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利用深度学习实现Dst指数短期业务预报
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作者 牛犇 黄智 《空间科学学报》 北大核心 2025年第1期91-101,共11页
由太阳活动引发的磁暴事件会导致地球磁场产生剧烈变化,进而影响通信、导航、电力等工程应用系统的服务性能.在空间物理领域通常利用Dst指数表征磁暴强度的变化,本文提出一种基于卷积神经网络(CNN)、门控循环单元(GRU)和长短时记忆网络(... 由太阳活动引发的磁暴事件会导致地球磁场产生剧烈变化,进而影响通信、导航、电力等工程应用系统的服务性能.在空间物理领域通常利用Dst指数表征磁暴强度的变化,本文提出一种基于卷积神经网络(CNN)、门控循环单元(GRU)和长短时记忆网络(LSTM)的磁暴预测模型(C-G-LSTM),能够提前1~6 h预测Dst指数.进一步利用美国航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)提供的2010-2019年Dst指数评估混合深度学习预测模型的性能.结果显示最大均方根误差不超过7.29 nT;最大平均绝对误差不超过5.03 nT,磁暴期间误差有所增大.与已有研究结果相比,本文所提出的模型具有较高精度,且无须提供太阳风温度、太阳风动压以及行星际磁场分量等输入参数,适用于业务预报. 展开更多
关键词 dst指数 卷积神经网络 门控循环单元 长短时记忆网络
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基于LSTM神经网络的Dst指数预报方法
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作者 李绍文 牛俊 +2 位作者 梅冰 姚俐竹 李炎斌 《空间科学学报》 北大核心 2025年第3期641-652,共12页
Dst指数是当前使用较广泛的用于反映磁暴过程的小时地磁指数,对Dst指数的预报是现代空间天气学主要研究内容之一.基于LSTM神经网络方法,利用2008-2022年的太阳风参数和Dst指数建立Dst指数预报模型,分别为使用全时域数据建模的LSTM模型... Dst指数是当前使用较广泛的用于反映磁暴过程的小时地磁指数,对Dst指数的预报是现代空间天气学主要研究内容之一.基于LSTM神经网络方法,利用2008-2022年的太阳风参数和Dst指数建立Dst指数预报模型,分别为使用全时域数据建模的LSTM模型和仅使用磁暴期间数据建模的Storm模型.使用LSTM模型对2001-2002年间的Dst指数进行滚动预报,预报结果显示该模型对提前1~6 h的Dst指数预报相关系数达到0.94以上,均方根误差在11 nT以内. Storm模型能够较好地解决LSTM模型在磁暴(尤其是强磁暴, Dst<–100 nT)主相期间预报误差较大的问题,对2001-2002年期间的23次强磁暴事件预报结果表明, Storm模型对磁暴期间提前6 h的预报结果相关系数较LSTM模型由0.902提升至0.948.综合两个预报模型组成的LSTMStorm模型对Dst指数的预报结果相关系数在0.95以上,均方根误差在9 nT以内,相比单LSTM模型的预报精度有显著提升. 展开更多
关键词 dst指数预报 LSTM神经网络 预报模型 LSTM-Storm模型
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利用神经网络技术提前一小时预报Dst指数 被引量:2
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作者 陈春 孙树计 +2 位作者 许正文 赵振维 吴振森 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第2期182-186,共5页
