日冕物質(zhì)拋射在太陽大氣中的運動學研究.pdf

1、日冕物質(zhì)拋射（CME）是太陽大氣中一種劇烈爆發(fā)現(xiàn)象，是與空間天氣事件關(guān)系最為緊密的太陽活動。CME是非重現(xiàn)性地磁暴和漸進型太陽高能粒子事件的驅(qū)動源。CME的速度會影響它驅(qū)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(wèi)星的CME觀測資料以及Thernisien

2、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(wèi)星的雙點觀測，首次提供了對CME的三維空間結(jié)構(gòu)及位置進行重構(gòu)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(gòu)中的應用，并分析了可

3、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，并討論了兩種投影修正方法的適用范圍。我們對2007-2008年間STEREO衛(wèi)星觀測到的21個結(jié)構(gòu)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.,20

4、01]。比較結(jié)果表明簡單投影修正在日心角距大于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，在日心角距大于45°時，修正速度與三維速度的誤差小于10％，但即使日心距較小，所造成的誤差也在20％以內(nèi)。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(nèi)，這意味著邊緣CME的高度和速度等測量基本不用作投影修正。以上結(jié)果為我們在單星觀測的條件下，

5、對修正結(jié)果進行誤差評估提供了依據(jù)。
　　 在上述工作的基礎(chǔ)上，我們系統(tǒng)的研究了CME在太陽大氣中的偏轉(zhuǎn)傳播現(xiàn)象。首先我們利用STEREO B星的觀測數(shù)據(jù)，分析了發(fā)生于2007年10月8日的CME事件在天空平面內(nèi)運動學過程，該事件發(fā)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(fā)生了從高緯到低緯的偏轉(zhuǎn)，其偏轉(zhuǎn)幅度大約在30°左右，在隨后的傳播過程中，不再發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn)。通過分析背景磁場的分布情況，發(fā)現(xiàn)CME

6、在早期的偏轉(zhuǎn)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(qū)域向低磁能密度區(qū)域發(fā)生偏轉(zhuǎn)。由此我們建立了第一個定量描述CME在日冕中偏轉(zhuǎn)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(wèi)星的聯(lián)合觀測，以及GCS模型對CME三維結(jié)構(gòu)的重構(gòu)，研究了2007年11月到2008年底之間的10

7、個CME在太陽大氣中偏轉(zhuǎn)傳播的統(tǒng)計特性。發(fā)現(xiàn)8個CME事件在傳播過程中發(fā)生了明顯的偏轉(zhuǎn)，而且偏轉(zhuǎn)不僅存在于緯度方向上，同時也存在于經(jīng)度方向上。通過比較CME偏轉(zhuǎn)與背景磁能密度的分布，發(fā)現(xiàn)這些CME均從高磁能密度區(qū)域向低磁能密度區(qū)域偏轉(zhuǎn)。進一步的定量分析發(fā)現(xiàn)，CME在內(nèi)日冕（4 Rs以下）的偏轉(zhuǎn)較為明顯，CME偏轉(zhuǎn)方向與負磁能密度梯度的方向有較好的一致性，CME的偏轉(zhuǎn)率與負磁能密度梯度的大小也存在較好的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.85，即磁能