着太阳风速度(Vsw)增加而增大;在Dst-50nT时相对论电子具有规则的地方时变化.在太阳活动下降相,电子通量与各参数的相关性较好,与其相关性最好的Vsw、Kp指数以及三次根号下的太阳风密度(N)分别出现在电子通量前39~57h、57~80h和12~24h.(2)强(日平均电子通量峰值Femax≥104 pfu)相对论电子事件,在距离太阳活动谷年前两年左右和春秋分期间发生率最高,较弱(104Femax≥103 pfu)事件无此特点;大部分强相对论电子事件中,电子通量在磁暴主相开始增加,较弱事件中则在恢复相开始回升.(3)太阳风密度变化对相对论电子事件的发展具有重要指示作用.电子通量在太阳风密度极大值后0~1天达到极小值,太阳风密度极小值后0~2天达到极大值.(4)90%以上相对论电子事件是在磁暴及高速太阳风的条件下发生的,与其伴随的行星际参数和地磁活动指数极值满足以下条件:Vswmax516km/s,Dstmin-31nT,Nmin2.8cm-3,Nmax14.1cm-3,Bzmin-2.9nT,AEmax698nT.(5)磁暴过程中,Dstmin后日平均电子通量大于103 pfu的发生概率为53%左右,强/弱相对论电子事件占总数比例分别为36%/64%左右,磁暴强度对其无影响.磁暴过程中的Vsw、N和AE指数大小对于能否引起相对论电子增强起着指示作用. 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
3.
地球辐射带中有"杀手"电子之称的相对论电子通量增强和损失过程一直是空间物理学和空间天气学研究的热点.本文通过对20002016年间,地球同步轨道相对论电子通量降低至背景通量水平并持续时间长达3天以上这一特殊现象进行了相关统计研究.从事件的时间分布角度,本文研究了约1.5个太阳活动周内共62例事件随太阳活动水平高低的分布情况,结果表明:在太阳活动周下降期有较少的事件发生,而在峰年、谷年这类事件的发生率与太阳活动水平的高低并没有直接联系.随后,我们对这62例事件在开始、持续、结束三个阶段分别做了一些相关参数的统计,探讨相对论电子通量长期倒空事件的客观规律和产生机制.研究结果表明:事件发生前,太阳风动压、密度的显著增加引起磁层顶向内收缩,等离子体层顶一直维持在高L区域,IMF Bz分量南向和磁暴过程使相对论电子通量通过绝热和非绝热等物理损失机制降至背景通量水平.当这些相对论电子达到背景通量水平后,较弱的太阳风条件和地磁活动水平不足以提供充分的可以使相对论电子通量增长的源;虽然有些相对论电子通量长期倒空事件期间存在中、小磁暴过程,但这些强度较弱的磁暴很可能不会显著地影响同步轨道相对论电子损失和增长的动态平衡,因此相对论电子仍然可以维持在背景通量水平.如果有长时间的亚暴活动和高强度的ULF (Ultra-Low Frequency)波活动发生,太阳风速度显著增加,那么这些物理过程能提供足够的种子电子和持续的加速条件,使得相对论电子通量打破倒空状态,进而呈现显著增长趋势. 相似文献
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FY-3B卫星为轨道高度约800 km,倾角98°的极轨气象卫星,星上高能电子探测器可开展宽能谱、高时间分辨的电子辐射长时间连续监测.20112015年极低太阳活动周期内,FY-3B卫星高能电子探测器对0.15～5.7 MeV不同能量高能电子在南大西洋异常区以外的辐射带区域的观测结果显示:在所有的辐射带区域,低能量的电子比高能量的电子更容易出现增强,填充槽区和进入到内带更低L区域的可能性更大.0.15～0.35 MeV的电子长期充斥于外辐射带和槽区,而1 MeV以上的电子大部分时间分布于外辐射带,在太阳风速度、地磁活动极弱的2014年呈现长时间极弱通量水平.2015年频繁增强的扰动导致电子通量水平整体升高,空间分布大范围扩散,1 MeV以上能量的电子在槽区位置也出现了分布.分析2014.5.10-7.30和2015.5.10-7.10两个典型时段内扰动参数对电子通量在不同区域动态分布的影响,结果表明:电子通量在外辐射带外边界区域动态与太阳风起伏变化关联显著.AE＜300 nT,Dst＞-30 nT,SW＜500 km·s-1的持续长时间低水平扰动条件下,电子通量分布内边界出现在不低于L～4的位置,通量峰值出现在靠近L～5的位置;而在太阳风速度和地磁活动显著活跃的时候,电子会穿越外辐射带深入到槽区,在外辐射带的通量峰值则出现在L约3.5～3.9的位置.2015年的3月和6月两起强磁暴使得电子向更低L注入,＞1 MeV以上的电子在低至L～2.8的槽区出现显著增长.在极低通量水平下,AE指数短时增加超过300 nT的亚暴活动会导致0.15～0.35 MeV电子超过1个量级的增长变化.上述结果对于准确认识辐射带电子不同时期的基本特性、发现能量电子动态潜在的基本物理过程,构建更准确的辐射带电子模型有着重要的参考意义. 相似文献
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本文利用低纬地磁台站的Pi1、Pi2地磁脉动（Pi1-2）资料和地球同步轨道的Pc5地磁脉动资料,对2004年1月到2006年12月38个磁暴事件的地磁脉动参数进行了统计分析.在此基础上,考虑相对论电子的局部加速机制,并加入损失机制,建立了一个初步的磁暴期间地球同步轨道相对论电子通量对数值的预报模型.利用该模型,我们对上述38个磁暴事件进行预报试验,最优化结果是：相对论电子通量对数值的预测值和观测值之间的线性相关系数为0.82,预报效率为0.67.这说明该模式具有较好的预报效果,也表明利用地磁脉动参数进行相对论电子通量预报是可行的. 相似文献
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利用FAST卫星ESA仪器第23太阳活动周上升相(1997-1998年)的观测数据,选取20个磁暴期间能量为4～300 eV的离子上行事件,研究不同磁暴相位电离层上行离子的能通量与太阳风、地磁活动以及电子沉降的统计关系.结果表明:(1)在磁暴初相、主相和恢复相离子上行平均能通量为6.08×107eV/(cm2·s·sr·eV)、5.75×107eV/(cm2·s·sr·eV)和3.91×107eV/(cm2·s·sr·eV),初相期间上行离子能通量最大;(2)上行离子能通量与太阳风动压、行星际磁场Bz分量存在相关关系,相关系数分别为0.47和-0.38;(3)在磁暴初相、主相和恢复相上行离子能通量与Sym-H的相关系数分别为0.74、-0.77和-0.54,与Kp的相关系数分别为0.53、0.75和0.65,整体上离子上行与Sym-H指数的相关性好于Kp指数;(4)在磁暴初相、主相和恢复相上行离子能通量和电子数通量的相关系数分别为0.74、0.52和0.32,表明磁暴期间软电子(＜1 keV)沉降可以显著提高电离层离子温度;F区的等离子体摩擦加热和双极电场是离子上行的重要获能机制.本文构建的上行离子能通量与Sym-H和电子数通量的经验关系显著,可用于磁流体模拟研究. 相似文献