利用神经网络技术并考虑地磁活动的周期性,提出了一种提前一小时预报Dst指数的方法.网络的输入包括时间、季节、当前时刻及其一阶增量、二阶增量、前27天Dst指数的平均值.以下一时刻Dst指数作为输出对网络进行训练,训练好的网络可以提... 利用神经网络技术并考虑地磁活动的周期性,提出了一种提前一小时预报Dst指数的方法.网络的输入包括时间、季节、当前时刻及其一阶增量、二阶增量、前27天Dst指数的平均值.以下一时刻Dst指数作为输出对网络进行训练,训练好的网络可以提前一小时预报Dst指数.分别用1985年、1986年、1990年和1991年Dst指数数据进行检验.结果表明,预报结果与观测数据符合较好,Dst指数预报误差的均方根分别为4.00 nT,3.72 nT,5.35 nT,6.82 nT.误差分析表明,Dst指数的预报结果太阳活动低年比高年好. 展开更多
关键词 dst指数 神经网 短期预报
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基于FY-3D电离层光度计数据开展夜间135.6nm辉光辐射强度对赤道环电流指数Dst的响应特性研究 被引量:2
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作者 江芳 毛田 +5 位作者 付利平 王劲松 胡秀清 贾楠 王天放 李叶飞 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2496-2505,共10页
远紫外气辉探测仪小型电离层光度计IPM于2017年11月15日随FY-3D卫星发射升空.IPM通过对地测量夜间O+和电子辐射复合产生的135.6 nm辉光辐射、白天光电子激发产生的OI 135.6 nm和N2LBH波段的辉光辐射,可以得到夜间电离层峰值电子密度、... 远紫外气辉探测仪小型电离层光度计IPM于2017年11月15日随FY-3D卫星发射升空.IPM通过对地测量夜间O+和电子辐射复合产生的135.6 nm辉光辐射、白天光电子激发产生的OI 135.6 nm和N2LBH波段的辉光辐射,可以得到夜间电离层峰值电子密度、电子总含量以及白天大气氧原子和氮分子的柱密度比O/N2等参数.本文基于IPM夜侧数据研究了在非极光区的中低纬度上,135.6 nm波段辐射强度在磁暴时与磁平静时的相对变化.研究表明,135.6 nm波段辐射强度极易受到磁暴影响发生扰动,对Dst指数响应十分敏感,即使是较弱的磁暴,135.6 nm波段辐射强度也会出现增强,辐射增强出现的时间与磁暴的主相与恢复相有很好的对应性;通过与IGS(International GNSS Service)提供的TEC比对研究表明,磁暴期间135.6 nm辐射增强并非仅由与电离层电子密度信息正相关的O+和电子辐射复合机制产生的辐射贡献引起;多个不同强度的磁暴事件研究表明,135.6 nm辐射强度在磁暴时相对平静时的增加量与Dst指数呈反比,即Dst指数越低,135.6 nm辐射强度的增加量越大,且纬度越高,135.6 nm辐射强度的增加量越大. 展开更多
关键词 dst指数 135.6 nm气辉辐射强度 峰值电子密度 电子总含量
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利用支持向量机预测大磁暴期间Dst指数的变化 被引量:4
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作者 彭宇翔 吕建永 顾赛菊 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期866-874,共9页
利用支持向量机(SVM)模型对大磁暴期间Dst指数进行预报研究.以1995—2014年期间的80次大磁暴(Dst≤-100 nT)事件共2662组观测数据为研究对象,以对应时间的太阳风参数为模型输入参数,同时建立了神经网络模型和线性机模型进行对比,并利用... 利用支持向量机(SVM)模型对大磁暴期间Dst指数进行预报研究.以1995—2014年期间的80次大磁暴(Dst≤-100 nT)事件共2662组观测数据为研究对象,以对应时间的太阳风参数为模型输入参数,同时建立了神经网络模型和线性机模型进行对比,并利用交叉验证提高预测结果的可靠性.为比较不同模型的预测效果,选用相关系数(CC)、均方根误差(RMS)、磁暴期间Dst指数最小值预测结果的平均绝对误差以及Dst指数最小值出现时间预测结果的平均绝对误差等统计量作为对比参数.结果显示SVM模型的预测效果最好,其中相关系数为0.89,均方根误差为24.27 nT,所有磁暴事件的最小Dst值预测平均绝对误差为17.35 nT,最小Dst值出现时间的预测平均绝对误差为3.2 h.为进一步检验模型对不同活动水平磁暴预报效果的可能差异,将所有磁暴事件分为大磁暴(-200<Dst≤-100nT)和特大磁暴(Dst≤-200nT)两组进行预测,发现两组事件的预测效果依然是SVM模型最好. 展开更多
