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利用H_p分量预测空间环境地磁活动指数K_p

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空间科学学报 2013年第2期33卷 151-157页

作者：宋丹薛炳森程国生南京信息工程大学数学与统计学院南京211044 国家卫星气象中心北京100081

地磁场扰动可以引起近地空间环境(包括电离层和磁层)一系列变化,地磁K_p指数是空间天气扰动的重要参考指标.采用地球同步轨道GOES-8卫星监测到的垂直于同步卫星轨道平面的地磁分量H_p数据,分析了地磁Kp指数与H_p分量波动幅度间的统计关... 详细信息

地磁场扰动可以引起近地空间环境(包括电离层和磁层)一系列变化,地磁K_p指数是空间天气扰动的重要参考指标.采用地球同步轨道GOES-8卫星监测到的垂直于同步卫星轨道平面的地磁分量H_p数据,分析了地磁Kp指数与H_p分量波动幅度间的统计关系,结果显示,H_p分量的变化与K_p指数具有很好的相关性.利用回归分析和RBF神经网络方法,建立了Kp指数现报模型,根据地球同步轨道地磁场H_p分量的变化,计算出相同时段的K_p指数.监测结果表明,预报方法具有一定的有效性和实用性,特别是人工神经网络模式计算的K_p指数与实测结果吻合很好.利用此方法能够在不依赖于地面地磁探测数据的情况下,快速预报地磁扰动,及时为空间天气保障提供参考.同时,鉴于中国即将发射的风云四号搭载有地磁场探测仪,本项研究可为自主数据的应用奠定基础.

关键词：地磁场 Hp 分量 Kp指数预测

磁尾的等离子体片边界层场向电流密度与地磁活动指数kp的关系分析

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中国科学：技术科学 2011年第11期41卷 1499-1504页

作者：程征伟史建魁 ZHANG Tie Long DUNLOP Malcolm 刘振兴中国科学院空间科学与应用研究中心空间天气学国家重点实验室北京100190 Space Research Institute Austrian Academy of Sciences Graz A-8010 Austria SSTD Rutherford Appleton Laboratory SW7 2AZ UK

对2001年7月～10月Cluster穿越磁尾等离子体片边界层期间观测到的172个场向电流事件进行了研究,主要分析了等离子体片边界层场向电流特性与地磁活动指数之间的关系.研究结果表明:1)等离子体片边界层场向电流的相对发生率随地磁活动的增... 详细信息

对2001年7月～10月Cluster穿越磁尾等离子体片边界层期间观测到的172个场向电流事件进行了研究,主要分析了等离子体片边界层场向电流特性与地磁活动指数之间的关系.研究结果表明:1)等离子体片边界层场向电流的相对发生率随地磁活动的增强而增加;2)等离子体片边界层场向电流密度随Kp指数的增大而增大;在磁暴的主相阶段,场向电流迅速增大,电流密度最大达到19.05nA/m2,同时kp增大至5;3)地磁活动指数kp与等离子体片边界层区场向电流密度有着一致的变化关系.然而,当AE800nT时,场向电流密度随着AE的增加而减小.从而说明,等离子体片边界层场向电流密度与Kp指数的变化关系更为密切.

关键词：场向电流等离子体片边界层 Kp指数 AE指数

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北京地磁台K指数3小时扰幅修正及K指数计算机标定

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地球物理学报 2010年第7期53卷 1661-1670页

作者：齐玮王仁明王秀芳李夕海刘代志第二炮兵工程学院西安710025 第二炮兵装备研究院北京100085

我国基本处于磁纬40°以下地区,K指数的3小时扰幅一般取:3—6—12—24—40—70—120—200—300 nT.这一K指数3小时扰幅是以磁纬20.88°的佘山地磁台观测数据为基础,按照Bartels提出的一系列准则而确定的.然而,由于不同地磁台地磁纬度的... 详细信息

我国基本处于磁纬40°以下地区,K指数的3小时扰幅一般取:3—6—12—24—40—70—120—200—300 nT.这一K指数3小时扰幅是以磁纬20.88°的佘山地磁台观测数据为基础,按照Bartels提出的一系列准则而确定的.然而,由于不同地磁台地磁纬度的不同,K指数的3小时扰幅也需要进行相应的修正.本文以北京地磁台(磁纬29.63°)为例,通过频次比较的方法,分别以佘山台K指数和kp为标准,根据1994～1999年共6年的北京地磁台H分量分均值数据,给出了一个比较合理的北京地磁台K指数3小时扰幅:3.9—7.8—15.6—31.2—47.5—70120—200—300 nT.基于这一3小时扰幅,采用修正的FMI方法标定了1997年北京地磁台的K指数.将标定结果与磁暴基础数据库中北京台、佘山台和Kp指数进行频次比对,并进行同一3小时段标定差异统计.数据分析表明,修正后比修正前K指数的标定更加合理.

