【摘要】：空間物理學(xué)是人造衛(wèi)星上天后迅速興起的一門(mén)學(xué)科�？臻g天氣學(xué)作為空間物理學(xué)的一部分,特別是空間災(zāi)害性事件對(duì)人類的生產(chǎn)生活有著極其重要的影響。太陽(yáng)高能粒子(Solar Energetic Particle,SEP)是一類重要的空間災(zāi)害事件,它不但會(huì)導(dǎo)致航天器損害、威脅航天員生命,甚至還會(huì)造成通信中斷導(dǎo)航失靈,影響人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)以及生活。因此如何對(duì)SEP進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)一直是空間天氣學(xué)研究的重要課題之一。當(dāng)前對(duì)于SEP的傳輸過(guò)程,使用的傳輸模型一般以恒定太陽(yáng)風(fēng)速度或Parker螺旋磁場(chǎng)為背景,其優(yōu)勢(shì)在于可以有效地簡(jiǎn)化預(yù)報(bào)過(guò)程從而提高預(yù)報(bào)的時(shí)效性。但隨著計(jì)算機(jī)水平的發(fā)展使人們對(duì)預(yù)報(bào)精度提升有了較高需求,根據(jù)真實(shí)的日球?qū)幼鳛閭鬏敱尘暗哪M將更為重要。本文使用的MHD-SEP模型中,對(duì)SEP的傳輸使用三維MHD太陽(yáng)風(fēng)背景場(chǎng)。該模型的背景場(chǎng)可以反應(yīng)行星際背景太陽(yáng)風(fēng)中的主要物理現(xiàn)象,如1AU以內(nèi)的高速流和低速流之間的相互作用、前向激波和后向激波、激波的相互作用區(qū)、日球?qū)与娏髌娜S結(jié)構(gòu)等,這些均是傳統(tǒng)模型所不能體現(xiàn)的。本文充分利用該模型三維太陽(yáng)風(fēng)背景場(chǎng)的優(yōu)勢(shì),主要進(jìn)行了如下工作:(1)對(duì)平均自由程使用多種求解模型,分析在該模式中的最優(yōu)模型;(2)測(cè)試了該模式下對(duì)影響平均自由程的相關(guān)自由參數(shù)敏感度;(3)在太陽(yáng)活動(dòng)高年與低年對(duì)太陽(yáng)高能粒子的平均自由程進(jìn)行了定性分析。我們使用該模型得到與前人相符的平均自由程的空間分布規(guī)律。并得到了如下結(jié)論:(1)MHD背景場(chǎng)下不同的平均自由程求解模型對(duì)SEP的粒子通量有明顯影響,故選擇適合于模式的求解模型尤為重要,我們使用的求解模型與實(shí)際觀測(cè)更吻合;(2)在MHD背景場(chǎng)中,平均自由程相關(guān)自由的參數(shù)的取值對(duì)粒子的全向通量影響較大,各向異性影響不大,可滿足定性分析的需要,為未來(lái)的定量分析工作打下基礎(chǔ);(3)該模式下可以反應(yīng)平行平均自由程在不同的事件中的空間分布規(guī)律,對(duì)SEP相關(guān)研究有重要的參考價(jià)值;(4)平均自由程與太陽(yáng)風(fēng)徑向速度有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系,這一結(jié)論將SEP與背景太陽(yáng)風(fēng)場(chǎng)聯(lián)系起來(lái),同時(shí)也為加入更復(fù)雜CME的背景太陽(yáng)風(fēng)場(chǎng)下SEP的研究提供基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P35
【圖文】：

圖 1.1 年份-緯度太陽(yáng)黑子變化圖（蒙德蝴蝶圖），從中緯度開(kāi)始，太陽(yáng)黑子的分布情況在周期過(guò)程中向赤道移動(dòng)，在周期結(jié)束時(shí)接近赤道Figure 1.1 Time-latitude plot of sunspots (Maunder butterfly diagram) ,start from middlesolar latitudes, migrates equatorward in the course of the cycle and are close to the equatorat the end of the cycle空間天氣在 80 年代末 90 年代初被提出來(lái)，是指在太陽(yáng)表面、日地空間和地球磁場(chǎng)、高層大氣中能夠影響天地基技術(shù)系統(tǒng)性能與可靠性、危及人類健康與生命的變化物質(zhì)條件綜合狀況。在經(jīng)歷了第 23 個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周（1996-2008），一連串的衛(wèi)星失敗、供電網(wǎng)絡(luò)崩潰、GPS 系統(tǒng)廣泛應(yīng)用和被干擾，以及“萬(wàn)圣節(jié)事件”后，國(guó)家、政府、社會(huì)均開(kāi)始對(duì)空間天氣引起重視，并意識(shí)到空間環(huán)境誘發(fā)的災(zāi)害將隨技術(shù)的發(fā)展而日益嚴(yán)重。在 1994 年，為了解決空間環(huán)境對(duì)技術(shù)系統(tǒng)的可

第 1 章 引言輸條件會(huì)有顯著改變，使得對(duì)緩變型事件的建模難度更大。緩變型 SEP 事件通常與快速的 CME 相關(guān)（Kahler，2001），快速的 CME 驅(qū)動(dòng)的行星際激波對(duì)粒子加速有很大作用，提前幾天或幾小時(shí)預(yù)測(cè)大型緩變型 SEP 事件有一定的必要。如下圖 1.1，為一個(gè) SEP 事件的模擬流程。

圖 1.3 銀河宇宙線平行平均自由程與粒子剛度的關(guān)系，實(shí)心表示電子觀測(cè)結(jié)果，空心表示質(zhì)子的觀測(cè)結(jié)果。圓圈表示實(shí)際值, 向上的三角形表示下限值。陰影帶是 Palmer(1982)提出的觀測(cè)的結(jié)論。虛線代表了標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)線性理論對(duì)平板幾何條件下靜磁場(chǎng)無(wú)耗散湍流的預(yù)測(cè)(Bieber，1996)Figure 1.3 Cosmic-ray parallel mean free path vs. particle rigidity. Filled and open symbolsdenote results derved from electron and proton observations, respectively. Circles andupward-pointing triangles denote actual values and lower-limit values, respectively. Theshaded band is the observational consensus enunciated by Palmer(1982). The dotted linerepresents the prediction of standard quasi-liner theory for magnetostatic, dissipationlessturbulence with slab geometry(Bieber，1996).上述“平板模型”的幾何模型是軸對(duì)稱的，前人對(duì)非軸對(duì)稱的的粒子散射同樣進(jìn)行了廣泛的討論，有下列幾種模型：各向同性模型（Hasselmann et al.，1968；Fisk et al，1974；Kunstmann，1979），斜波模型（Lee et al.，1975；Jones et al.，

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本文編號(hào)：2747718