关键词 支持向量机 预测 地磁暴 dst指数
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中国区域Dst指数数据集(2010-2022)
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作者 李晖 刘子谦 《中国科学数据(中英文网络版)》 CSCD 2023年第4期322-328,共7页
地球磁层环电流所造成的中低纬度地区地表磁场水平分量的剧烈扰动,可以通过暴时扰动指数(Dst)来表征。由于磁暴期间环电流的不对称性,不同地方时的地磁扰动水平存在显著差异,无法用全球平均的Dst指数来准确反映。本文利用子午工程拉萨... 地球磁层环电流所造成的中低纬度地区地表磁场水平分量的剧烈扰动,可以通过暴时扰动指数(Dst)来表征。由于磁暴期间环电流的不对称性,不同地方时的地磁扰动水平存在显著差异,无法用全球平均的Dst指数来准确反映。本文利用子午工程拉萨、成都、武汉、杭州四个台站的地磁观测数据,计算得到了中国区域Dst指数(c Dst)数据集。本数据集包括2010–2022年中国区域Dst指数,共计109608条数据。相比Dst指数,本数据集可以更好地描述中国区域的地磁扰动,有望为中国区域空间天气研究提供数据支撑。 展开更多
关键词 中国区域dst指数 dst指数 子午工程 磁通门磁力仪
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FY-3D电离层光度计IPM对2024年5月11日特大磁暴的响应研究
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作者 江芳 毛田 +6 位作者 付利平 王劲松 胡秀清 张效信 王云岗 贾楠 王天放 《空间科学学报》 北大核心 2025年第4期950-959,共10页
远紫外气辉探测仪小型电离层光度计IPM随FY-3D卫星于2017年11月15日发射升空,通过对地测量夜间O^(+)和电子辐射复合产生的135.6 nm辉光辐射、白天光电子碰撞激发产生的OI 135.6 nm和N_(2)LBH辉光辐射,可以反演得到夜间峰值电子密度N_(m)... 远紫外气辉探测仪小型电离层光度计IPM随FY-3D卫星于2017年11月15日发射升空,通过对地测量夜间O^(+)和电子辐射复合产生的135.6 nm辉光辐射、白天光电子碰撞激发产生的OI 135.6 nm和N_(2)LBH辉光辐射,可以反演得到夜间峰值电子密度N_(m)F_(2)、白天大气氧原子与氮气分子的柱密度比O/N_(2)等重要参数.本文对2024年5月11日特大磁暴事件中IPM的数据响应进行分析,对白天数据的研究结果表明,本次磁暴事件过程中,O/N_(2)在各个纬度较磁平静日均是减小的,可用于解释IGS (International GNESS Service) TEC在各纬度大多呈现的负暴效应.对夜间数据研究发现,磁暴日夜间135.6 nm辐射强度相对磁平静日呈现各纬度的增大,增大幅度可达3个数量级,且从磁暴主相开始一直持续到恢复相,而对应的TEC数据并没有如此大的增强;另外,测量190 nm以上波长辐射贡献的夜间杂散光通道在磁暴日也相应地增强,而这一波段的辐射机制与电离层并无直接关联. 展开更多
关键词 dst指数 135.6 nm辉光辐射 N_(2)LBH带辉光辐射 O/N_(2)
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磁暴期间几种主要磁扰成分的演化特征 被引量:15
