基于24周事件新一代CME/shock到达时间物理预报模式研究

The propagation of coronal mass ejections (CMEs) and their related shocks in interplenatary space and corresponding arrival time predictions are an important ingredient of space weather prediction. Current models in this respect, including empirical models, physics-based models and so on, are mainly based on the solar disturbance events of Solar Cycle 23. Their prediction accuracies, after undergoing a period of "bottleneck", are difficult to get improved evidently due to the limited observational techniques and poor professional knowledge about them. A lot of valuable methods/techniques on the 3D reconstruction of CME morphology as well on their long-distance tracking have been developed after the successful launch of STEREO in 2006. Abundant experience in this kind of study has been accumulated. This proposal is focused on large solar transients during Solar Cycle 24 observed by multi-spacecraft from different view angles. Various observational methods and reverse-modeling techniques will be adopted to investigate the propagation of solar/interplanetary disturbances in details. Case study, statistical analysis and theoretical models will be incorporated to establish a new generation of the physics-based prediction models for the arrival time of CME/shock with the international leading level. The outcome of this proposal will help us to better understand the propagation of solar eruptions in the heliosphere and serve the national undertaking of space weather forecasting as well.

日冕物质抛射及伴随激波在行星际空间传播过程及其到达时间预报是空间天气研究和预报的一个重要方面。然而，目前的预报模型（经验的、物理的等）多是基于太阳活动23周事件建立的，受观测手段和认识水平的限制，模型预报的精度处于"瓶颈期"，很难进一步明显提高。自STEREO双星上天以来（2006年），人们在太阳爆发活动的三维拓扑位形重构及其远距离追踪两个方面开发出了许多有价值的方法和技术，积累了大量的观测研究经验。本项目拟针对多颗卫星观测到的第24周太阳活动事件（2008－2018年），使用多种观测反演方法和手段，采用个例研究、统计分析和模型训练相结合的方式来研究太阳/行星际扰动的传播规律，建立具有国际领先水平的新一代CME/shock到达时间物理预报模式。项目研究成果有助于人们对太阳爆发活动在日地空间传播规律的深入了解和认识，并可服务于我国的空间天气预报事业。

日冕物质抛射(CME)及伴随行星际激波在日地空间传播过程及其到达时间预测是空间天气研究和预报的一个重要方面。本项目基于太阳活动23-24周的500多例日冕物质抛射及伴随行星际激波事件，在我们以前研究工作的基础之上，首先将CME的角宽度引入到相应行星际激波能否到达地球的判据之中，把CME的日冕仪观测参数与II型射电暴得到的激波初始特征相结合，采用爆炸波理论解，开发出第三代激波传播模式SPM3。接下来，我们又基于STEREO两颗卫星沿不同方位对CME前沿的连续追踪结果，对CME的运动学过程进行分段，进而在合适的阶段引入爆炸波模型，开发出数据指导版的激波传播模型DGSPM。随后，我们还考察了CME三维立体角宽度与其源区特征参数之间的定量关系，建立了单颗卫星观测下预测CME角宽度的经验模型，所得结果可服务于CME/激波到达地球时间预报，从而为下一步开发新的预测模型奠定了基础。另外，项目研究还将之前发展的模型开发成在线运行工具，并自2015年10月份起参与了国际上组织的CME/激波到达时间的实时预报发布，预报精度一直名列前茅，我们的模型也因此在同行评论文章中作为国际上几大预报模式之一被详细介绍。项目执行期间共发表SCI论文4篇，包括3篇ApJ (The Astrophysical Journal) 和1篇JASTP (Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics) ，项目组有1人硕士毕业,1人硕士转博士，共参加国际性学术会议3人次，做口头报告1人次；参加国内学术会议4人次，做邀请报告1人次和口头报告1人次。圆满完成项目申请书既定的预期研究目标。