太阳光球磁场特征物理量在质子事件短期预报中的应用

利用SOHO/MDI全日面纵向磁图,计算了三个描述太阳活动区磁场复杂性和非势性的特征物理量,即纵向磁场最大水平梯度|▽_hB_z|_m,强梯度中性线长度L,孤立奇点数目η.为检验太阳光球磁场特征在质子事件短期预报中是否有效,采用BP神经网络方法,建立了基于这三个磁场特征物理量简单的太阳质子事件短期(24 h)预报模型.模型在对2002年和2003年连续两年的样本检测中,有很高的准确率(2002年和2003年分别为90%,87.54%)和较高的质子事件报准率(2002年和2003年分别为60%,75%),从而为光球磁场特征物理量作为质子事件预报的有效因子提供了依据.

结合光球磁场特征物理量的质子事件短期预报

利用描述太阳活动区光球磁场复杂性和非势性特征的三个物理量(纵向磁场最大水平梯度|▽_hB_z|_m,强梯度中性线长度L,孤立奇点数目η)建立了质子事件短期预报模型,验证了磁场特征物理量对质子事件短期预报的有效性.目前已建立或使用的太阳质子事件短期预报模型中仍然没有正式将磁场特征物理量作为预报因子.由于太阳质子事件是小概率事件,其物理产生机制尚不完全清楚,这些预报模型往往存在虚报率偏高或报准率偏低的问题.本文试图将原有质子事件模型所用的传统因子与磁场特征物理量结合起来,利用神经网络方法建立一个更为有效的质子事件短期预报模型.利用1997-2001年的训练数据集1871个样本建立了输入层为传统预报因子的模型A以及输入层为传统预报因子和磁场特征物理量的模型B.通过对2002 2003年973个样本的测试数据集进行模拟预报发现,模型A与B在具有相同质子事件报准率的情况下,模型B的虚报率明显降低.这进一步验证了磁场特征物理量在质子事件短期预报中的作用,进而可以加强对太阳质子事件的实际预报能力.

利用ACE卫星数据对太阳质子事件预警方法的研究

通过分析GOES和ACE卫星大于10 MeV能量段的5 min平均质子通量数据,发现两者有很好的相关性,最佳相关系数显示,GOES通量数据较ACE卫星数据有数十分钟至几小时的时间延迟.这为利用ACE数据进行质子事件预警提供了依据.本文提出一种利用ACE卫星大于10 MeV能量段的通量数据对质子事件进行预警的方法.该方法在2001年8月7日至2012年2月20日这11年多时间的试验中,表现出较高的报准率(76.3%)和较低的虚报率(14.7%),预警提前时间在数十分钟至几小时不等.该方法的结果与美国国家海洋和大气管理局(NOAA)空间天气预测中心(SWPC)使用的预警模型对比,具有更高的报准率,较低的虚报率,在预警时间提前量方面两者相当.

2001年4月2日太阳耀斑及其太阳质子事件的观测结果研究

20 0 1年 4月 2日 ,太阳爆发了一个近年来X射线通量最大的一次耀斑并伴有质子事件 ,利用“资源一号”卫星星内粒子探测器和神舟二号飞船X射线探测器的观测资料 ,对这一事件的高能粒子响应进行了特例研究 .“资源一号”卫星运行于太阳同步轨道 ,高度约 80 0km ,和宁静时期的统计结果对比 ,这次耀斑后 ,星内粒子探测器在地球极盖区 (地球开磁场区 )观测到耀斑粒子的出现 ,这是宁静时期没有的 ;神舟二号飞船轨道高度 4 0 0km ,倾角为 4 2° ,X射线探测器在 4 2°中高纬地区也观测到高能电子通量比宁静时明显的增加 ,这表明 ,太阳耀斑引起的近地空间辐射环境的变化遍及纬度约 4 0°以上的区域 ,甚至在 4 0°N附近 4 0 0km左右的高度上仍然有响应 .但是 ,中高纬度、极光带和极盖区的粒子来源 ,加速机制和响应方式却不一定相同 ,需要分别讨论 .资料分析和对比还表明 ,质子事件的强度并不一定和耀斑的X射线通量成正比 ,因此 。

神经网络方法在太阳质子事件短期预报中的应用

在大量统计结果的基础上,深入研究了太阳质子事件预报机理.总结了质子事件爆发与太阳活动区面积、位置、McIntosh结构、磁结构以及前两天活动区爆发耀斑事件数目之间的关系.然后,在神经网络的基础上建立了太阳质子事件短期预报模型,并对2000年以后12个未参加训练的样本进行测试,结果对事件预报的准确率为83％.此外,我们还利用该模型对2002年1-4月发生的几次质子事件进行了预报试验,结果发现,这期间发生的6次事件都被预报.其中3次质子事件系统预报提前了3天,两次事件预报提前了2天,一次事件提前1天预报.