关键词：地磁场 K指数 3小时扰幅 FMI方法 Kp指数

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等离子体片离子分界线的模拟研究

地球物理学报 2010年第7期53卷 1505-1514页

作者：丁维贞曹晋滨曾立王艳杨俊英中国科学院空间科学与应用研究中心中国科学院空间天气学国家重点实验室北京100190 中国科学院研究生院北京100049 北京航空航天大学宇航学院北京100191

等离子体片离子向内磁层的渗透在亚暴和磁暴过程中都起到了重要作用.以往对于等离子体片离子向内磁层的渗透都是通过固定磁矩的磁层离子漂移轨道理论来进行的.本文将过去的(U,B)空间中固定磁矩的磁层离子漂移轨道理论扩展为固定能量的... 详细信息

等离子体片离子向内磁层的渗透在亚暴和磁暴过程中都起到了重要作用.以往对于等离子体片离子向内磁层的渗透都是通过固定磁矩的磁层离子漂移轨道理论来进行的.本文将过去的(U,B)空间中固定磁矩的磁层离子漂移轨道理论扩展为固定能量的磁层离子漂移轨道理论,讨论了等离子体片质子在向地球输运过程中,不同能量的质子开放轨道和封闭轨道的分界线的特性,及其随Kp指数的变化.在高能端,随着能量的升高,等离子体片质子分界线地心距离逐渐增大,且分界线的晨侧地心距离远远大于昏侧的地心距离.在低能端,随着质子能量的降低,质子分界线地心距离逐渐增大,且其分界线的昏侧地心距离要大于晨侧的地心距离.模拟结果还显示随着Kp指数的增强,等离子体片中不同能量的质子分界线都向地球移动.但在低能端和高能端,质子分界线的行为是不一样的.在低能端,随着Kp指数的增大,质子内边界形状基本保持不变.但在高能端,随着Kp指数的增大,质子内边界形状也将发生变化.在E=20 keV,kp=6和E=10 keV,kp=3两种情况,质子分界线甚至出现了两个分离的区域,一个是环绕地球的封闭轨道区域,一个是晨侧孤立的锥型区域.等离子体片能量为E的质子的内边界就是具有不同磁矩的Alfven层上能量为E的点的连线.TC-1热离子谱仪对等离子体片离子内边界的观测显示模拟结果与观测结果符合得很好.

关键词：等离子体片离子分界线 (U ,B)空间 Kp指数 Alfven层

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辐射带高能电子通量波动与地磁暴警报

空间科学学报 2015年第1期35卷 18-25页

作者：黄文耿沈华刘四清钟秋珍陈艳红中国科学院空间科学与应用研究中心北京100190

地球磁场捕获带电粒子形成辐射带,地磁场的扰动将导致带电粒子通量的变化.根据磁暴期间外辐射带高能电子通量起伏和波动的特点及规律,利用GOES卫星实时发布的5 min分辨率高能电子微分通量数据,构建了高能电子通量波动指数,并分析了该指... 详细信息

地球磁场捕获带电粒子形成辐射带,地磁场的扰动将导致带电粒子通量的变化.根据磁暴期间外辐射带高能电子通量起伏和波动的特点及规律,利用GOES卫星实时发布的5 min分辨率高能电子微分通量数据,构建了高能电子通量波动指数,并分析了该指数与地磁活动的关系.结果表明,所提出的高能电子通量波动指数与地磁事件有很好的相关性,能起到地磁暴发生的指示剂作用,相对于目前空间环境业务化预报过程中广泛使用的3 h K_p指数,高能电子通量波动指数能更早地警报地磁暴的发生,是潜在有效的地磁暴警报辅助手段,能为空间环境预报中的地磁暴实时警报提供重要参考.

