李志涛[1]2007年在《基于神经网络的AE、AL指数预报方法研究》文中研究指明磁层亚暴活动反映了磁层和太阳风相互耦合作用的过程,对亚暴活动的研究是日地物理研究中的重要课题。磁层亚暴的预报是人类空间环境预报的一个重要组成部分。通常用地磁活动指数AE,AL等监测亚暴时极区的磁扰动过程。因而,AE、AL等亚暴指数也是空间环境预报的重要指标量。用诸如非线性滤波器、神经网络等数学模型,对亚暴指数做出定量的预测,是亚暴预报的一个非常重要的前提工作。本文讨论了太阳风能量向磁层的输运并最终触发磁层亚暴的过程。行星际磁场的南向旋转往往会引发持续的磁层亚暴活动,并引起亚暴指数的急剧变化。太阳风和行星际磁场的特征参数的变化对磁层亚暴指数的变化产生了重大的影响,这是能够预测亚暴指数的一个重要物理理论依据。历史上,根据行星际磁场和太阳风的观测资料对磁层活动进行预测,是人们比较感兴趣的问题。人工神经网络作为人工计算智能和机器学习研究的最活跃的分支之一,具有强大的计算功能。其中,BP(back propagation)神经网络是目前应用最广泛的神经网络模型,在数据预测方面具有很大的应用价值。本文选择构造一种全联接的BP神经网络作为预报工具,从我国空间环境预报的要求出发,选取了更新和更可靠的数据源。利用行星际磁场的By分量、Bz分量、太阳风速度V和太阳风质子浓度n作为网络的预报参量,预测AE指数和AL指数。预报结果表明,本文所构造的全联接神经网络预测结果较好,网络模型基本上都可以预报出亚暴指数的走向趋势,在定量地预报指数值方面具有较高的准确性。分析选取的太阳风和行星际磁场的四个预报参量(By,Bz,v,n)与亚暴指数变化的相关性非常明显,网络预报结果显示可达86%以上。同时指出,持续一定时间的太阳风和行星际磁场的状况对以后某一个时间点的亚暴指数产生影响,引入了参量时序输入的训练过程,考察了20min,40min和60min的输入时序。随着时序延长,网络模型的预报性能逐步提高,分析认为影响亚暴指数的太阳风的持续时间在1个小时左右。网络预报提前时间是50—80min,具有实际的预报应用价值。
龚彬[2]2000年在《磁层亚暴预报的探索研究》文中提出本论文在第一章综述了进行磁层亚暴预报研究的意义和必要性，讨论了现阶段所遭遇的磁层亚暴所带来的危害；在第二章概要介绍了磁层亚暴中的相关概念和观测到的磁层亚暴期间发生的物理现象，总结了到几个目前在国际上比较有影响力的磁层亚暴模型的物理机制；在第三章介绍了目前国际上磁层亚暴预报的开展情况，指出了现阶段实现磁层亚暴预报所会遭遇的困难，分析了未来开展亚暴预报的可能性；在第四章概括了本文进行亚暴预报研究中所采用的数据资料的选取方法和分析方法；在第五章对所收集的亚暴数据进行了分析，研究了在亚暴增长相期间所观测到的部分特征。本文结果将用于对磁层空间等离子体环境的研究，对实现磁层亚暴预报，建立磁层亚暴模式较有裨益。
徐文耀[3]1994年在《中国地磁学研究的进展》文中研究表明本文简要回顾了４０多年来我国地磁科学的发展概况，内容包括地磁测量、地磁图编绘、地磁场模型，主磁场和长期变化，地磁场起源，变化磁场的时空特征及形成机制，磁暴理论和磁暴预报，地磁变化与地震、气候变化等自然现象的关系．
周晓燕[4]1996年在《地磁扰动预报的再认识》文中研究表明地磁扰动作为日地系统中太阳能量、动量和物质输运至地球并与近地空间环境相互作用产生的一种带有危害性的自然现象,对人类有许多实际的影响,如无线通讯,雷达观测,电器设备,长距离管线,及同步轨道卫星等等。这些地磁扰动主要是极区、高纬的磁层亚暴和中低纬地区全球范围磁场扰动的磁暴。磁层亚暴的各种不同物理模式从不同的侧面越来越接近和揭示出亚暴的机制,但建立一个综合的亚暴模型仍需长期的努力。磁暴研究的重点仍是环电流的形成和衰减,特别是环电流粒子损失率参数τ的确定仍无最终定论。近期的研究认为,在恢复相期间典型的τ值为5到10小时。磁暴——亚暴之间的关系正在成为新的研究热点。近年来磁层物理的研究已表明,太阳风动压力Psw=ρV2和行星际晨昏电场Ey=VB5,特别是IMF Bz的南向是地磁扰动的主要控制参量。而与这些太阳风参量相关的多种行星际过程又是由多种太阳活动控制的。因此日地扰动过程呈现出不仅信息传递渠道和因果关系的多样性,而且扰动性质的多样性。所以地磁扰动预报是具有相当难度的课题。
