基于自动探测技术的日冕物质抛射三维形态和演化研究

Coronal Mass Ejection (CME) has been a cause of geomagnetic disturbances. The geomagnetic effects caused by the CMEs became a hot topic in study of space environment prediction. CME modeling has been playing an indispensable role in the quantitative and qualitative analysis of the three-dimensional structure and propagation of the CME, which is of key importance in both study and application of morphology and evolution of CME. The CME characteristics parameters, derived by the technique of CME auto-detection, have been playing an indispensable role in real-time monitoring and quantitative analysis of the propagation of CME. In the current study, the technique of CME auto-detection will be used to study the three-dimensional morphology and evolution of CME. First of all, the three-dimensional model will be developed based on the assumption of self-similar expansion of CME. Secondly, the moving front of CME will be derived by the technique of CME auto-detection, which is based on the data from coronagraph and heliospheric investigation and is unrestricted of brightness threshold of CME front. Ultimately, the three-dimensional morphology and evolution of CME will be studied, based on the observations of CME fronts and the three-dimensional model of CME, with the fitting and piecewise techniques, and the evolution of CME morphology and characteristics parameters within 1-3 days and from the corona to 1AU will be analyzed accordingly.

日冕物质抛射（Coronal Mass Ejection, CME）是引发地磁扰动的源之一，其对地效应是空间环境预报研究的焦点。CME建模是对CME三维结构和传播过程进行定量分析和定性研究不可或缺的方法，对CME形态和传播变化特征的研究及应用都有至关重要的意义；CME自动探测技术提取的CME特征参数，是对CME的传播过程进行实时监测研究和定量分析不可或缺的方法。本项目将基于CME的自动探测技术研究CME的三维形态和传播演化。首先构建基于自相似扩展假设的CME三维模型；其次研究基于日冕仪和日球层成像仪观测图像的、不受观测图像中CME亮度阈值限制的CME自动探测技术，获取CME的运动前沿；最终结合CME前沿的观测数据和CME的三维模型，采取拟合和分段研究的方法，分析CME的三维形态和演化特征，研究CME的形态和特征参数在1-3天、自近日冕至1AU的传播过程中的演化特征。

日冕物质抛射（Coronal Mass Ejection，CME）是一种剧烈的太阳爆发活动。当日冕物质抛射到达地球后，其自身携带的高速、高密度、强磁场等离子体团与地球磁层发生相互作用进而形成地磁暴，强的地磁暴会引发后续一系列的空间环境扰动，如电离层暴、高能电子暴、中高层大气密度扰动等，这些扰动会严重影响通讯、导航、电子装备等技术系统的安全运行和效能发挥。因此，太阳上是否会发生日冕物质抛射，日冕物质抛射发生后能否到达地球，以及到达地球后能引起多大的地磁暴，是空间天气预报的重要内容。本项目开展了基于自相似扩展假设的日冕物质抛射（CME）三维模型构建，可以用CME三维特征参数的几何表达式描述在任一个观测位置（自近日冕至行星际空间的大空间尺度、自CME刚爆发至传播到地球附近的大时间尺度）的卫星或仪器对CME前沿向外传播的运行轨迹；突破了利用日冕仪和日球层成像仪的观测图像自动识别CME的技术，可以自动识别和追踪CME前沿运动轨迹、从而获取CME投影参数（包括投影主传播方向、投影角宽度和投影传播速度），该技术运行速度更快，且通过与国际上应用广泛的CME自动识别算法结果的对比，提升了对CME事件、尤其是SOHO卫星LASCO日冕仪观测的可能产生对地影响的CME事件（偏晕或全晕CME）的识别率；开展了CME三维模型的应用研究，结合CME的三维模型和分段拟合的方法，提取了随时间变化的CME三维形态的特征参数，研究了CME事件在爆发后自近日冕传播至地球附近的CME三维形态（包括近日冕偏转、行星际偏转）和传播特征参数的演化特性。本项目的研究成果一方面对于CME事件的实时监测和定量分析提供了技术和方法，可以应用于空间天气监测；另一方面对于CME事件是否产生对地效应、尤其是能否到达地球（是否发生偏转）提供了重要的参考信息，可以应用于空间天气预报（CME事件的对地效应预报）。