弧狀極光事件檢測(cè)及其物理發(fā)生機(jī)制研究.pdf

1、極光是地球高緯地區(qū)磁層的高能帶電粒子和中性粒子發(fā)生碰撞后產(chǎn)生的大氣發(fā)光現(xiàn)象，還是一種由太陽(yáng)風(fēng)、磁層和電離層相互耦合造成的物理過(guò)程。人們通過(guò)對(duì)極光形態(tài)及其演化過(guò)程的系統(tǒng)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)不同形態(tài)的極光圖像能夠反映出不同的物理過(guò)程。弧狀極光是日側(cè)極光的一個(gè)重要形式，它的發(fā)生和分布與地磁活動(dòng)和磁層中的脈動(dòng)現(xiàn)象相關(guān)?；诖?，本文系統(tǒng)地研究了弧狀極光事件的檢測(cè)及其物理發(fā)生機(jī)制。
　　首先，針對(duì)已有的弧狀極光檢測(cè)方法處理整幅圖像時(shí)包含未拍攝到極光的區(qū)

2、域帶來(lái)的冗余性，提出一種基于環(huán)形局部方向模式特征（RLDP）的弧狀極光分類方法。該方法先將圖像進(jìn)行局部方向模式（LDP）編碼得到LDP圖像，將其劃分成極坐標(biāo)系中的多個(gè)環(huán)形區(qū)域，再對(duì)LDP圖像按環(huán)形區(qū)域進(jìn)行特征提取及自動(dòng)調(diào)節(jié)譜聚類。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相較于其它弧狀極光特征提取方法，用環(huán)形局部方向模式特征提取方法可以更準(zhǔn)確地檢測(cè)出弧狀極光序列的發(fā)生和結(jié)束時(shí)刻。
　　其次，針對(duì)弧狀極光序列的檢測(cè)問(wèn)題，提出一種基于環(huán)扇形分塊SRLDP的弧狀極

3、光序列檢測(cè)方法。該方法先按照極光序列在時(shí)間域的前后關(guān)系，提取出極光序列最突出的方向值表示為序列局部方向模式（SLDP）圖像；然后將其劃分成極坐標(biāo)系中的多個(gè)環(huán)扇形區(qū)域，再按環(huán)扇形區(qū)域進(jìn)行特征提取及自動(dòng)調(diào)節(jié)譜聚類，來(lái)檢測(cè)弧狀極光序列。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用此特征提取方法表示的極光序列特征，能夠得到更好的檢測(cè)效果。
　　最后，針對(duì)弧狀極光物理發(fā)生機(jī)制的研究問(wèn)題，分別提出了基于梯度方向直方圖（HOG）均值的弧狀極光檢測(cè)方法和基于扇形分塊的弧狀極

4、光檢測(cè)方法。前者通過(guò)提取極光圖像的梯度方向直方圖特征均值，調(diào)節(jié)閾值來(lái)檢測(cè)弧狀極光；后者通過(guò)將圖像劃分為扇形區(qū)域并求其亮度均值，用均值差進(jìn)行弧狀極光檢測(cè)。利用已有DMSP衛(wèi)星數(shù)據(jù)可以得出，極光發(fā)生時(shí)間段內(nèi)的電子能量通量和電子平均能量的大小會(huì)隨著極光形態(tài)的變化呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。用兩種弧狀極光檢測(cè)方法檢測(cè)得到每個(gè)時(shí)間段內(nèi)弧狀極光的發(fā)生，并分析了弧狀極光發(fā)生與 OMNI數(shù)據(jù)得到的行星際磁場(chǎng)三分量之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，發(fā)生弧狀極光的時(shí)間區(qū)