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高能质子能谱特征在日冕物质抛射影响预报中的应用

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地球物理学报 2012年第3期55卷 738-743页

作者：薛炳森中国气象局国家空间天气监测预警中心 100081

日冕物质抛射(CME)的规模和对地有效性是地磁暴预报中重点关注的特征.本项研究的目的是通过对行星际高能质子通量和能谱的特征与演化规律的分析,得到CME对粒子的加速能力,评估CME可能对地磁场造成的影响.在工作中,统计分析了ACE/EPAM的1... 详细信息

日冕物质抛射(CME)的规模和对地有效性是地磁暴预报中重点关注的特征.本项研究的目的是通过对行星际高能质子通量和能谱的特征与演化规律的分析,得到CME对粒子的加速能力,评估CME可能对地磁场造成的影响.在工作中,统计分析了ACE/EPAM的1998—2010年的质子数据,对质子能谱进行了拟合,得到了能谱指数,并对能谱指数及其变化特征所对应的CME和地磁暴进行了相关统计.通过研究发现:(1)能谱指数随着太阳活动水平而变化,高年最大,达到-2.6,而且涨落幅度也达到±0.4,而在太阳活动低年则稳定在-3.0左右;(2)CME对粒子的加速对应着能谱指数的升高,幅度达到20%时,CME引起地磁暴的可能性较大;(3)冕洞高速流到达地球时,高能质子通量也会升高,但能谱指数同时会有下降;(4)以2004年全年的能谱指数为例,对能谱指数在地磁暴预报中的应用进行了评估,结论认为,能谱指数的升高是CME引发地磁暴的必要条件,可以作为地磁暴预报的参数使用.

关键词： CME 加速高能质子能谱指数地磁暴

利用中国GPS站网对地震波引发的大尺度电离层扰动的观测

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地球物理学报 2021年第11期64卷 3925-3932页

作者：郝永强李泉翰郭建广张效信杨光林张东和肖佐北京大学地球与空间科学学院北京100871 国家空间天气监测预警中心北京100081

地震瑞利波在沿地表传输时衰减很慢,其能量在远离震中的区域仍然能够激发大气和电离层扰动.本文利用中国境内的GPS接收机网络观测电离层总电子含量(total electron content,TEC),分析了2011年日本地震后在中国区域上空产生的电离层扰动... 详细信息

地震瑞利波在沿地表传输时衰减很慢,其能量在远离震中的区域仍然能够激发大气和电离层扰动.本文利用中国境内的GPS接收机网络观测电离层总电子含量(total electron content,TEC),分析了2011年日本地震后在中国区域上空产生的电离层扰动.研究发现,瑞利波的能量从地面经大气耦合传输到电离层高度,导致在中国区域上空电离层出现与瑞利波传播同步的TEC扰动.利用中东部的稠密接收机网络,还揭示了扰动的大尺度二维空间结构:瑞利波经过后产生的TEC扰动呈条带状,在中纬度地区沿西北—东南方向排列,而在低纬度大致为东西方向.条带的转向可能与地磁场作用下的中性-离子耦合过程有关,大气波动导致的等离子扰动倾向于沿磁力线方向(向南)传播,从而形成垂直磁力线方向(东西)的波前结构.这是首次在远离震中的区域使用GPS站网研究地震波耦合电离层扰动的大尺度二维空间结构.

关键词：地震电离层扰动 GPS TEC 岩石圈-大气层-电离层耦合

短波红外三维亚像元低层水云散射效应对二氧化碳反演的影响分析

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地球物理学报 2022年第10期65卷 3759-3769页

作者：白文广张鹏卢乃锰张文建马刚漆成莉刘辉中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 北京100081 许健民气象卫星创新中心/国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 北京100081

由于大气短波红外辐射传输散射的复杂性,目前二氧化碳物理反演算法通常假定为晴空平面平行大气.然而通常的云检测算法难以识别视场内亚像元低层水云存在的场景,直接影响了二氧化碳遥感产品的精度.本文基于三维矢量辐射传输计算方法模拟... 详细信息

由于大气短波红外辐射传输散射的复杂性,目前二氧化碳物理反演算法通常假定为晴空平面平行大气.然而通常的云检测算法难以识别视场内亚像元低层水云存在的场景,直接影响了二氧化碳遥感产品的精度.本文基于三维矢量辐射传输计算方法模拟了三维亚像元水云在短波红外1.6μm波段的散射效应,并估算了忽略此散射效应可能引入的二氧化碳反演偏差.结果表明:1.6μm波段云区表现为强反射特征,阴影区表现为减弱特性.忽略三维云散射后,云区视场辐射模拟结果偏低,且相对偏差量随地表反射率的减小、太阳天顶角的升高和云层光学厚度的增大而增大;而阴影区辐射模拟结果将偏高,相对偏差量随太阳天顶角升高、云层光学厚度的增大而增大;在云区和阴影区吸收通道都表现了相对更大的偏差.估算结果显示在低反射率、高太阳天顶角和高云层光学厚度场景中,晴空平面平行假设可能引入高达10~15 ppmv反演误差,远高于观测需求.如何剔除三维云散射影响的观测,或者在反演算法中修正三维云散射效应对于提高二氧化碳反演精度将非常重要.