太阳质子事件警报

采用人工神经网络预报方法，利用太阳耀斑的日面位置、X射线辐射的峰值流量及其上升时间、2695MHz和8800MHz微波辐射的半积分流量等5个物理参量，提出了一个新的太阳质子事件警报方案，预报太阳质子事件的发生及其流量和时间．该方案在本文检验中达到93．75％的预报准确率．

特大太阳质子事件所致航天员辐射剂量估算研究

目的为估算载人航天无地磁屏蔽下特大太阳质子事件的辐射剂量,建立包括构造特大太阳质子事件能谱、人体模型和Monte Carlo输运程序的解决方案。方法建立航天器和人体屏蔽模型,编写的Monte Carlo程序计算用大于30 MeV质子注量归一化的1956年和1972年特大太阳质子事件所致的器官吸收剂量。结果根据程序计算得到了不同屏蔽厚度两种谱型的特大太阳质子事件主要器官吸收剂量,与前人研究结果相近。结论通过比较验证计算方案结果可靠,特大太阳质子事件会造成很大器官吸收剂量,是载人航天非常大的潜在辐射危险。

FY-2卫星太阳质子事件监测警报系统及质子事件警报的尝试

介绍搭载在FY－2地球同步轨道气象卫星上的空间粒子监测器和太阳X射线探测器所组成的太阳质子事件监测报警系统；1997－11－04和1997－11－06二次质子事件警报的尝试及相关的观测资料．

太阳质子耀斑X射线辐射特征及质子事件警报

太阳质子耀斑X射线辐射特征的研究,为太阳质子事件的警报提供一个重要的途径和方法。本文分析了第21周太阳活动峰年(1977—1986)期间质子耀斑和相应的GOES和SMM卫星观测的X射线辐射资料,结果表明:大部分质子耀斑的硬X射线峰值流量F_HX≥10~4s/c;积分流量F_0≥10~6counts;硬X射线辐射到达峰值时间T_R≥100s;持续时间T_D≥10~3s;X光子最高能量E_x≥300keV;平均能谱指数r≤3.5;高能时延T_L≥10s。利用这些X射线暴的特征参数,对第21周峰年大质子事件作警报检验,结果是:报准率为94％,虚报率为40％。

神经网络方法用于太阳质子事件警报

尝试用神经网络方法作太阳质子事件警报．首先介绍太阳质子事件警报的发展，神经网络方法的特点，其次讨论选取预报因子的物理考虑，然后介绍试验结果，在两种试验情况下均可以有＞８５％的报准率．最后讨论改进警报的问题．

一种新的太阳质子事件警报方法的探讨

本文分析了第21太阳活动周后半期的太阳质子耀斑硬X射线辐射资料,发现它们的峰值流量、积分流量、上升沿斜率、X光子的最高能量和持续时间等物理参数之间有着不同于非质子耀斑的相关性。据此,本文采用模糊聚类分析法,对21太阳活动周期间(1980.2—1986.2)的质子事件进行预报试验。其报准率为88.5％,虚报率为53.1％,漏报率为11.5％。本文提供了基于X射线辐射特征的太阳质子事件警报的新途径和方法。

影响地球环境的太阳质子事件的时间过程

利用1966年以来的大量太阳耀斑以及相应质子事件的资料，分析研究了质子事件到达时间和极大时间同耀斑经度位置的统计关系．结果表明当耀斑位置处于经过地球的行星际大尺度场磁力线足点位置附近时，上述两种时间过程最短．这个结果支持了太阳耀斑粒子经日冕传播再向行星际空间传播的二阶段传播模型．

基于支持向量机和k近邻的太阳质子事件预报模型

应用支持向量机和k近邻相结合的方法,建立了太阳质子事件预报模型。预报因子包括黑子面积、磁分型、McIntosh分型、太阳射电流量、活动区位置和软X射线流量。太阳质子事件模型包括两个子模型:质子有无模型和质子峰值流量模型。质子有无模型能对未来24小时是否发生质子事件给出预报,质子峰值流量模型对已发生的质子事件预报峰值流量等级。用2002年和2004年的数据进行了模拟预报,结果显示模型具有较高的报准率,同时显示出活动区位置和软X射线通量是比较敏感的预报因子。

太阳质子事件中短期预报模型研究

太阳质子事件通量的预测对航天器抗辐射加固设计和航天员出舱活动具有非常重要的意义。针对一年以下的航天任务,利用经验统计方法,确认太阳活跃年和太阳平静年期间,1—365天不同时间段内>10 MeV,>30 MeV和>60 MeV的太阳质子事件积分通量符合对数正态分布,且通量对数的标准偏差σ和期望值μ随任务期时间的变化满足对数函数形式.以此为基础,构建太阳质子通量的中短期预报模型.该模型能够针对太阳活跃年和太阳平静年,给出一定置信度下1—365天不同时间内>10 MeV,>30 MeV和>60 MeV的质子事件通量分布,从而为执行中短期航天任务提供太阳质子事件通量的预测,以规避不必要的风险.

