近地空间高能粒子分布及太阳质子事件短期预报研究

论文摘要

近地空间高能粒子环境严重的影响着人类航天活动。尤其是太阳质子事件,给地球近地轨道运行的航天器带来危险,使卫星载荷仪器上的敏感元件受到损伤,影响仪器乃至整星的使用寿命。因此准确的描述空间高能粒子的分布情况,对太阳质子事件进行有效的预报尤其是短期预报,对于执行太空任务以及协调敏感探测仪器的使用是十分重要的。本文首先讨论了目前国内外对宇宙线的认识和研究进展情况,就太阳平静时地面宇宙线通量与空间高能粒子通量的相关性进行了研究。通过对质子能谱参数与地面中子强度进行大量统计分析,提出了由地面中子强度反演空间高能粒子分布的方法。文中以GOES卫星上350 - 420 MeV、420 - 510 MeV、510 - 700 MeV、> 700 MeV（P8-P11）四能道的高能质子和ACE卫星上的C元素为例来进行介绍,并将反演的数据与测量结果比较,二者符合较好。为了探索这种反演方法在空间辐射环境描述中的应用,同时利用2006年11月和12月份质子通量的反演结果对反演方法进行了验证,证明利用这一反演方法可以从地面中子强度的数据很好地反演出空间质子和重离子的微分通量。针对太阳爆发引起的太阳质子事件,本文综述了目前国内外对质子事件的认识,就太阳质子事件的发生机制、传播过程和造成的恶劣空间辐射环境以及对航天器的危害进行了讨论,对太阳质子事件预报的研究进展进行了分析。最后本文采用GOSE-10卫星上49MeV（P2）、915MeV（P3）、1540MeV（P4）、4080MeV（P5）能段上的质子通量的数据,结合质子能谱,对太阳质子事件发生前各能谱参数的变化特征进行分析,详细介绍利用能谱参数的变化特征及>10MeV的质子通量数据对太阳质子事件进行预报的新方法,并运用这种方法对2002-2006年期间太阳质子事件进行了预报。预报结果显示,预报提前量最多达到100 h以上,对质子事件的报准率达97.5%,预报方法具备一定的有效性和实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 近地空间高能宇宙线粒子环境特点
• 1.2 近地空间高能宇宙线粒子分布模式和太阳质子事件预报
• 第二章 宇宙线基本知识
• 2.1 概述
• 2.2 宇宙线的组成和起源
• 2.3 宇宙线在大气中的传播
• 2.4 宇宙线的太阳调制
• 2.5 宇宙线强度随太阳活动和地磁的变化
• 2.6 由次级宇宙线变化确定初级宇宙线变化
• 第三章 宇宙线模式研究历史与现状分析
• 3.1 Adams 的宇宙线模式
• 3.1.1 银河宇宙线模式
• 3.1.2 太阳宇宙线模式
• 3.2 Badhwar–O’Neill 银河宇宙线模型
• 第四章 地面宇宙线通量与空间高能粒子通量的相关性分析
• 4.1 两变量之间直线相关性的分析方法
• 4.2 空间高能粒子与地面宇宙线通量的相关性分析
• 4.2.1 质子通量与中子监测器计数率的相关性
• 4.2.2 重离子微分通量与中子监测器计数率之间的相关性
• 4.3 小结
• 第五章 由地面中子计数率反演空间高能粒子分布的方法研究
• 5.1 能谱参数的求解方法
• 5.2 对质子微分通量的反演
• 5.2.1 质子能谱参数的求解
• 5.2.2 质子能谱参数特征分析及对质子微分通量的反演
• 5.2.3 方法验证
• 5.3 对C 元素微分通量的反演
• 5.4 小结
• 第六章 太阳质子事件基本知识
• 6.1 太阳质子事件及其特征
• 6.2 太阳质子起源及传输
• 6.3 太阳质子事件的影响
• 6.3.1 辐射损伤效应
• 6.3.2 空间单粒子效应
• 6.3.3 小结
• 6.4 太阳质子事件的预报
• 6.4.1 太阳质子事件的长期预报
• 6.4.2 太阳质子事件的中期预报
• 6.4.3 太阳质子事件的短期预报
• 第七章 太阳质子事件预报研究历史与现状分析
• 7.1 质子事件长期预报模型
• 7.1.1 King 模型
• 7.1.2 JPL 模型
• 7.1.3 ESP模型
• 7.2 质子事件短期预报模型
• 第八章 基于质子强度变化的太阳质子事件短期预报方法研究
• 8.1 数据和太阳质子事件预报方法研究
• 8.1.1 依据及采用的数据
• 8.1.2 质子事件期间质子能谱参数的特征分析
• 8.1.3 利用质子能谱参数的变化特征对质子事件进行短期预报
• 8.2 预报结果分析
• 8.3 小结
• 第九章 总结
• 参考文献
• 硕士学习期间完成和发表的论文情况
• 致谢