关键词：三维矢量辐射传输计算短波红外亚像元云散射二氧化碳反演偏差

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低能质子环束流与等离子体相互作用过程的一维混合模拟研究

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物理学报 2015年第10期64卷 139-146页

作者：金远伟王娅冰顾斌赵蕾张效信南京信息工程大学物理系南京210044 南京信息工程大学空间天气研究所南京210044 国家空间天气监测预警中心北京100081

运用一维混合模拟方法,研究了垂直于等离子体磁场入射的低能质子环束流与等离子体的相互作用过程.结果显示:由质子环束流激发的等离子体波首先经历指数式快速增长的线性阶段,随后出现饱和、衰减和相对稳定的非线性阶段.在线性阶段,质子... 详细信息

运用一维混合模拟方法,研究了垂直于等离子体磁场入射的低能质子环束流与等离子体的相互作用过程.结果显示:由质子环束流激发的等离子体波首先经历指数式快速增长的线性阶段,随后出现饱和、衰减和相对稳定的非线性阶段.在线性阶段,质子束投掷角散射使波模共振作用迅速减弱,波的增长很快出现饱和.随后,持续的投掷角散射,使入射质子在速度空间从环状分布渐变为均匀分布,同时初始阶段的右手共振不稳定性逐渐消失,在最后相对稳定阶段只存在阿尔芬波.研究发现,背景等离子体的有效加热始于非线性阶段,等离子体波的形成有助于将质子束动能转换为背景等离子体的热能.

关键词：低能质子环束流等离子体波动等离子体加热一维混合模拟

用径向基函数神经网络方法预报太阳黑子数平滑月均值

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地球物理学报 2008年第1期51卷 31-35页

作者：赵海娟王家龙宗位国唐云秋乐贵明中国气象局国家空间天气监测预警中心中国科学院国家天文台北京100012

简单介绍了径向基函数神经网络方法的原理和应用,发展了用径向基函数(RBF)对平滑月平均黑子数进行预报的方法.用不同的数据序列对网络进行训练,对未来8个月的平滑月平均黑子数进行预报.用该方法对第23周开始后的平滑月平均黑子数进行逐... 详细信息

简单介绍了径向基函数神经网络方法的原理和应用,发展了用径向基函数(RBF)对平滑月平均黑子数进行预报的方法.用不同的数据序列对网络进行训练,对未来8个月的平滑月平均黑子数进行预报.用该方法对第23周开始后的平滑月平均黑子数进行逐月预报,并与实测值进行比较,结果表明随着预报实效的延长预报误差被逐渐放大,该方法可以较准确地做出未来4个月的预报,绝对误差可以控制在20以内,标准差为4.8,相对误差控制在38%以内,大部分相对误差不超过15%(占总预报数的89%),具有较好的应用价值.用于网络训练的样本数量对预报结果会产生一定的影响.

关键词：太阳活动预报预报方法太阳黑子数神经网络

由高能电子引发的风云二号C星跳变事件概率分析

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空间科学学报 2012年第3期32卷 430-434页

作者：闫小娟薛炳森国家卫星气象中心北京100081 国家空间天气监测预警中心北京100081

通过对地球同步轨道高能电子监测数据(来自GOES)与风云二号卫星跳变事件的对比分析发现,跳变事件均发生在高能电子增强事件即所谓高能电子暴期间,因此初步断定,跳变事件与高能电子引起的卫星介质深层充放电事件有关.通过对不同通量高能... 详细信息

通过对地球同步轨道高能电子监测数据(来自GOES)与风云二号卫星跳变事件的对比分析发现,跳变事件均发生在高能电子增强事件即所谓高能电子暴期间,因此初步断定,跳变事件与高能电子引起的卫星介质深层充放电事件有关.通过对不同通量高能电子增强事件期间所发生的跳变事件发生率进行量化计算,给出跳变事件发生概率的计算方法,为卫星在轨运行管理及防护提供参考.