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本文利用低高度太阳同步轨道系列卫星NOAA/POES从1996年到2006年的>0.3 MeV高能电子观测数据,分析了>0.3 MeV高能电子注入辐射带槽区的特征,研究了注入槽区事件与行星际条件、太阳活动和地磁扰动之间的联系.研究表明>0.3 MeV高能电子注入辐射带槽区事件与磁暴的发生密切相关,注入事件的发生与太阳活动的强度有一定的相关性.在此研究的基础上,本文通过分析辐射带槽区>0.3 MeV高能电子通量和Dst指数的相关性,提出了利用Dst指数推算辐射带槽区>0.3 MeV高能电子通量的方法,继而给出了可行的辐射带槽区高能电子辐射环境的预警模式. 相似文献
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本文研究了2005年8月24日强磁暴（事件A,Dst〈-200nT,AE指数平均值为436nT）与2006年10月28日弱磁暴（事件B,Dst〉-50nT,AE指数平均值为320nT）期间同步轨道高能电子通量的演化过程．LANL和GOES-12卫星观测数据表明：恢复相期间,事件A和事件B中高能电子通量均上升约10倍;随着亚暴持续的发生,Cluster C4卫星均观测到同步轨道存在强烈的哨声波合声模（波强达到10^-5nT^2／Hz）,波幅主要依赖于亚暴AE指数,与Dst指数关联较弱．采用高斯波谱拟合,求解了控制波粒相互作用的Fokker-Planck扩散方程．模拟结果表明：两例事件中的合声模能有效加速1MeV左右的高能电子,且在高投掷角区域加速作用更加明显;加速时间尺度和幅度与观测数据基本吻合．本文研究为合声模加速辐射带高能电子过程提供了新的观测支持． 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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本文在等离子体准线性理论下研究了地球同步轨道附近哨声湍流对亚暴“种子电子”的波-电子共振相互作用. 当发生这种共振时，“种子电子”的动量分布函数经动量扩散而随时间演化，部分低能电子数减少了，而高能尾部分的相对论电子（能量大于1MeV）数增加了，说明“种子电子”得到了哨声湍流的有效加速，且哨声湍流的能量越高，其加速效率越高. 另外，哨声湍流的频率越低（或波数越小），共振电子的能量越高（或单位质量的动量越大）；频率范围越宽，共振电子的能量范围越宽，被加速的电子数也越多. 磁层哨声湍流加速“种子电子” 大约在30h内就可以造成相对论电子数显著增加，这正好和大多数磁暴期间观测到的相对论电子通量的增长时间相当. 相似文献
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To quantify the level of low-frequency wave activity of the magnetosphere and IMF, a set of the ULF wave power indices has been introduced. We demonstrate that the ULF activity global level can be very useful in space weather related problems. The application of the interplanetary index to an analysis of auroral activity driving has shown that a turbulent IMF drives auroral activity more strongly than the laminar solar wind does. The enhancements of relativistic electrons at the geosynchronous orbit are known not to be directly related to the intensity of magnetic storms. We found that the electron dynamics correlated well with long-lasting intervals of elevated ground ULF wave index. This fact confirms the importance of magnetospheric ULF turbulence in energizing electrons up to relativistic energies. The time-integrated ULF index demonstrates a significantly higher correlation with electron fluxes, which implies the occurrence of a cumulative effect in the electron energization. 相似文献
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L.R. Lyons D.-Y. Lee H.-J. Kim J.A. Hwang R.M. Thorne R.B. Horne A.J. Smith 《Journal of Atmospheric and Solar》2009,71(10-11):1059-1072
High geomagnetic activity occurs continuously during high-speed solar wind streams, and fluxes of relativistic electrons observed at geosynchronous orbit enhance significantly. High-speed streams are preceded by solar wind compression regions, during which time there are large losses of relativistic electrons from geosynchronous orbit. Weak to moderate geomagnetic storms often occur during the passage of these compression regions; however, we find that the phenomena that occur during the ensuing high-speed streams do not depend on whether or not a preceding storm develops. Large-amplitude Alfvén waves occur within the high-speed solar wind streams, which are expected to lead to intermittent intervals of significantly enhanced magnetospheric convection and