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973 计划第三课题 日冕行星际大尺度结构扰动及其预报模式 2011.1.1 – 2015.8.31

973 计划第三课题 日冕行星际大尺度结构扰动及其预报模式 2011.1.1 – 2015.8.31 汪毓明 1 、张军 2 、姜云春 3 、郑惠南 1 、周桂萍 2 、林隽 3 、申成龙 1 、李乐平 2 1 中国科学技术大学 2 中国科学院国家天文台 3 中国科学院云南天文台 2011-01-14 南京. 研究对象： 大尺度结构 研究区域： 日冕 - 行星际空间.

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973 计划第三课题 日冕行星际大尺度结构扰动及其预报模式 2011.1.1 – 2015.8.31

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  1. 973计划第三课题 日冕行星际大尺度结构扰动及其预报模式 2011.1.1–2015.8.31 汪毓明1、张军2、姜云春3、郑惠南1、周桂萍2、林隽3、申成龙1、李乐平2 1 中国科学技术大学 2 中国科学院国家天文台 3 中国科学院云南天文台 2011-01-14 南京

  2. 研究对象： 大尺度结构 研究区域： 日冕 - 行星际空间 我们的主线：研究CME 与其它太阳活动（如耀斑、日珥爆发等）之间的关系，CME 本身从爆发到在行星际空间传播各个阶段的观测特征、演化规律、物理机制及其伴随现象（如激波、磁云等）；探讨CME 的触发、对地有效性和日冕激波强度等的预报方法和模式

  3. 我们试图回答4方面问题（即4方面研究内容） CME是怎么形成和触发的，它与其他太阳活动有何关系？ 被触发的CME速度有多快，加速度有多大？ CME能否驱动激波，驱动的激波有多强？ 哪些CME在行星际空间表现为磁云， 它们能否到达地球，到达地球后能造成多强的地磁扰动？

  4. CME是怎么形成和触发的，它与其他太阳活动有何关系？CME是怎么形成和触发的，它与其他太阳活动有何关系？ • CME触发机制和前兆特征研究 • 深入理解CME 爆发前后的太阳大气环境和三维磁场结构， • 研究CME 在触发过程中与耀斑和暗条爆发等现象的关系， • 探讨小尺度活动与大尺度爆发之间的物理联系， • 寻求CME 爆发的前兆特征和可用于预报的观测量。

  5. 被触发的CME速度有多快，加速度有多大？ • CME动力学及其决定因素研究 • 分析CME 初发阶段的加速机制及其能量来源， • 探讨CME 在内日冕的形成与传播过程中动力学特性的演化规律， • 研究CME 速度和加速度大小与太阳表面源区特征的关系。

  6. CME能否驱动激波，驱动的激波有多强？ • CME驱动激波的形成和演化研究 • 探索CME 驱动激波的条件， • 发展激波强度预测的理论模型， • 研究日冕激波表面压缩比和强度的分布规律， • 分析引起II 型射电暴和高能质子事件的高能电子和质子的有效加速区域。

  7. 哪些CME在行星际空间表现为磁云， 它们能否到达地球，到达地球后能造成多强的地磁扰动？ • CME与行星际磁云的关系及对地有效性研究 • 分析CME 在日冕中的形态和动力学特性与1AU 处磁云特征参数的关系， • 研究与磁云和非磁云ICME 对应的CME 的异同点，初步归纳出表现为磁云的CME 的早期特征。 • 分析CME 在大尺度背景磁场和太阳风作用下的偏转传播规律，给出CME 能否到达及何时到达地球的预报模式， • 探索预报磁云轴向和磁场强度的方法，寻求利用CME 早期演化过程中的参数来预测地磁扰动强度的方法。

  8. 所需解决的关键科学问题有： 1） 全日面矢量磁场演化规律与日冕磁场位形的确定， 2） CME 过程中小尺度爆发现象与内冕大尺度结构的联系， 3） CME 形态和运行轨迹的三维重构， 4） CME 动力学参数提取， 5） 日冕激波的认证与参数诊断， 6） II 型射电暴源区位置的确认， 7） 行星际磁云的边界确认与几何参数的准确提取。 特色与创新点：以发展预报方法和模式为牵引和目的，以最新的观测数据和分析手段为基础，研究相关的物理现象和机制。 1） 将高精度全日面矢量磁场观测用于日面磁场演化与日冕磁场外推研究， 2） 对 CME、日珥、冕环等进行多视角立体研究， 3） 利用白光日冕的观测、射电暴频谱和磁场外推来诊断和研究日冕激波特性， 4） 在行星际磁云拟合中考虑磁云的膨胀以更准确地提取磁云参数， 5） 将初步获得 CME 从形成传播到影响地球各个阶段的预报方法或模式。

  9. 整体目标：深入理解CME 和激波等日冕行星际大尺度等离子体结构扰动的形成和演化规律及内在的物理机制；建立基于观测的CME 触发、CME/磁云的对地有效性、激波强度等的初步理论模型或经验预报模式；同时为相关的基于物理的数值预报奠定必要的观测和理论基础。 • 预期可取得的进展和突破有： • 基本物理过程方面， • CME 过程中的三维磁通量系统的重构规律， • CME 爆发期间的能量释放和转移机理， • CME 在日冕行星际空间传播期间的热/动力学过程， • 日冕激波的形成、演化和强度分布规律； • 预报方法和模式方面， • CME 触发的经验预报模式， • CME/磁云的对地有效性预报模式， • 日冕激波强度的预报模式 • 预期发表高质量论文约50篇