关键词：高能电子辐射带磁暴 Kp指数

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基于多日地磁场数据的K指数现报

地球物理学进展 2014年第5期29卷 2120-2127页

作者：张晓芳刘松涛符养周率北京市5111信箱北京100094 航天飞行动力学技术重点实验室北京100094 北京应用气象研究所北京100029 北京航天飞行控制中心北京100094

基于连续27天地磁平静时地磁场H分量提取磁场规则日变化曲线,对2011-2013年佘山和北京台的地磁K指数进行现报,将计算结果（Know）与中国地磁台网公布的K指数（Kobs）以及FMI方法结果（Kfmi）、Kp指数进行了比较.去除∣Kobs-kp∣≥4数据... 详细信息

基于连续27天地磁平静时地磁场H分量提取磁场规则日变化曲线,对2011-2013年佘山和北京台的地磁K指数进行现报,将计算结果（Know）与中国地磁台网公布的K指数（Kobs）以及FMI方法结果（Kfmi）、Kp指数进行了比较.去除∣Kobs-kp∣≥4数据后的分析结果表明：Know与Kobs、Kfmi有较好的一致性,与Kobs、Kfmi完全吻合的比例分别可达53.5%和63.8%,序列差值在1个标度之内比例为94.7%和98.1%;现报方法所计算的K指数能给出即使是轻微程度的地磁扰动,在5-8高K区Know与Kobs、Kfmi有很好的吻合性,由于忽略了磁场日变化,0-2 K区的Know结果偏高;与佘山台和北京台的K指数相比,kp处于0-1低K区的频率远高于K指数,对应kp≥5的佘山台98.3%和北京台96.6%的Kobs小于等于Kp指数;佘山台Kobs指数与同时刻加权平均的Kp指数吻合较好,北京台的Kobs、Kfmi和Know高于kp,利用修正后三小时扰幅计算的北京台K指数与kp吻合度提高.

关键词： K指数现报规则日变化SR 3小时扰幅 FMI方法 Kp指数

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基于神经网络方法的kp预报模型

载人航天 2013年第2期19卷 70-80页

作者：刘杨罗冰显刘四清龚建村中国科学院空间科学与应用研究中心北京100190 中国科学院研究生院北京100049

为了更加准确地预报磁暴（kp〉5）的发生，充分利用ACE卫星积累的上游行星际条件的数据，以开磁通生成速率函数dφMp／dt和太阳风磁层粘滞作用项n^1/2v^2为主要输入参数，应用神经网络方法，构建了三个模型，预报三小时时段的kp值。根... 详细信息

为了更加准确地预报磁暴（kp〉5）的发生，充分利用ACE卫星积累的上游行星际条件的数据，以开磁通生成速率函数dφMp／dt和太阳风磁层粘滞作用项n^1/2v^2为主要输入参数，应用神经网络方法，构建了三个模型，预报三小时时段的kp值。根据实际需要，这三个模型采用了不同的训练集构造方法和提前时间量。模型1输入当前的开磁通生成率，粘滞作用项，太阳风速度、密度，和行星际磁场总强度、By分量、Bz分量，提前1～3．5h预报kp；模型2在模型1的基础上加入kp现报，提前1～3．5h预报kp；模型3输入9小时延迟的开磁通生成率和粘滞作用项，当前的太阳风速度、密度，行星际磁场总强度、By分量、Bz分量，提前3小时预报kp。对1998年、2002年和2006年的测试结果表明：三个模型的预测值与实测值之间的相关系数分别为0．88、0．90、0．85，预测的均方根误差分别为0．65、0．62、0．72。

关键词： Kp指数神经网络能量耦合函数开磁通生成率粘滞作用项

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空间环境地磁活动短期和中期预报的初步分析

空间环境地磁活动短期和中期预报的初步分析

作者：宋丹南京信息工程大学

学位级别：硕士

随着我国航天事业的发展,空间环境及空间环境预报越来越受到重视,磁暴是造成空间灾害及地面一些技术系统故障的主要原因之一,因此,地磁预报在各类科研和业务领域都是热点。本文主要是对地磁暴预报方法的研究,从而预测地磁暴的发生,为空... 详细信息