to thus also lead to repetitive substorms due to repetitively occurring reductions in the strength of convection. We find that such repetitive substorms are clearly discernible in the LANL geosynchronous energetic particle data during high-speed stream intervals. Global auroral images are found to show unambiguously that these events are indeed classical substorms, leading us to conclude that substorms are an important contributor to the enhanced geomagnetic activity during high-speed streams. We used the onsets of these substorms as indicators of preceding periods of enhanced convection and of reductions in convection, and we have used ground-based chorus observations from the VELOX instrument at Halley station as an indicator of magnetospheric chorus intensities. These data show evidence that it is the periods of enhanced convection that precede substorm expansions, and not the expansions themselves, that lead to the enhanced dawn-side chorus wave intensity that has been postulated to cause the energization of relativistic electrons. If this inference is correct, and if it is chorus that energizes the relativistic electrons, then high-speed solar wind streams lead to relativistic electron flux enhancements because the embedded large-amplitude Alfvén waves give multi-day periods of intermittent significantly enhanced convection. 相似文献
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L. V. Tverskaya S. V. Balashov N. N. Veden’kin V. V. Ivanov D. S. Karpenko S. G. Kochura I. A. Maksimov S. I. Open’ko N. N. Pavlov S. Ya. Reizman I. A. Rubinshtein N. N. Sitnokova M. V. Tel’tsov D. A. Trofimchuk V. I. Tulupov 《Geomagnetism and Aeronomy》2012,52(6):740-745
The data on fluxes of electrons with energy Ee > 1 MeV and on radiation doses under the Al shielding of about 2 g/cm2 measured on the GLONASS satellite (circular orbit with altitude 20000 km and inclination 65°) for the period from December 2006 through May 2010 are analyzed. The minimum of the 23rd solar cycle turned out to be the longest for all over the space exploration age. Consequently, average semiannual electron fluxes and daily radiation doses are showing the decrease by more than an order of magnitude in comparison with the levels observed in 2007. We present an example of a diffusion wave of relativistic electrons; the wave develops in a period between magnetic storms. This process may result in a significant increase of the radiation dose measured in the orbit, even under the conditions of weak geomagnetic disturbances. The dynamics of variations in relativistic electron fluxes during the magnetic storm of April 5?C6, 2010, is discussed so far as this is the first strong flux enhancement in the 24th solar cycle. 相似文献
