热层及电离层耀斑响应的统计和模拟研究

太阳耀斑对电离层热层大气及空间环境有显著影响，对耀斑期间电离层热层响应的统计和模拟研究，可以深化我们对电离层热层变化的认识和对相关的光化学和动力学过程的理解，同时也可以为空间天气监测和预报提供理论参考。本项目首先拟通过对1999-2008年耀斑期间IGS的全球TEC数据以及COSMIC的电子密度高度数据的统计分析，研究耀斑电离层效应随纬度、地方时、太阳天顶角、季节、太阳活动等的依存关系，并结合电离层模式的模拟分析其中的物理过程和机制，在此基础上尝试建立电离层对耀斑响应的统计经验模型。同时统计分析耀斑期间热层大气密度和水平中性风等数据，了解热层大气对耀斑响应的响应特征，分析哪种类型和级别耀斑能引起热层大气的显著扰动，以及其与各物理参量的关系，并结合热层电离层耦合模式分析讨论其中的物理过程和机制。

太阳耀斑对电离层热层大气及空间环境有显著影响，对耀斑期间电离层热层响应的统计和模拟研究，可以深化我们对电离层热层变化的认识和对相关的光化学和动力学过程的理解，同时也可以为空间天气监测和预报提供理论参考。在本项目首先利用1996年至2006年期间X级、M级以及C级耀斑激发的0.1-8nm X射线和26-34nm EUV辐射数据来统计分析耀斑期间X射线及EUV辐射变化特征，及它们之间的关系。结果显示EUV辐射并不随X射线辐射增加而线性增加，它的增幅随耀斑等级增加而趋于减小。X级、M级以及C级耀斑期间X射线与EUV辐射变化的相关性分别仅达到0.66，0.58，0.54。导致X射线辐射与EUV辐射相关性不高的一个重要因素是由于EUV辐射显著地受到耀斑位置的影响，即耀斑位置效应（耀斑日面位置越位于边缘，到达地球的EUV 辐射越弱）。我们的研究首次发现EUV辐射的耀斑位置效应与耀斑等级正相关，即X级耀斑的EUV边缘效应最强，而C级耀斑的最弱。利用SOHO 卫星日面成像数据解释了此特征。然后基于2001-2006年期间近100个X级耀斑期间的热层密度变化数据对热层大气对耀斑的响应做了统计分析。结果发现X5级以上的耀斑对热层大气有较显著的影响，而X5级以下耀斑对热层影响则较弱。统计结果表明耀斑爆发后4小时内大气密度平均上升10-13%。 由于EUV辐射的耀斑位置效应，边缘耀斑对热层密度影响远小于中心耀斑。另外研究结果还表明热层响应主要受耀斑期间总时间积分EUV辐射的控制，而不仅受峰值EUV辐射的影响。最后我们统计研究了电离层对耀斑响应的特征。定量分析了耀斑响应的太阳天顶角依赖特性：太阳天顶角为90度的日出日落区域的耀斑响应平均为天顶角为0度的日下点的39%。对于耀斑日面位置的影响，统计结果表明边缘耀斑对电离层的影响要小于中心耀斑对电离层的影响。进一步统计发现此耀斑位置效应随着耀斑等级的下降而减弱。这与EUV辐射的耀斑位置影响的结果是一致的，也进一步表明电离层响应主要来自EUV辐射的贡献。统计结果还表明TEC耀斑响应与太阳X射线辐射相比性远小于与极紫外辐射的相关性。将X射线辐射与耀斑位置结合起来考虑会有更好的效果，将相关性提高到0.95。我们还统计分析了TEC响应的季节变化，结果表明两分点的响应大于两至点。季节变化被认为主要来源于背景大气的季节差异。