邹自明[5]2014年在《太阳风扰动的地磁响应与空间环境应用模式集成》文中进行了进一步梳理太阳风扰动会引起地球磁场和电流体系的剧烈变化,进而触发磁暴、亚暴等扰动现象,能够诱发多种灾害性空间环境事件,是空间环境预报的重要内容和观测要素。本论文在此领域开展了两方面的工作,一方面,利用卫星观测数据分析研究了不同性质的太阳风扰动对极光电急流和环电流指数的影响以及极光电急流爆发事件与磁层亚暴活动的相关性,对由于太阳风与地球磁层的相互作用而引发的典型磁层亚暴事件进行了深入探讨；另一方面,对空间环境模式集成进行了研究,提出了一套满足空间环境预报业务需求的模式计算框架,并选择与地磁活动相关的若干模式进行了应用验证。首先,论文介绍了太阳风的基本概念及其观测特性,对可能引发地球磁层扰动的源如太阳耀斑、日冕物质抛射(CME)和各类行星际扰动如ICME、共转相互作用区及行星际激波等空间物理过程的特征进行了总结,对受太阳风控制的地球磁层结构、磁层电流系的基本结构和太阳风扰动触发的各类地磁扰动及其表征指数(磁情指数Kp、磁暴环电流指数Dst、极光电急流指数AU/AL/和磁暴指数SYM-H)的计算方法进行了归纳。其次,作者利用WIND卫星的观测数据和地磁活动指数,分析研究了西向极光电急流AL指数和东向极光电急流AU指数以及环电流指数SYM-H对不同性质的太阳风动压变化的关联响应,发现太阳风动压脉冲的地磁效应不仅与太阳风动压脉冲大小和持续时间有关,还与磁层本身储能状态有关。太阳风动压增长和减少能够同步或延迟地引起AL,AU和SYM-H指数的变化,而指数变化方向和缓急却随着太阳风性质的不同而有所不同。进而作者利用LANL卫星的观测数据、极光电急流指数和地磁台站观测数据,分析研究了不同性质的极光电急流爆发事件与亚暴之间的关系。发现虽然大部分极光电急流爆发都对应着亚暴,但也有极光电急流爆发与亚暴无关,对其相关性进行了分类归纳。认为极光电急流爆发事件可以分为三种类型：第一类是东向电急流和西向电急流事件同时爆发同时消失,这类极光电急流爆发事件一般都伴随着同步轨道能量粒子注入和地面Pi2地磁脉动,是典型的亚暴过程；第二类是西向电急流爆发,东向电急流不变,这类极光电急流爆发事件也都伴随着同步轨道能量粒子注入和地面Pi2地磁脉动,可以认为是亚暴过程；第三类是东向电急流爆发,西向电急流不变,这类极光电急流爆发事件有的伴随着同步轨道能量粒子注入和地面Pi2地磁脉动,可能也是亚暴过程,而有的却没有伴随着同步轨道能量粒子注入和地面Pi2地磁脉动,则可认为没有伴随亚暴过程。本论文的研究结果对于利用极光电急流指数的变化特征研究和监测亚暴具有重要参考意义。最后,作者对空间环境模式集成进行了研究与探索,形成了一套合理、高效的空间环境模式集成框架,在云计算环境下开展了模式计算与空间环境预报业务的应用验证,具体实现了包括预报太阳风暴到达地球时间和强度的智能化业务预报模式,预报CME在日地空间传播时间的CME冰激凌-锥模式,预报地球轨道附近的太阳风和磁场值预报的运动学模式,预报未来1-3天的F107指数的定量预报模式,预报磁层的等离子体和电磁场特性的磁层状态模式,预报地球弓激波和磁层顶位置和形状的弓激波／磁层顶模式,预报外磁层等离子体和电磁场特性的太阳风传输模式,预报辐射带南大西洋异常区等离子体(高能粒子通量)分布特性的通量模式,预报辐射带边界变化以及内外辐射带最大辐射通量的L值位置的辐射带边界演化模式,预报地球辐射带槽区高能粒子环境参数的地球中低轨道航天器高能带电粒子环境诊断和预警模式,预报地磁扰动的模式等多个模式的集成计算,范围覆盖日地系统五大空间区域——太阳／行星际、太阳风／磁层、内磁层、电离层、中高层大气区域,是国内在空间环境模式集成研究方面的一例有益探索。