  10. 相关研究工作已经展开 Yang, S. H., Zhang, J., Li, T., & Ding, M. D., Vector magnetic fields and current helicities in coronal holes and quiet regions, ApJ, 726, 49, 2011. G. P. Zhou, J. X. Wang, & C. L.Jin, Solar Intranetwork Magnetic Elements: Evolution and Lifetime, Sol. Phys., 267, 63-73, 2010 G. P. Zhou, C. J. Xiao, J. X. Wang, M. S. Wheatland, & H. Zhao, A current sheet traced from the Sun to interplanetary space, A&A, 525, A156,2011 Zheng, R., Y. Jiang, Yang, L., Bi, Y., The Coronal Mass Ejection associated with the loop eruption and coronal dimmings on 2009 December 13, APSS, Accepted, 2011 Yi Bi, Yunchun Jiang, Liheng Yang, Ruisheng Zheng, Nonradial Eruption of a kinking filament observed from STEREO, New A, Accepted, 2011 Yang, Jiayan，Yunchun Jiang, Ruisheng Zheng, quadrupolar dimmings during  a partial-halo coronal mass ejection event, Sol. Phys., Accepted, 2011 Yuming Wang, Caixia Chen, Bin Gui, Chenglong Shen, Pinzhong Ye, and S. Wang, Statistical study of CME source locations: I. Understanding of CMEs viewed in coronagraphs, JGR, accepted, 2011. Su, Z. P., Xiao, F. L., Zheng, H. N., and Wang, S., Radiation belt electron dynamics driven by adiabatic transport, radial diffusion, and wave-particle interactions, JGR, accepted, 2011.

  11. A current sheet traced from the Sun to interplanetary space • (G. P. Zhou, C. J. Xiao, J. X. Wang, M. S. Wheatland & H. Zhao, 2011, A&A, 525, A156) 行星际电流片 横向电流片 垂直电流片

  12. CME触发及其与暗条和耀斑的关系 2002.09.17日,暗条(黑色曲线)从AR10114的中性线PIL上(其径向方向沿粉红虚线)爆发，产生一个耀斑，一个CME (沿粉红实线) ，以及四个dimming区D1-D4(红色曲线)。与PFSS得到的日冕磁场位形比较后发现，两个明显的磁环系L1（绿色曲线）和L2（橙色曲线）扎根于这四个dimming区，故我们将它们定义为四极dimming区。注意到CME方向明显偏离耀斑位置，而D4是一远区dimming，L2可能在爆发耀斑产生CME的过程中起引导作用(2011, Sol. Phys., Accepted)。

  13. 正确解读日冕仪看到的瞬时增亮结构——CME • (Wang, et al., JGR, accepted, 2011) http://space.ustc.edu.cn/dreams/cme_sources/ 通过源区位置信息，探讨了4个科学问题 Missing rate of CMEs：32%正面CME无法通过SOHO正确识别 Mass of CMEs：瞬时增亮结构很大一部分是被压缩的太阳风 Cause of Halo CMEs：除投影效应外，超强的爆发也是主要原因，占25% Deflections of CMEs：低年期间62%往赤道偏转，也有个别向极区偏转；偏转类型可分成3类。

  14. 恳请批评指正！ 谢谢！

  15. 冕洞内的矢量磁场和电流螺度 (2011, ApJ, 726, 49) 杨书红,张军,李婷,丁明德 利用Hinode/SP数据，我们研究了冕洞内的矢量磁场、电流和电流螺度，并将其与宁静区进行了对比。我们发现：（1）冕洞和宁静区电流螺度大的地方均对应于强的纵场和横场区域；（2）冕洞内的横场、磁倾角、电流和电流螺度均高于宁静区；（3）综合考虑冕洞和宁静区，平均电流和电流螺度分别为0.008 A m-2和0.005 G2 m-1；（4）当纵向磁场强于100高斯时，冕洞和宁静区的平均电流约为0.012 A m-2，与耀斑多发的活动区的电流强度相当；（5）冕洞和宁静区磁场都是非势的。

  16. Solar intranetwork magnetic elements: evolution and lifetime (G. P. Zhou, J. X. Wang, C. L. Jin Sol. Phys. 267, 63, 2010) 磁元寿命分布（星号）及 指数拟和（实线） 磁元的多种演化模式 追踪2282个磁元，其演化方式有局地浮现，成群浮现、分裂、合并、对消。 得到起平均寿命为2.9±2.0 min. 最小二乘法拟合得到的1/e特征寿命为2.1±0.3 min 。 经估计网络内磁元能提供全日面的日冕加热能量。

  17. 电子辐射带模式 • 控制辐射带演化的部分物理过程 [Friedel et al., 2002] • 绝热输运 (AT) • 波粒相互作用 (WP) ，径向扩散 (RD)， 磁层对流 (MC) 七种当前流行的辐射带模型的比较 Su, Z. P., et al., JGR, accepted, 2011

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