由太陽活動(dòng)引起的空間天氣事件會(huì)對空間環(huán)境和地球環(huán)境造成巨大的影響,給航天活動(dòng)和人類生活帶來嚴(yán)重的威脅,研究和預(yù)防空間天氣效應(yīng)是當(dāng)前非常重要的任務(wù)。太陽高能粒子(SEP)事件是空間天氣的組成部分,這些高能粒子來源于太陽耀斑爆發(fā)以及日冕物質(zhì)拋射(CME)驅(qū)動(dòng)的激波加速日冕物質(zhì)或太陽風(fēng)等離子體。在極端的SEP事件中能量達(dá)到Ge V的粒子能夠到達(dá)地球大氣層并發(fā)生級(jí)聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生大量的次級(jí)粒子,這些次級(jí)粒子會(huì)引起地面宇宙線(GCR)中子臺(tái)站的計(jì)數(shù)增強(qiáng),因此將極端的SEP事件稱為太陽高能粒子地面增強(qiáng)(GLE)事件。SEP事件的能譜可以被用來計(jì)算其輻射劑量,因此研究GLE事件的能譜對預(yù)防空間天氣災(zāi)害事件具有重要的意義,同時(shí)可以促進(jìn)人們對高能粒子的起源、加速和傳播機(jī)制的理解。23太陽周一共發(fā)生了16個(gè)GLE事件,多顆衛(wèi)星為這些事件提供了豐富的觀測數(shù)據(jù),從而促進(jìn)了對GLE事件的研究。Mewaldt等人基于多顆衛(wèi)星對高能質(zhì)子從～0.1 MeV到500-700 MeV能量范圍內(nèi)通量的觀測,測試了3種能譜公式在擬合23太陽周GLE事件能譜時(shí)的效果。他們的研究表明在觀測能量范圍內(nèi),雙冪律譜函數(shù)最適合表示GLE事件的能譜,并且得到了這些GLE事件的能譜參數(shù)值。雙冪律譜有4個(gè)能譜參數(shù),即歸一化參數(shù)C、低能段譜斜率γ1、高能段譜斜率γ2以及中斷能量E0。本文根據(jù)這16個(gè)GLE事件的能譜參數(shù)值并且結(jié)合其他觀測數(shù)據(jù)對GLE事件的能譜進(jìn)行了研究。由于有3個(gè)事件的能譜受到了一些因素的影響,為了簡單起見,我們僅分析剩下的13個(gè)GLE事件。根據(jù)行星際激波對高能粒子加速程度的強(qiáng)弱我們將這13個(gè)GLE事件分為兩類,并且發(fā)現(xiàn)了3種方法可以確定行星際激波對高能粒子加速程度的強(qiáng)弱。通過對能譜參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,我們建立了這兩類GLE事件的能譜參數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?結(jié)合雙冪律譜公式我們就得到了GLE事件的能譜預(yù)報(bào)模型。將該預(yù)報(bào)模型對在22太陽周和24太陽周選取的7個(gè)GLE事件進(jìn)行能譜預(yù)報(bào),預(yù)報(bào)的結(jié)果驗(yàn)證了我們的模型對耀斑經(jīng)度大于西經(jīng)40度的GLE事件在～6 MeV到100-200 MeV能量范圍內(nèi)具有較好的預(yù)報(bào)效果。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P353.7
【部分圖文】：

天氣效應(yīng)世紀(jì) 30 年代發(fā)展起來的電報(bào)技術(shù)級(jí)大地促進(jìn)了世界各地之類社會(huì)的進(jìn)步，而電報(bào)作為第一種遠(yuǎn)距離電子通信技術(shù)則讓究空間天氣。空間天氣是指由太陽活動(dòng)引起的空間環(huán)境變化會(huì)在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，而電報(bào)通信需要將地球作為長機(jī)，因此由空間天氣造成的地磁場變化會(huì)在地球內(nèi)部產(chǎn)生地magnetically-Induced Currents, GICs）從而嚴(yán)重干擾電報(bào)機(jī)的tti, 2017)。GIC 不僅會(huì)干擾電報(bào)，還會(huì)影響到一切存在長導(dǎo)如遠(yuǎn)距離輸電線、輸油管。由空間天氣引起的地磁暴導(dǎo)致的年 3 月的“魁北克事件”，該事件導(dǎo)致加拿大魁北克省的電力, 2001)，損失超過一千萬美元。此次事件及 2003 年的“萬圣節(jié)長導(dǎo)體地磁暴效應(yīng)的研究大幅增加 (例如, Bolduc, 2002; Kaik et al., 2009)。

氣引起的電離層閃爍還會(huì)影響衛(wèi)星導(dǎo)航的正常工作 (Cerruti et al., 2006, 2008)。在太空中充斥著大量來自太陽和銀河系的高能帶電粒子，這些粒子形成了復(fù)雜的空間輻射環(huán)境，對航天器構(gòu)成了巨大的威脅。如圖1.2所示為空間輻射對航天器的影響。空間天氣還會(huì)影響地球大氣層特性的變化，如密度、溫度等，這些變化對預(yù)測和調(diào)整低軌道衛(wèi)星的運(yùn)行狀態(tài)非常重要 (Lanzerotti, 2017)。圖 1.2 空間輻射效應(yīng)對航天器的影響。圖片引自Lanzerotti (2017)。Figure 1.2 Space radiation effects on spacecraft. Adopted from Lanzerotti (2017)由于在飛機(jī)飛行高度上的磁場和大氣的屏蔽作用較小，飛機(jī)飛行的途中會(huì)遭受銀河宇宙線（Galactic Cosmic Ray, GCR）的輻射 (例如, Knipp, 2017)，特別是經(jīng)過極區(qū)的飛行路線遭受的輻射會(huì)更多。此外，來自太陽爆發(fā)的太陽高能粒子（Solar Energetic Particle, SEP）也會(huì)對極區(qū)飛行產(chǎn)生大量的輻射效應(yīng) (例如,Kataoka et al., 2015)。2

另一類是高能粒子來自 CME 驅(qū)動(dòng)的激波加速日冕物質(zhì)或太陽風(fēng)等離子體的緩變型事件。這兩類事件在持續(xù)時(shí)間、元素豐度、電離態(tài)等方面具有很大的差別 (Reames, 1999, 2017; Cliver, 2009)，如表1.1所示。圖1.3展示了人們對 SEPs起源認(rèn)識(shí)的轉(zhuǎn)變。圖 1.3 對太陽高能粒子起源認(rèn)識(shí)的轉(zhuǎn)變。圖片引自Reames (1999)。Figure 1.3 Change in understanding of the origin of SEPs. Adopted from Reames(1999).3

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本文編號(hào)：2833479