张莹[6]2009年在《行星际扰动与对地效应的统计分析和模式研究》文中研究表明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)的三种行星际结构:“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。
李保权, 朱光武, 彭吉龙, 韦飞, 刘杰[7]2004年在《空间天气及其扰动源观测预报》文中认为灾害性空间天气对人类的正常活动影响越来越严重,空间天气预报服务在航天、通讯等领域都有迫切需求。本论文系统介绍了目前人类最为关注的灾害性空间天气特征、危害及预报方法。并论述了太阳X射线和极紫外波段成像观测在空间天气预报中的重要性。统计分析了目前国际上最新的太阳X射线和极紫外的高分辨成像资料,发现sigmoid、CUSP、dimming、EIT波等观测现象与CME或者耀斑爆发有很好的相关性,这些现象是太阳爆发的先兆信息或者伴生现象,是经验式空间天气预报重要的输入信息。
刘振兴[8]1996年在《日地空间环境的监测和预报》文中指出日地空间环境的监测和预报中国科学院院士中国科学院空间科学与应用研究中心研究员刘振兴１日地空间环境及其对人类的影响日地空间环境包括太阳上层大气、日地行星际、地球磁层、电离层和高中层大气。其中，地球磁层、电离层和高中层大气称为地球空间环境。随着空间技术的...
刘振兴[9]2000年在《我国地球空间探测的一个新台阶—“地球空间双星探测计划”》文中研究表明地球空间双星探测计划 (简称双星计划 )包括的两颗小卫星 ,分别运行于目前国际上地球空间探测卫星的尚未覆盖的近地赤道区和近地极区。双星计划的主要科学目标是 :用高分辨率的仪器在近地空间的主要活动区 (包括近地等离子体片及其边界层区、辐射带区、环电流区和极光加速区 )探测场和粒子的时空变化 ;研究磁层亚暴、磁暴和磁层粒子暴的触发机制及磁层空间暴对太阳活动和行星际扰动的响应过程 ;建立地球空间环境的动态模式。为了实现科学目标 ,赤道卫星和极区卫星上各载有 9台探测仪器。赤道卫星的轨道是 :近地点550km ,远地点 60 ,0 0 0km ,倾角约 2 8 5° ;极区卫星轨道是 :近地点 350km ,远地点 2 5,0 0 0km ,倾角约90°左右。为了使双星计划与欧空局ClusterⅡ相配合 ,赤道卫星计划于 2 0 0 2年 6月发射 ,极区卫星计划于 2 0 0 2年底发射。双星计划与ClusterⅡ相配合 ,可形成地球空间 6点探测计划 ,这将会成为 2 1世纪初国际上重要的地球空间探测计划
左平兵[10]2008年在《太阳风中中小尺度结构的观测研究》文中认为本文对太阳风中的慢激波观测、磁云边界层的磁层响应以及磁云边界层中朗缪尔波活动现象三个方面作了初步观测研究,主要研究结果如下:1.历史上太阳风中慢激波的观测非常少,利用WIND飞船的高分辨率磁场和粒子观测数据,我们严格证认了一例典型的慢激波事件,该慢激波正好位于某磁云边界层的前边界.该事件也是文献上首次和磁云相关的慢激波事件的报道.在证认慢激波事件过程中,我们提出一种新的基于Rankine–Hugoniot解的激波法向自洽确定方法.基于此方法确定激波法向,并且与其它方法如磁场共面法、最小方差法作比较,我们发现此方法确定的激波法向更准确.随后我们又证认了一例罕见的双间断事件,该双间断事件也位于某磁云边界层的前边界.