内辐射带高能质子分布及演化特征研究
内辐射带高能质子是日地相互作用标志物质之一，也是宇航员健康和航天器安全的严重威胁之一，其分布特征和演化规律研究是当前空间物理理论和应用研究的热点之一。本文利用近三个太阳活动周的TRIOS/NOAA系列卫星数据以及最新的范艾伦卫星的数据，对内辐射带高能质子的空间、方向分布特征及其太阳活动周演化规律进行了较为系统地探索。 基于范艾伦卫星上搭载的REPT探测器所获得的17个投掷角方向的高能质子数据，利用直接观测的数据研究了磁赤道处不同L值的高能质子投掷角分布、随高度或L值分布、能谱分布。研究表明:(1)磁赤道处内辐射带高能质子呈现出各向异性的特征，90°投掷角附近的粒子通量较高，远离90°投掷角两个方向对称减少。以J=J90°sinnα对17个方向通量及其对应投掷角信息拟合，获得的各向异性指数n在磁赤道处随L值的增大而减小;(2)利用范艾伦卫星REPT的数据对高能质子通量随高度及L值的分布研究结果表明:内辐射带高能质子通量随高度及L值先上升后下降，与AP-8模型相比，在同一L值处，范艾伦卫星探测的高能质子通量低于AP-8模型的高能质子通量;(3)利用范艾伦卫星的8个能道的实测质子通量，我们研究了内辐射带高能质子的能谱分布。高能质子的通量呈现幂律谱分布特征，能量越高，高能质子的通量越小。 通过NOAA系列卫星的MEPED探测器高能质子数据，我们发现，在808公里高度上，内辐射带南大西洋异常区高能质子呈现两个特征:(1)在经纬度方向分布上，内辐射带南大西洋异常区高能质子通量沿经纬度圈呈指数下降，高斯分布可以较好地拟合南大西洋异常区在固定高度上的经纬度分布。(2)内辐射带南大西洋异常区高能质子方向分布存在明显的东西不对称性，即东向运动的高能质子通量高于西向运动的高能质子通量。 内辐射带高能质子除上述空间、方向、能谱分布特征外，还存在太阳活动周演化特征。基于NOAA系列卫星数据，我们利用高斯拟合的方法得到了808km高度南大西洋异常区高能质子分布的一系列标志参量，包括峰值通量、峰值中心的经纬度位置、区域分布面积，定性分析了上述参量近三个太阳活动周(1980-2009)的演化规律，并针对1999-2009年共11年单星连续数据(NOAA-15)进行了定量分析。主要得到以下结论:(1)内辐射带南大西洋异常区高能质子通量呈现出太阳活动周演化特征。质子峰值通量与太阳活动周参数F10.7呈现反相关关系，且反相关关系具有一定的时间延迟，在不同的太阳活动周，延迟天数不同;(2)南大西洋异常区高能质子的峰值通量所在的经度中心位置逐年向西漂移，太阳活动高年的西漂速率低于太阳活动低年的西漂速率，西漂速率和F10.7之间具有很强的相关性;(3)南大西洋异常区高能质子分布纬度中心位置在太阳活动高年向南漂移，太阳活动低年向北漂移，我们进一步利用IGRF+T96磁场模型模拟了SAA区磁场极小值区域在不同太阳风动压情况下的漂移情况，结果重现了SAA区域太阳风动压高时南向漂移，而太阳风动压低时北向漂移的观测现象，为SAA北漂速度与太阳活动反相关分析提供了依据;(4)南大西洋异常区高能质子分布范围在太阳活动高年下降，太阳活动低年上升。 内辐射带南大西洋异常区高能质子投掷角分布较窄且存在东西不对称性。东西不对称效应与粒子的能量和高度有关。我们利用NOAA-15从1999年到2009年的能量大于70MeV的高能质子数据研究了南大西洋异常区高能质子方向分布的东西不对称性。研究表明，在808公里高度上，对于能量大于70MeV的高能质子(1)东向运动的高能质子通量约为西向运动高能质子通量的1.3倍;(2)该现象存在于整个太阳活动周，且对太阳活动周演化响应不显著;(3)东向运动的质子中心所在位置比西向运动质子所在的中心位置更偏东南。
空间物理理论;内辐射带;高能质子;分布规律;演化特征
山东大学
硕士
空间物理学
宋红强;张贤国
2015
中文
V419.2
89
2015-09-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）