关键词：高能电子风云二号卫星跳变事件概率

FY2G卫星新一代高能带电粒子探测器观测数据分析

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地球物理学报 2016年第9期59卷 3148-3158页

作者：王春琴孙越强张坤毅荆涛张焕星李嘉巍张效信韦飞沈国红黄聪梁金宝史春燕中国科学院国家空间科学中心北京100190 天基空间环境探测北京市重点实验室北京100190 国家空间天气监测预警中心北京100081

风云二号系列卫星是我国开展动态空间天气事件和空间环境监测及预警业务的重要观测平台,各系列星上均安装有高能带电粒子探测仪器开展卫星轨道空间带电粒子辐射环境连续实时的动态监测.FY2G卫星于2015年1月发射,星上采用了全新的高能粒... 详细信息

风云二号系列卫星是我国开展动态空间天气事件和空间环境监测及预警业务的重要观测平台,各系列星上均安装有高能带电粒子探测仪器开展卫星轨道空间带电粒子辐射环境连续实时的动态监测.FY2G卫星于2015年1月发射,星上采用了全新的高能粒子探测器,包括：一台高能电子探测器可监测200keV-〉4 MeV的高能电子,一台高能质子重离子探测器可监测4-300 MeV的高能质子,从而实现对带电粒子更宽、更精细能谱的监测.本文给出了FY2G高能带电粒子探测器在2015年1月至2015年10月期间几起典型的带电粒子动态观测结果,结合太阳和地磁活动相关参数,对高能带电粒子通量在亚暴、磁暴和太阳爆发等扰动影响下细节变化过程和特征作出了较为详细的分析描述,展现了FY2G卫星高能带电粒子探测器对轨道空间粒子环境动态变化的准确响应能力,表明观测数据可开展更加精细的轨道粒子环境评估.针对FY2G高能带电粒子探测结果进一步开展了与GOES系列卫星同期观测的比对分析,结果反映出在较小的扰动条件下多星观测到的带电粒子响应和通量变化可基本趋于一致或保持相对稳定的偏差,而扰动条件的显著变化会加大多星观测带电粒子响应和通量变化的差异,这些结果可为今后开展多星数据同化应用提供参考,也为发展磁层对扰动响应的更加复杂的图像提供了新的可能.

关键词： FY2G卫星高能电子高能质子地球同步轨道

基于活动区面积统计的F10.7指数预报方法

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空间科学学报 2019年第5期39卷 582-590页

作者：叶茜宋乔薛炳森国家空间天气监测预警中心北京100081 中国气象局空间天气重点开放实验室北京100081

太阳10.7cm射电流量(F10.7)是反映太阳整体活动的重要指标,其主要源头是日面活动区.F10.7指数与日面活动区具有显著的相关性,且不同面积的活动区与F10.7并不遵循相同的线性关系.为进一步提高F10.7预报的准确性,利用日面活动区面积与F10.... 详细信息

太阳10.7cm射电流量(F10.7)是反映太阳整体活动的重要指标,其主要源头是日面活动区.F10.7指数与日面活动区具有显著的相关性,且不同面积的活动区与F10.7并不遵循相同的线性关系.为进一步提高F10.7预报的准确性,利用日面活动区面积与F10.7的相关性,依据面积大小分类,提出F10.7的预报公式并进行验证.采用2008-2018年SWPC(Space Weather Prediction Center)公布的活动区面积数据和CSWFC(Canadan Space Weather Forecast Center)公布的F10.7实测数据计算预报公式系数,利用高年(2003年)和低年(1997年)的F10.7预报验证其结果.研究结果表明,预报结果与实测值的相关系数分别为0.9318和0.9295,二者皆优于SWPC同时期的预报结果(相关系数分别为0.9186和0.8771).本研究首次基于活动区的变化预测了F10.7,提高了F10.7预测的准确性.

关键词： F10.7预报活动区面积太阳预报

应用GNSS TEC技术观测行星际激波对等离子体层的压缩

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中国科学：技术科学 2018年第8期48卷 853-862页

作者：郝永强李泉翰张东和肖佐杨光林黄聪北京大学地球与空间科学学院北京100871 中国气象局国家空间天气监测预警中心北京100081

2015年3月17日一个强太阳风激波到达地球,同时地面GPS接收机网络观测到TEC的突然变化,在Hao等人(2017)的工作中把TEC变化初步归因于激波对向阳面磁层的压缩,本文进一步分析北斗接收机和更高时间分辨率的GPS接收机的观测,并推断等离子体... 详细信息

2015年3月17日一个强太阳风激波到达地球,同时地面GPS接收机网络观测到TEC的突然变化,在Hao等人(2017)的工作中把TEC变化初步归因于激波对向阳面磁层的压缩,本文进一步分析北斗接收机和更高时间分辨率的GPS接收机的观测,并推断等离子体沿垂直地磁场磁力线的方向朝向地球运动,会在低纬赤道面附近形成一个等离子体汇聚的区域,所有穿过该区域的GPS和北斗卫星信号都会观测到TEC的变化.此外,本文考察了多个LEO卫星上搭载的GPS接收机观测,没有发现相关的TEC扰动,原因可能是事件发生的瞬间LEO卫星没有处于最佳的观测位置.通过考察上述多种观测数据,我们认为GNSS TEC技术可用于对激波压缩磁层过程的遥感观测,未来有望成为卫星实地探测技术的有效补充.

关键词：总电子含量(TEC) 磁层压缩行星际激波