中短期任务的太阳质子事件通量预报研究

太阳质子事件通量的预测对航天器的抗辐射加固设计和宇航员的出舱活动具有重要意义。针对1年以下的中短期航天任务,对太阳活跃年和太阳平静年分别统计了太阳质子事件和大于10 Me V质子事件通量的发生概率,分析得到太阳质子事件通量分布基本符合对数正态分布。在此基础上,计算出了一定置信度下1年以下不同航天任务期内的质子事件通量分布,为执行中短期航天任务提供了太阳质子事件通量预测的依据。

太阳活动区参量与太阳耀斑和太阳质子事件的相关性统计分析

太阳黑子活动区与太阳耀斑和太阳质子事件的发生有紧密的关系。选取活动区特征参量包括太阳黑子群面积,磁分类,McIntosh分类,10cm射电流量,统计和耀斑发生的产率关系;还统计了太阳活动区的位置,软X射线通量和质子事件的产率关系。对于磁分类,McIntosh分类的每一种分类类型计算了耀斑产率,对黑子群面积和10cm射电流量和软X射线通量用函数拟合了它们和太阳耀斑和太阳质子事件的产率关系。对活动区位置采用了分段统计质子事件产率的方法。统计结果显示我们选取的活动区特征参量与太阳耀斑和质子事件有较强的相关性。统计结果可作为以后建立太阳耀斑,太阳质子事件预报模型中预报因子的选取的基础。

太阳质子事件长期预报方法研究

太阳质子事件是对航天活动构成威胁的重要空间辐射环境事件,质子事件的长期预报对航天器防辐射设计具有重要的指导意义。通过分析最近的23太阳活动周数据,并对比21和22周相关资料,总结出了太阳质子事件分布的三段式特征,即质子事件与太阳活动周同步,呈11年周期变化,每一个周期中又可以划分为:上升期(前4年)、峰值期(中间4年)和下降期(最后3年),同时对每一个阶段的质子事件分布特征进行详细描述。在此基础上,对第24周的质子事件分布状况进行预测。

利用神经网络预报太阳质子事件后的地磁扰动

通过分析几十个典型太阳质子事件表明，具有以下特征的质子事件其后1－3天内一般有强烈地磁扰动发生：1．质子耀班级别和亮度较大（3B以上）；2．质子通量在上升阶段增加很快，而在下降阶段相对来说衰减也很快（尤其是在峰值附近）；3．电子通量远远大于质子通量并且和质子通量有相似的变化规律．在此基础上，利用神经网络预报太阳质子事件发生后3天内地磁扰动的趋势．

太阳质子事件与太阳耀斑的关系

通过对0°W-39°W,40°W-70°W,71°W-90°W经度范围内太阳质子事件与太阳耀斑的相关性计算分析,发现太阳质子事件与太阳耀斑的相关系数依赖于经度.太阳耀斑积分与地球磁链接区域(40°W-70°W)太阳质子事件强度的相关系数最大.相关系数的这种特点与耀斑加速粒子的最大流量只出现在磁链接区域的特征相吻合.计算结果表明,太阳耀斑对太阳质子事件具有贡献,即耀斑对E≥10 MeV的质子加速有贡献.耀斑和CME在磁链接区域对太阳质子事件的贡献相同,这说明太阳质子事件是混合型事件.

太阳质子事件、双带耀斑及日冕物质抛射

本文统计了第２２ 太阳活动周期间（１９９１ ～１９９５ 年） 发生的２５ 个太阳质子事件与太阳耀斑及日冕物质抛射（ＣＭＥ） 事件的关系 统计结果表明， 所有的太阳质子事件都与耀斑发生相关， 除２ 个质子事件（１９９４１０２０ 和１９９５１０２０ 日发生的太阳质子事件） 与ＣＭＥ发生无关， 其余质子事件也都与ＣＭＥ 相关 值得注意的是， 与质子事件相关的耀斑有１６ 个是双带耀斑， 其中包括与ＣＭＥ无关的２ 个事件的耀斑， 占总数的６４ ％  上述统计结果证实了无论是太阳耀斑， 还是物质抛射，