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作者 吴迎燕 徐文耀 +2 位作者 陈耿雄 陈博 刘晓灿 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期1-9,共9页
本文利用中国地磁子午链台站的资料,对1997-1999年期间发生的25次磁暴,用自然正交分量法(NOC)、相关分析和傅里叶分析三种方法,分3个步骤依次分离出依赖于世界时(UT)的暴时变化(Dst)、依赖于地方时(LT)的太阳静日变化(Sq)和太阳扰日变化... 本文利用中国地磁子午链台站的资料,对1997-1999年期间发生的25次磁暴,用自然正交分量法(NOC)、相关分析和傅里叶分析三种方法,分3个步骤依次分离出依赖于世界时(UT)的暴时变化(Dst)、依赖于地方时(LT)的太阳静日变化(Sq)和太阳扰日变化(SD).对各种变化时空特征的分析表明:①Dst变化清楚地反映出赤道对称环电流磁扰的空间分布和时间演化特征;②满洲里、北京十三陵和琼中台Sq幅度在多数磁暴主相期间出现极大和极小值,反映了Sq焦点在纬度方向上的移动所产生的地磁效应;③SD变化在主相期间最强,在恢复相期间逐渐减弱;④相关分析和傅里叶分析提供了一种能有效提取Sq和SD变化的方法. 展开更多
关键词 暴时变化 dst指数 Sq SD 主相 Sq焦点
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行星际扰动与不同级别磁暴强度关系的研究 被引量:4
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作者 赵明现 乐贵明 刘玉洁 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第6期421-426,共6页
利用1997—2004年间ACE卫星太阳风观测的时均值数据和相应的Dst指数,针对Dst_(min)≤—50nT的磁暴,分析了行星际参数(B_z,E_y,v,R_k,|B|,ε′=v_xB_z^2sin^4(θ/2))与Dst指数的相关关系.验证了E_y,B_z与Dst指数的良好相关性;按磁暴强... 利用1997—2004年间ACE卫星太阳风观测的时均值数据和相应的Dst指数,针对Dst_(min)≤—50nT的磁暴,分析了行星际参数(B_z,E_y,v,R_k,|B|,ε′=v_xB_z^2sin^4(θ/2))与Dst指数的相关关系.验证了E_y,B_z与Dst指数的良好相关性;按磁暴强度的不同,发现磁暴强度越大,行星际参数与磁暴强度(Dst_(min))的相关性就越好.对于中等磁暴(-100nT<Dst_(min)≤-50nT),行星际参数与磁暴强度的相关系数不高.如果把磁暴分为两个档次,即-150nT<DSt_(min)≤-50nT的磁暴和Dst_(min)≤-150nT的磁暴,计算结果表明,ε′与Dst指数的相关性是最好的.在诸多行星际参数中,就单一因素来说,E_y对磁暴强度影响最大,B_z对磁暴强度影响次之. 展开更多
关键词 太阳风 dst指数 能量耦合函数 磁暴
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基于中国地磁台网地磁子夜均值数据对地磁急变的分析 被引量:1
10
作者 何宇飞 赵旭东 +2 位作者 张素琴 杨冬梅 李琪 《地震学报》 CSCD 北大核心 2019年第4期512-523,549,共13页
为探索地磁长期变化中地磁急变事件的识别方法,分析地磁急变的特征,本文基于多个地磁台站子夜均值数据,利用线性拟合方法计算了地磁场X,Y和Z三个分量的年变率,对近年来发生的地磁急变事件进行了识别和分析。结果显示:Y分量能对分析时段... 为探索地磁长期变化中地磁急变事件的识别方法,分析地磁急变的特征,本文基于多个地磁台站子夜均值数据,利用线性拟合方法计算了地磁场X,Y和Z三个分量的年变率,对近年来发生的地磁急变事件进行了识别和分析。