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        《中國科學技術大學》 2011年
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        日冕物質拋射在太陽大氣中的運動學研究

        桂彬  
        【摘要】:日冕物質拋射(CME)是太陽大氣中一種劇烈爆發現象,是與空間天氣事件關系最為緊密的太陽活動。CME是非重現性地磁暴和緩變型太陽高能粒子事件的驅動源。CME的速度會影響它驅動激波的能力以及它到達地球磁層的時間,而CME的傳播方向會影響它能否到達地球磁層。因此研究CME在太陽大氣中的運動學特征,對更好地理解CME的空間天氣效應以及對空間天氣事件進行預報有著較為重要的意義。本文主要利用STEREO衛星的CME觀測資料以及Thcrnisien et al. [2006,2009]提出的磁通量管狀的CME模型(the Graduated Cylindrical Shell model,GCS),對CME在太陽大氣中的運動學特征進行研究。 STERERO衛星的雙點觀測,首次提供了對CME的三維空間結構及位置進行重構的機會。我們通過兩個典型的CME事件(2008年4月9日CME事件和2008年12月12日CME事件),介紹了GCS模型在CME三維重構中的應用,并分析了可能帶來的誤差。進一步我們利用GCS模型分析了CME的三維速度,通過比較兩種投影修正方法得到結果與GCS模型給出結果的差別,說明了投影修正方法在討論CME運動學特征時的局限性,同時也給出了兩種投影修正方法的適用范圍。我們對2007-2008年間STEREO衛星觀測到的21個結構清晰的CME事件進行了分析,比較了STEREO A星和B星觀測到的CME投影速度、兩種投影修正方法得到的修正速度(Vm)以及GCS模型獲得的三維速度。其中用于比較的兩種修正方法分別是簡單投影修正[Shen et al.,2007]和復雜投影修正[Leblanc et al.,2001]。比較結果表明簡單投影修正只有在日心角距大于50°時,修正速度與三維速度的誤差小于10%,而當日心角距小于50°時,誤差較大,甚至可能達到90%;復雜投影修正的適用范圍更廣,但仍存在一定的適用范圍。在目心角距大于45°時,修正速度與三維速度的誤差小于10%,與簡單投影修正相比,即使在日心距較小,所造成的誤差也在20%以內。另外在日心角距大于65°時,投影速度與三維速度的誤差也在10%以內。以上結果也為我們在單星觀測的條件下,對投影修正結果進行誤差評估提供了依據。 在上述工作的基礎上,我們系統的研究了CME在太陽大氣中的偏轉傳播現象。首先我們利用STEREO B星的觀測數據,分析了發生于2007年10月8日的CME事件在天空平而內運動學過程,該事件發生于日面邊緣,是個邊緣事件,因此受投影效應影響較小。這個事件在傳播早期發生了從高緯到低緯的偏轉,其偏轉幅度大約在30°左右,在隨后的傳播過程中,不再發生明顯的偏轉。通過分析背景磁場的分布情況,發現CME在早期的偏轉是受到背景磁場能量分布的影響。CME在背景磁能密度梯度的作用下,從高磁能密度區域向低磁能密度區域發生偏轉。由此我們建立了第一個定量描述CME在日冕中偏轉傳播的理論模型:磁能密度梯度模型(Magnetic Energy Density Gradient Model;MEDG Model)。 進一步,我們利用STEREO A、B兩顆衛星的聯合觀測,以及GCS模型對CME三維結構的重構,研究了2007年11月到2008年底之間的10個CME在太陽大氣中偏轉傳播的統計特性。發現8個CME事件在傳播過程中發生了明顯的偏轉,而且偏轉不僅存在于緯度方向上,同時也存在于經度方向上。通過比較CME偏轉與背景磁能密度的分布,發現這些CME均從高磁能密度區域向低磁能密度區域偏轉。進一步的定量分析發現,CME在內日冕(4 Rs以下)的偏轉較為明顯,CME偏轉方向與負磁能密度梯度的方向有較好的一致性,CME的偏轉率與負磁能密度梯度的大小也存在較好的正相關性,相關系數為0.85,即磁能密度梯度越強,CME的偏轉率越高。同時CME的速度與偏轉率之間有著較弱負相關性,相關系數為0.6,即CME傳播速度越快,偏轉率越低。這些統計結果進一步說明了CME在日冕中的偏轉傳播現象可用磁能密度梯度模型來定量描述,而這一模型對我們建立完整的CME對地有效性預報模式具有極其重要的價值。
        【學位授予單位】:中國科學技術大學
        【學位級別】:博士
        【學位授予年份】:2011
        【分類號】:P182.6

        【引證文獻】
        中國期刊全文數據庫 前1條
        1 董麗花;丁留貫;陳小蘭;曹鑫鑫;;2012年1月23日SEP事件的“twin-CME”爆發現象[J];廣西師范大學學報(自然科學版);2014年03期
        【共引文獻】
        中國期刊全文數據庫 前10條
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        中國重要會議論文全文數據庫 前10條
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        中國博士學位論文全文數據庫 前10條
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        中國碩士學位論文全文數據庫 前10條
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        6 邵承文;日冕物質拋射(CME)的射電研究[D];中國科學院研究生院(云南天文臺);2005年
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        【同被引文獻】
        中國期刊全文數據庫 前1條
        1 陳耀;;日冕動力學研究進展:冕流、日冕物質拋射及其相互作用[J];科學通報;2013年17期
        中國博士學位論文全文數據庫 前2條
        1 程鑫;日冕物質拋射起源、結構和演化的研究[D];南京大學;2012年
        2 鄭瑞生;利用SDO高時空分辨率資料對小尺度日冕極紫外波的觀測研究[D];中國科學院研究生院(云南天文臺);2012年
        【相似文獻】
        中國期刊全文數據庫 前10條
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        4 紀樹臣,張柏榮,黃占奎;Ⅲ型爆發及其在太陽大氣行星際等離子體中的傳播[J];天文學進展;1990年03期
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        中國重要會議論文全文數據庫 前10條
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        6 桂彬;日冕物質拋射在太陽大氣中的運動學研究[D];中國科學技術大學;2011年
        7 劉凱;爆發日珥和太陽耀斑的觀測研究[D];中國科學技術大學;2013年
        8 章敏;太陽過渡區爆發事件的紫外譜線學研究[D];中國科學技術大學;2010年
        9 夏莼;日珥形成的數值模擬研究[D];南京大學;2012年
        10 黃燦;無碰撞磁場重聯中的電子動力學[D];中國科學技術大學;2012年
        中國碩士學位論文全文數據庫 前8條
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        2 劉凱;與CME相關的日冕暗化的EUV觀測研究[D];中國科學技術大學;2009年
        3 陳延軍;日冕磁片所支持的駐立扭曲模與臘腸模:流動的效應[D];山東大學;2013年
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        5 馬霞;小波分析在太陽射電觀測數據處理中的應用[D];西安電子科技大學;2004年
        6 周桂萍;日冕物質拋射和太陽表面活動的關系[D];安徽大學;2003年
        7 楊恒磊;邊界擾動驅動磁場重聯[D];大連理工大學;2006年
        8 葉妮;太陽磁場變化及其與宇宙線日影的關聯[D];西南交通大學;2012年
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