用甚低频方法预测太阳高能粒子沉降的研究

摘要

太阳高能粒子沉降对地球的危害极大，采取有效办法对其进行提前预报具有重大意义。本文针对目前国内外预测太阳高能粒子沉降的方法的缺陷，提出了一种受天气变化影响较小、成本较低的甚低频法预报太阳高能粒子沉降事件。
　　太阳耀斑爆发时释放的大量X射线会破坏电离层D层的电离度，造成低电离层等效高度发生变化，致使在地——低电离层波导中传播的甚低频(VLF)信号相位出现突然相位异常(SPA)现象。本文利用VLF信号的相位异常幅度，反推低电离层等效高度变化量，进而判断太阳耀斑爆发时X射线峰值流量，最后根据太阳耀斑与高能粒子沉降事件的相关性，对太阳高能粒子沉降事件的发生情况进行预测。
　　实验观测了1991年全年奥米茄导航系统G台和E台至南极中山站这两条传播路径上VLF信号发生SPA现象的时间与幅度，通过与美国国家地球物理数据中心发布的GOES卫星观测的太阳耀斑发生情况进行对比分析发现，当VLF信号观测路径有一部分处于白天时段时，其相位对太阳耀斑的发生就非常敏感，VLF信号相位异常的时间几乎与太阳耀斑发生的时间同步，并且相位异常幅度与太阳耀斑级别正相关。由VLF相位的异常幅度可计算出低电离层等效高度下降量，然后利用MATLAB中最小二乘法的原理对低电离层等效高度下降量与X射线峰值流量之间的相关性进行拟合，结果得出两者之间呈指数关系。
　　经VLF法对太阳耀斑和高能粒子沉降发生情况进行观测研究发现，太阳风的速度大约为600～800km/h，太阳高能粒子沉降通常在太阳耀斑爆发后50～70小时才能到达地球附近。这表明，仅根据VLF信号的相位异常幅度，便可很方便的对太阳耀斑的发生情况做出相对及时、准确的判断，进而对太阳高能粒子沉降的发生时间做出至少提前2～3天的预报，证明了用VLF方法预测太阳高能粒子沉降的可行性。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 课题研究背景

1．1．1 太阳活动基本知识

1．1．2 太阳高能粒子沉降

1．2 国内外研究现状

1．3 课题研究意义

1．4 论文结构安排

第二章 VLF信号的传播分析

2．1 无线电波的传播方式及频段划分

2．2 VLF信号在空间中的传播规律

2．3 本章小结

第三章 X射线与太阳高能粒子沉降的相关性

3．1 引起太阳高能粒子沉降事件的原因对比

3．2 太阳耀斑的级别划分

3．3 电离层的结构及特点

3．4 X射线突然增多对电离层及VLF信号的影响

3．5 本章小结

第四章 利用VLF方法预测太阳耀斑级别

4．1 VLF信号相位变化情况观测

4．1．1 VLF信号的相位观测系统

4．1．2 VLF信号发射台和观测地点的选择

4．1．3 大圆路径的计算

4．1．4 VLF信号相位观测情况分析

4．2 低电离层等效高度下降量的计算

4．3 太阳耀斑级别与低电离层等效高度下降量之间的相关性

4．4 本章小结

第五章 太阳高能粒子沉降的监测和预报

5．1 太阳高能粒子沉降的VLF法监测

5．2 太阳高能粒子沉降的VLF法预报

5．3 本章小结

第六章 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

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