结果显示:Y分量能对分析时段内已报道的地磁急变事件进行很好的识别,其中1999年的地磁急变事件,在我国区域内发生的时间可能为1998年,此外2017年可能存在一个新的地磁急变事件;Z分量年变率整体变化平缓,2001年和2013年前后发生两次显著的地磁年变率变化,并且分别早于2003年和2014年两次显著的地磁急变事件时间,这与下地幔的高电导率层对不同分量地磁信号从核幔边界传播至地表过程中的延迟作用有关;X分量年变率出现多次地磁急变事件特征,其变化与Dst指数年变率变化具有相关性,可利用其去除X分量年变率中存在的外部空间电流体系影响成分,更可靠地辅助Y分量对地磁急变事件进行识别。总体上,地磁子夜均值数据年变率的空间分布与基于第12代国际地磁参考场(IGRF12)模型计算的地磁数据年变率的空间分布所呈现的变化特征在总趋势上具有一致性,表明地磁台站子夜均值数据能够反映我国区域地球主磁场的变化特征,而分别由子夜均值数据和IGRF12模型计算的2003年Y分量年变率空间分布均存在的显著局部特征,可能与地磁急变事件的区域特征有关。 展开更多
关键词 地磁急变 长期变化 子夜均值 dst指数
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2010年4月地球同步轨道相对论电子增强事件分析 被引量:3
11
作者 郑金磊 钟秋珍 +2 位作者 陈良旭 刘四清 丁铸 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第4期488-500,共13页
为研究2010年4月地球同步轨道相对论电子通量异常增强事件的原因,选取了2004—2010年之间高速太阳风下7个类似事件进行对比分析.探讨了多种可能导致此次异常事件的太阳风和地磁条件.结果表明,较弱的磁暴使得相对论电子高通量区域更接近... 为研究2010年4月地球同步轨道相对论电子通量异常增强事件的原因,选取了2004—2010年之间高速太阳风下7个类似事件进行对比分析.探讨了多种可能导致此次异常事件的太阳风和地磁条件.结果表明,较弱的磁暴使得相对论电子高通量区域更接近同步轨道,此外,哨声波加速很可能在2010年4月地球同步轨道相对论电子通量异常增强事件中起到重要作用.磁暴强度与种子电子的注入深度密切相关,表现为Dst指数曲线的形态与能量为30~100 keV的电子高通量区域的下边缘高度吻合.能量为30~100 keV电子的注入深度影响了能量大于300keV的电子出现的磁层区域.此事件中,由于磁暴相对较弱,种子电子向内磁层注入的深度较浅,更靠近同步轨道区域,这使得相对论电子大量出现的区域也靠近同步轨道,最终导致同步轨道相对论电子通量异常增强.另外,2010年4月地球同步轨道相对论电子通量异常增强事件中,高强度的亚暴提供了充足的种子电子并加强了波粒相互作用,这也是相对论电子增强的必要条件. 展开更多
关键词 相对论电子 地球同步轨道 磁暴 亚暴 dst指数
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磁暴期间全球TEC扰动特性分析 被引量:4
12
作者 杨鼎 方涵先 +1 位作者 杨升高 汪四成 《空间科学学报》 CSCD 北大核心 2017年第5期524-530,共7页
磁暴期间白天电离层总电子含量(TEC)大幅度扰动.TEC扰动与磁暴发生时的世界时(UT)有关.利用7年的数据对TEC对磁暴的响应进行统计研究.结果显示,磁暴期间白天TEC增大明显,且在午后TEC的增大比例有一个高峰.在18:00 UT-04:00 UT,南美地区... 磁暴期间白天电离层总电子含量(TEC)大幅度扰动.TEC扰动与磁暴发生时的世界时(UT)有关.利用7年的数据对TEC对磁暴的响应进行统计研究.结果显示,磁暴期间白天TEC增大明显,且在午后TEC的增大比例有一个高峰.在18:00 UT-04:00 UT,南美地区与其他地区相比TEC增长较大,这可能与白天的光照有关,为了研究TEC变化与磁暴的关系,结合同样时间段的Dst指数,把TEC数据分为磁暴日(Dst<-100 nT)和平静日(Dst>-50nT).研究发现,将TEC前移2 h,低纬日侧地区TEC增大值随着世界时的变化与Dst变化的负相关性较好,相关系数为-0.75.在中纬度地区,将TEC扰动前移1h,相关系数为-0.61.这可能是行进式大气扰动携带着赤道向的子午风,由极区向低纬传播引起.可以认为,TEC的变化可能是由磁暴引起的.在高纬地区,TEC增大值随着世界时的变化与Dst变化的相关性较差.这可能是由于太阳高度角较低,光辐射通量较小,导致电子密度的增加不明显. 展开更多
