太阳高能粒子（SEP）传播数值模拟中的太阳风背景场研究

发布时间：2025-03-15 07:41

　　太阳高能粒子（SEP）的传播和加速机制是空间天气学研究的前沿课题,SEP事件也是一类重要的空间天气灾害性事件。SEP在行星际空间中的传播及演化过程,均与背景太阳风速度和磁场息息相关。先前对SEP传播的数值模拟研究大多以恒定的太阳风速度和Parker螺旋磁场为基础,背景场的设置太过理想。因此,获取更加接近物理真实的太阳风背景场是提高SEP物理模式的关键因素之一。我们的工作基于SEP在行星际空间的传播模型,尝试将Parker太阳风速度解、WIND飞船观测的磁场实时数据、磁流体力学（MHD）模拟得到的三维太阳风速度和磁场数据融入到粒子的传播模型中,研究太阳风速度以及更加真实的磁场分布对SEP在行星际空间中传播的影响。将粒子传播模型中沿径向恒定不变的太阳风速度改为随日心距离r变化的Parker太阳风速度解时,我们发现快太阳风条件下,粒子的全向通量剖面峰值基本不变,但在衰减相期间下降地更快些。分析认为在快太阳风条件下,绝热冷却效应在SEP的衰减相时期发挥了更大的作用,使粒子能量衰减地更快。而在SEP的初始相时期由于扩散效应占主导,可以忽略绝热冷却效应,通量峰值则保持不变。此外,慢太阳风对粒子的通量...

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1两种典型的SEP事件(Aran,2007)

中国科学院博士学位论文──太阳高能粒子(SEP)传播数值模拟中的太阳风背景场研究给出了两种典型的SEP事件。左图为2000年5月1日观测到的与M1.1级耀斑相关的脉冲型SEP事件，从图中可以看出，质子通量的增强只持续了12小时，接下来是相对缓慢的指....

图1.2激波-粒子模型的基本模块(Aran,2007)

然后求解得到SEP的强度、能谱和各向异性等的分布。不同于脉事件，缓变型SEP事件的粒子源是移动的行星际激波，高能粒子在被加速时，可以逃离激波进入太阳风并沿着行星际磁场传播到地球附传播的空间和时间尺度比较大意味着传播条件会有显著改变，这将导事件的建模难度更大。缓变型SE....

图 4 扩散激波加速过程示意图

图4扩散激波加速过程示意图影线为激波面，圆点表示散射元，带有箭头的实线表示加速粒子函数，κ是垂直于激波面的扩散系数，u是流体上游和下游无穷远边界处的分布函数f1和f2图1.3扩散激波加速过程示意图(Melrose,1996)。垂直阴影线为激波面，圆点表示散射元，....

图 7 在有垂直扩散 (实线) 与没有垂直扩散 (虚线) 的情况下，对比 5 MeV 质子的通量和各向异性

图7在有垂直扩散(实线)与没有垂直扩散(虚线)的情况下，对比5MeV质子的通量和各向异性垂线标示激波通过1AU的时刻；两个短垂线标示观测者所在的磁力线与激波面相连的时间段；不同格子里面的图对波被指向不同的方向的情况；源的强度随着径向和角距衰减，S(r/r....

本文编号：4035401