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The relation of the fluxes of relativistic electrons in geostationary orbit during magnetic storms to the state of the magnetosphere and variations in the solar wind parameters is studied based on the GOES satellite data (1996–2000). It has been established that, in ～52–65% of all storms, the fluxes of electrons with energies higher than 0.6 and 2 MeV during the storm recovery phase are more than twice as high as the electron fluxes before a storm. It has been indicated that the probability of such cases is closely related to the prestorm level of fluxes and to a decrease in fluxes during the storm main phase. It has been found that the solar wind velocity on the day of the storm main phase and the geomagnetic activity indices at the beginning of the storm recovery phase are also among the best indicators of occurrence of storms with increased fluxes at the storm recovery phase. 相似文献
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基于AE8电子辐射带模式和各地磁场模式,本文系统分析了地磁场模式、太阳风、地磁扰动、地磁轴指向对静止轨道≥2 MeV高能电子分布的影响以及静止轨道不同经度位置≥2 MeV高能电子分布的差异,并与GOES系列卫星实测结果进行了对比分析.结果表明,AE8+IGRF+T96模式所得静止轨道≥2 MeV高能电子分布结果优于AE8+IGRF+OPQ77模式或AE8+IGRF+T89模式结果,其大部分定性结果与GOES系列卫星观测结果较为一致,AE8+IGRF+T96模式所得静止轨道≥2 MeV高能电子分布与磁壳参量Lm、局地磁场B分别呈较好的负和正相关性.基于AE8+IGRF+T96模式得到在相同太阳风及地磁扰动条件下2010年每分钟静止轨道≥2 MeV高能电子通量分布结果,经分析得到：1年内每个时刻静止轨道上≥2 MeV高能电子通量最大值和最小值比值变化范围为2.50~7.51,变化主周期为1天,每天比值变化量都超过3;1年内静止轨道各经度位置每天内≥2 MeV高能电子通量最大值和最小值比值变化范围为2.98~6.00,比值随着时间和经度位置而变化;1年内同一天静止轨道各经度位置≥2 MeV高能电子日积分通量最大值出现在170°W附近,最小值出现在70°W附近,最大值与最小值的比值分布在1.86~2.13之间.以上所得静止轨道≥2 MeV高能电子分布变化主要来自Lm变化,B/B0的影响小于5%,其中B0为磁力线上磁场最小值.因此,在构建≥2 MeV高能电子分布模式时,需要考虑地磁场结构的影响,特别是Lm参数. 相似文献
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根据Cluster卫星在中高度极尖区的观测数据,分析研究了两次连续磁暴期间极尖区场向电子事件的持续时间以及与Dst值和Dst时间变化率之间的关系.结果表明,磁暴期间场向电子事件的持续时间的范围为6~54 s,大多数场向事件的持续时间小于34 s;极尖区场向电子事件的最大密度和最大场向通量与Dst值没有明显的相关关系;而随着Dst变化率的增加,场向电子最大密度和最大通量也随之增加,场向电子最大密度与Dst变化率之间的相关系数为0.81,场向电子最大通量与Dst变化率之间的相关系数为0.56,下行电子最大通量与Dst变化率之间的相关系数为0.85.经讨论认为行星际磁场持续南向、太阳风速度和动压的急剧增加是引起场向电子通量增加的主要原因. 相似文献
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《Journal of Atmospheric and Solar》2008,70(14):1774-1788
We investigated the role of whistler-mode chorus in accelerating outer radiation belt electrons during four moderate geomagnetic storms when data from the Polar Plasma Wave Investigation (PWI) were available. The storm time periods we examined included two storms associated with coronal mass ejections (CMEs), the well-studied January 10–13, 1997 International Solar Terrestrial Physics event and the May 12–15, 1997 event. We compared these two storms with two geomagnetically active periods that were not associated with CMEs. Although strong chorus emissions were observed during all four events, the association of electron acceleration with chorus emissions is not clear. During all four events, the Polar Comprehensive Energetic Particle and Pitch Angle Distribution (CEPPAD) experiment observed increases in the fluxes of energetic electrons (0.8<E<6.4 MeV). The two events associated with CMEs featured a sudden increase in the electron fluxes above 0.8 MeV that may have been related to the impact of the CME shock wave upon the magnetosphere. The other two events featured more gradual increases in the electron fluxes over a period of several days. The data from these events indicate that the role played by resonant interactions with chorus in accelerating electrons may depend on the upstream solar wind conditions driving the storm. 相似文献