随着我国航天事业的发展,空间环境及空间环境预报越来越受到重视,磁暴是造成空间灾害及地面一些技术系统故障的主要原因之一,因此,地磁预报在各类科研和业务领域都是热点。本文主要是对地磁暴预报方法的研究,从而预测地磁暴的发生,为空间天气业务提供可靠资料,更好的为其服务。地磁场扰动可以引起近地空间环境(包括电离层和磁层)一系列变化,地磁Kp指数是空间天气扰动的重要参考指标。本项工作中,我们采用地球同步轨道GOES-8卫星监测到的地磁场Hp分量数据,分析了地磁Kp指数与Hp分量波动的幅度之间的统计关系,结果显示,Hp分量的变化与Kp指数具有很好的相关性。我们采用回归分析和RBF神经网络方法,建立了Kp指数现报模型,根据地球同步轨道地磁场Hp分量的变化,计算出相同时段的Kp指数。监测结果表明,预报方法具有一定的有效性和实用性,特别是人工神经网络模式计算的Kp指数与实测结果吻合很好。利用此方法能够在不依赖于地面地磁探测数据的情况下,快速预报地磁扰动,及时为空间天气保障提供参考。同时鉴于我国即将发射的风云四号搭载有地磁场探测仪,本项研究为我国自主数据的应用奠定了基础。太阳风速度是决定地磁扰动发生和幅度的重要参数,并在地磁暴中期预报中发挥重要作用,由于STEREO-B卫星位于地球的上游,其探测到的太阳风速度有重要的参考作用。本项工作中,我们采用小波分析方法讨论了2008-2011年ACE和STEREO卫星太阳风速度的27天周期特性,运用一元线性回归分析方法计算了两颗卫星太阳风速度的线性表达式,分析和计算结果表明,ACE和STEREO卫星探测到的太阳风速均在频域8-16d、16-32d尺度显著,且在局部的相同时域上,两者太阳风速的27天周期都是显著的;而且当太阳活动低年时,相关性好。作为应用实例,使用STEREO卫星太阳风探测数据,预测2012年10月1-17日的ACE太阳风速度,结果表明,预测值与实测值趋势一致,CME过程对预测值有一定影响。通过该项研究,初步统计出了ACE和STEREO太阳风速度的关系,并利用STEREO B能够提前几日感受到由太阳吹向地球的太阳风特性,为建立直观的重现型地磁暴中期预报模型打下了基础。其它探测数据,如宇宙线等对于空间天气预报也有重要作用,在第四章,分析讨论了地面宇宙线和太阳风速度的关系,初步分析出两者在太阳活动低年时,相关性好,呈现负相关,为新数据(宇宙线)的预报方法的开发打下基础。

关键词：地磁场 Hp分量 Kp指数太阳风速度预测

等离子体片中能量离子的空间分布——Cluster/RAPID观测数据分析

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地球物理学报 2005年第6期48卷 1226-1232页

作者：杨剑傅绥燕刘文龙阮鹏濮祖荫 P.Daly 王永福北京大学空间物理与应用技术研究所北京100871 Max-Planck Institute for Solar System Research Katlenburg-Lindau

本文根据Cluster卫星上的粒子成像质谱仪(RAPID)探测器在穿越地球等离子体片过程中的观测数据,统计研究了等离子体片中能量离子能量密度的空间分布(氢离子能量范围从40keV到1500keV,氦离子和氧离子从10keV到1500keV),并且给出了离子能... 详细信息

本文根据Cluster卫星上的粒子成像质谱仪(RAPID)探测器在穿越地球等离子体片过程中的观测数据,统计研究了等离子体片中能量离子能量密度的空间分布(氢离子能量范围从40keV到1500keV,氦离子和氧离子从10keV到1500keV),并且给出了离子能量密度在不同地磁活动时期随GSE-Z向分布的剖面.研究表明能量离子的能量密度以及能量密度的梯度与地磁活动指数kp之间存在近似线性的关系.观测结果表明形成这种分布变化的主要原因是在地磁活动期间在电流片附近离子能量密度的增加,特别是其中的重离子成分增加更为显著.本文通过一个简化的电流片模型的数值计算,定性地研究了形成能量离子空间分布的机理.计算表明重离子在电流片中可以获得更多的能量,电流片加速可能是形成能量密度分布变化的一种可能的机制.

关键词：能量离子等离子体片 Kp指数电流片