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太阳耀斑电离层效应的统计分析与模拟研究

作　者: 陈斌
导　师: 刘立波
学　校: 中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所）
专　业: 空间物理学
关键词: 太阳耀斑 TEC GPS 统计分析模拟分析
分类号: P352
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

太阳耀斑是日地空间物理中最重要的现象之一，其主要的表现是太阳耀斑爆发时远紫外辐射(EUV)和X射线辐射迅速增强，引发各种电离层太阳耀斑效应。对电离层太阳耀斑效应的研究将有利于深化对电离层光化学和化学过程的认识，为如何利用电离层手段监测太阳耀斑提供新的思路，因而也具有重要的应用价值。本文利用GOES卫星太阳耀斑观测资料和国际全球定位系统观测网的GPS—TEC资料统计分析太阳耀斑事件引起的电离层电子浓度总含量突然增强(SITEC)现象，并利用一个一维时变电离层理论模型模拟太阳耀斑期间电离层电子浓度的变化特征。得到的主要结果有：1．考虑连续性方程中太阳耀斑对电子产生率和消失率的影响，根据Chapman电离理论，得到太阳耀斑引起的TEC增幅和TEC变化率增幅与太阳耀斑的最大辐射通量成正比，与观测点的Chapman函数成反比。太阳耀斑引起的TEC变化率增幅与太阳耀斑的持续时间有一定相关性。2．统计分析X射线等级大于等于M3.0的太阳耀斑引起的赤道低纬地区以及X射线等级大于等于X1.0的太阳耀斑引起的中纬地区TEC增幅和TEC变化率增幅与太阳耀斑最大辐射通量以及太阳耀斑持续时间的相关性。结果表明，在考虑太阳耀斑日面位置的影响后，太阳耀斑的X射线等级与太阳耀斑引起的TEC增幅和TEC变化率增幅有一定的正相关性。进一步的分析表明，太阳耀斑引起的TEC增幅存在季节变化，冬季期间太阳耀斑引起的TEC增幅较大，夏季期间引起的TEC增幅较小。另外，太阳耀斑持续时间越长，引起的TEC变化率增幅越小，但是当持续时间继续延长时，TEC变化率增幅大小趋于不再改变。3．构建了一个太阳耀斑期间太阳辐射通量变化的简化模型，利用一个一维时变的电离层理论模式，模拟太阳耀斑期间电子浓度高度剖面的变化。结果表明，太阳耀斑引起的电子浓度增加主要集中在115km和250km两个高度附近，其电子浓度增加幅度相当。在一次太阳耀斑过程中，115km高度附近的电子浓度显著增加的高度范围较窄；而250km高度的电子浓度增加高度范围较宽。电子浓度增幅在不同高度上均有季节变化趋势存在，冬季电子浓度增加幅度大，夏季电子浓度增加幅度小；115km高度附近的电子浓度增幅极大值高度冬季最高，250km高度附近的电子浓度增幅极大值高度春秋季最高；250km高度附近的电子浓度增加幅度的季节变化趋势更加明显。模拟结果还表明，随着太阳耀斑持续时间增长，同样强度的太阳耀斑引起的电子浓度变化率增加幅度减小。这与前面统计的结果一致。4．利用模式还模拟分析了不同地方时太阳耀斑引起的电子浓度变化情况。结果表明，太阳耀斑引起的电子浓度变化依赖地方时，并可能有上下午不对称的特点。日出日落时刻太阳耀斑引起的电子浓度增加幅度较小，增加幅度极大值的高度较高，正午时刻太阳耀斑引起的电子浓度增加幅度较大，115km高度处的增加幅度随地方时变化更为明显。日出时刻太阳耀斑引起的电子浓度增加幅度，在300km以下高度大于日落时刻的电子浓度增加幅度，300km以上高度小于日落时刻的电子浓度增加幅度。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
第一节引言  9-13
  §1.1 太阳耀斑对电离层的影响  9-10
  §1.2 太阳耀斑引起的电离层扰动的研究历史及现状  10-11
  §1.3 本文内容概要  11-13
第二节太阳耀斑参数和SITEC参数的获取  13-25
  §2.1 太阳耀斑参数  13-18
    §2.1.1 太阳耀斑简介  13-15
      §2.1.1.1 太阳耀斑的光谱  13-14
      §2.1.1.2 太阳耀斑的分级  14-15
    §2.1.2 卫星提供的太阳耀斑参数  15-16
    §2.1.3 太阳耀斑辐射通量模型  16-18
  §2.2 太阳耀斑期间电子浓度总含量的获取  18-24
    §2.2.1 微分多普勒测量  18-19
    §2.2.2 法拉第旋转测量  19-22
    §2.2.3 GPS探测  22-24
  §2.3 小结  24-25
第三节太阳耀斑参数与SITEC参数的相关统计分析  25-46
  §3.1 理论基础  25-31
  §3.2 太阳耀斑参数与SITEC的统计分析  31-45
    §3.2.1 太阳耀斑事件和GPS观测站的选取  31-32
    §3.2.2 太阳耀斑引起的低纬电离层SITEC参数统计  32-42
    §3.2.3 太阳耀斑引起的中纬电离层SITEC参数统计  42-45
  §3.3 小结  45-46
第四节太阳耀斑期间电子浓度变化的模拟分析  46-59
  §4.1 理论模式的简介  46
  §4.2 模式计算结果  46-48
  §4.3 利用模式分析太阳耀斑参数对电子浓度增幅的影响  48-53
  §4.4 地方时对太阳耀斑引起SITEC强度的模式分析  53-57
  §4.5 小结  57-59
第五节总结  59-61
参考文献  61-66
附录:本文完成的学术论文  66-67
致谢  67

太阳耀斑电离层效应的统计分析与模拟研究

内容摘要

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