通过WIND飞船和Geotail飞船在磁层外的联合观测发现该双间断是不稳定的,这与前人报道的双间断事件不同.2.综合考察了磁云边界层穿越磁层时磁层各区域的响应.首先我们统计分析了WIND飞船1995–2006年探测的35例磁云前边界层和磁层亚暴的相关性问题,发现“SF”型边界层与亚暴有很好的相关性,是触发亚暴的重要行星际源.边界层触发亚暴的必要条件是紧邻鞘区有持续南向磁场.随后我们全面分析了WIND飞船2004年11月9日探测的磁云边界层引起的磁层活动.该磁云边界层本身持续较强南向磁场驱动了一个强磁暴.相对于紧邻鞘区和磁云本体,磁云边界层是一个动压增强区.此边界层把磁层压缩至一个很小区域,甚至地球同步轨道向阳侧的多颗卫星穿越磁层顶,以致很长时间内直接暴露在太阳风中,构成极端空间天气条件.磁云边界层内部磁场等离子体结构触发了一个典型亚暴.另外,磁云边界层前边界是一个快速强动压脉冲结构,此动压脉冲结构会引起磁层电场、磁场、电流、电流层对流以及高能粒子全面的响应.对我们分析的35例磁云前边界层,57%的前边界为快速强动压脉冲增强结构,这些响应是边界层前边界压缩磁层引起磁层扰动的共性.最后根据Shue(1998)磁层顶模型,我们计算了磁云边界层穿越磁层时对磁层的普遍压缩作用.磁云边界层强动压区会使磁层顶被压缩至非常靠近地球的位置.而在我们考察的34个边界层事件(35个样本里面其中一个缺少等离子体观测数据)中,有21个事件(62%)对应的由于磁层顶的被压缩使日下点位置距地心的最小距离r0min≤8.0 RE.另外结合GOES卫星的观测和Shue(1998)模型,发现有8个事件(占总样本的24%)对应的向阳面磁层顶被压缩至地球同步轨道以内,可能导致灾害性空间天气事件的发生,所以须引起足够的重视.磁云边界层相对于鞘区和磁云本体,对磁层的压缩能力更强.3.对磁云边界层内朗缪尔波动作了初步分析,发现两类磁云边界层内特有的朗缪尔波活动现象:一类是相对于邻近鞘区和磁云本体,整个边界层内朗缪尔波活动增强;另一类是短时间的朗缪尔波爆发现象,同时伴随着宽频带的离子声波活动.随后我们考察了其中一例朗缪尔波爆发的事件对应的高分辨率电子分布函数数据,发现速度约为7×103 km/s的高能电子束流形成尾峰分布不稳定性导致了朗缪尔波的爆发.
参考文献：
[1]. 基于神经网络的AE、AL指数预报方法研究[D]. 李志涛. 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）. 2007
[2]. 磁层亚暴预报的探索研究[D]. 龚彬. 中国科学院空间科学与应用研究中心. 2000
[3]. 中国地磁学研究的进展[J]. 徐文耀. 地球物理学报. 1994
[4]. 地磁扰动预报的再认识[C]. 周晓燕. 1996年中国地球物理学会第十二届学术年会论文集. 1996
[5]. 太阳风扰动的地磁响应与空间环境应用模式集成[D]. 邹自明. 中国科学技术大学. 2014
[6]. 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
[7]. 空间天气及其扰动源观测预报[C]. 李保权, 朱光武, 彭吉龙, 韦飞, 刘杰. 中国空间科学学会空间探测专业委员会第十七次学术会议论文集. 2004
[8]. 日地空间环境的监测和预报[J]. 刘振兴. 大自然探索. 1996
[9]. 我国地球空间探测的一个新台阶—“地球空间双星探测计划”[J]. 刘振兴. 世界科技研究与发展. 2000
[10]. 太阳风中中小尺度结构的观测研究[D]. 左平兵. 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）. 2008
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