不同内边界条件下SEP事件实例的集合数值模拟及其在SEP事件预报中的应用

太阳高能粒子(SEP)事件的定量数值预报是空间态势感知的重要方面之一。SEP事件主要来自于日冕物质抛射(CME)所驱动的激波扩散加速(DSA)。文章在三个有关模型的基础上,结合1 AU处卫星的太阳风观测参数和日冕仪的CME观测参数,建立了一套可用于预报SEP事件的数值方法。利用该方法对一次SEP实例进行数值模拟,并将模拟结果与GOES卫星观测结果进行比较。结果表明:数值模拟得到的>10 MeV的高能粒子的通量和观测较为吻合,>100 MeV的高能粒子的通量高于观测值。针对此事件进一步开展了不同CME抛射速度和不同内边界背景太阳风温度条件下的集合模拟试验,结果表明:CME抛射速度对SEP事件中高能粒子通量和能谱影响较大,而内边界背景太阳风温度的改变对于高能粒子通量和能谱的影响几乎可以忽略不计。

2 AU以内的“渐进型”太阳高能粒子事件模拟

太阳高能粒子(Solar Energetic Particle,SEP)事件是影响地球空间以及深空辐射环境的主要因素之一。"渐进型"太阳高能粒子事件中的高能粒子主要来自于日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection,CME)所驱动的激波扩散加速(Diffusive Shock Acceleration,DSA)过程。CME驱动的激波在行星际的传播过程中,其结构不断演化,进而影响到高能粒子的加速过程。本文利用二维太阳高能粒子加速和传播模型,对发生于2014年4月18日的太阳高能粒子事件实例进行了数值模拟。模型考察了黄道面上2 AU的距离以内包含地球所在位置的4个不同点,分别计算了每个点上高能粒子的通量。数值模拟的结果表明:黄道面内不同位置的观察点,与激波波前的磁力线连接不同,从而导致观察点处高能粒子的通量有着显著的差异。该模型的计算结果可以为深空探测计划开展辐射环境研究提供必要的输入。