关键词 磁暴 TEC扰动 dst 相关性
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磁暴主相多阶发展行星际起因的初步分析 被引量:1
13
作者 佟亚男 刘四清 +2 位作者 张效信 林瑞淋 龚建村 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1439-1456,共18页
本文利用1998-2006年与磁云有关的80起中强磁暴(Dst*≤-50nT),对其主相期间不同发展阶数磁暴的行星际起因进行了统计分析.重点研究了鞘区磁场单独作用、磁云本体单独作用、鞘区与磁云共同作用以及其他复杂行星际结构在磁暴主相多... 本文利用1998-2006年与磁云有关的80起中强磁暴(Dst*≤-50nT),对其主相期间不同发展阶数磁暴的行星际起因进行了统计分析.重点研究了鞘区磁场单独作用、磁云本体单独作用、鞘区与磁云共同作用以及其他复杂行星际结构在磁暴主相多阶发展中的相对重要性,并对导致磁暴主相增加一阶的行星际起因做了初步分析.统计结果表明:(1)有一半以上的中强磁暴主相具有多个发展阶段,其中一阶磁暴和多阶磁暴(包括二阶和二阶以上磁暴)在中等磁暴(-100nT%Dst*≤-50nT)中所占比例分别为53.8%和46.2%,在强磁暴(Dst*≤一100nT)中所占比例分别为42.6%和57.4%;(2)随着磁暴主相发展阶数的增加,磁暴主相的平均持续时间也随之延长;(3)鞘区磁场单独作用、磁云本体单独作用、鞘区与磁云共同作用、磁云与其他行星际结构共同作用都可能引起磁暴主相的多阶发展;(4)有46.5%的多阶磁暴是由鞘区磁场与磁云本体共同作用引起,有34.9%的多阶磁暴是由鞘区磁场单独作用和磁云本体单独作用引起,其余的多阶磁暴是由其他复杂行星际结构引起;(5)在鞘区磁场单独作用的事件中,鞘区磁场结构是影响磁暴主相多阶发展的重要因素之一;(6)磁暴主相的多阶发展与晨昏电场Ey、行星际磁场Bx南向分量的发展密切相关,随着Ey和Bx阶段性的发展,磁暴主相也呈现多阶发展的趋势,且每阶Dst’极小值与该阶Eymax和Bxmin有很好的线性相关性,线性耦合方程分别为Dst*min=-34.62—11.89×Eymax和Dst*min=-5.90+8.50×Bxmin。 展开更多
关键词 多阶磁暴 dst指数 磁云 行星际磁场南向分量 行星际电场
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>0.3 MeV高能电子注入辐射带槽区事件的分析与预报 被引量:1
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作者 陈文磊 谢伦 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第12期2796-2804,共9页
本文利用低高度太阳同步轨道系列卫星NOAA/POES从1996年到2006年的>0.3MeV高能电子观测数据,分析了>0.3MeV高能电子注入辐射带槽区的特征,研究了注入槽区事件与行星际条件、太阳活动和地磁扰动之间的联系.研究表明>0.3MeV高能... 本文利用低高度太阳同步轨道系列卫星NOAA/POES从1996年到2006年的>0.3MeV高能电子观测数据,分析了>0.3MeV高能电子注入辐射带槽区的特征,研究了注入槽区事件与行星际条件、太阳活动和地磁扰动之间的联系.研究表明>0.3MeV高能电子注入辐射带槽区事件与磁暴的发生密切相关,注入事件的发生与太阳活动的强度有一定的相关性.在此研究的基础上,本文通过分析辐射带槽区>0.3MeV高能电子通量和Dst指数的相关性,提出了利用Dst指数推算辐射带槽区>0.3MeV高能电子通量的方法,继而给出了可行的辐射带槽区高能电子辐射环境的预警模式. 展开更多
关键词 辐射带槽区 高能电子注入事件 磁暴 dst指数
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