科技部973項目《日地空間天氣預(yù)報的物理基礎(chǔ)與模式研究》教學(xué)課件

科技部973項目《日地空間天氣預(yù)報的物理基礎(chǔ)與模式研究》幻燈片PPT本PPT課件僅供大家學(xué)習(xí)使用請學(xué)習(xí)完及時刪除處理謝謝！科技部973項目《日地空間天氣預(yù)報的物理基礎(chǔ)與模式研究》幻燈一、年度計劃執(zhí)行情況

1.年度計劃完成情況

2.研究工作主要進(jìn)展

3.重要階段性成果二、存在的問題及其對策三、下年度研究工作計劃和進(jìn)度安排內(nèi)容提要一、年度計劃執(zhí)行情況內(nèi)容提要一、年度計劃執(zhí)行情況

1.計劃完成情況1.1人員人員：22人；學(xué)生：14人分別來自中科院國家天文臺、云南天文臺、空間中心和國家氣象局空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心

1.2年度計劃完成情況

根據(jù)第六課題組課題任務(wù)書，2011年度計劃任務(wù)是：分析現(xiàn)有的太陽活動、地磁活動、電離層擾動預(yù)報方法和技術(shù)的局限性，尋求完善辦法；分析現(xiàn)有的空間和地面觀測數(shù)據(jù)和用戶需求，優(yōu)化預(yù)報要素，掌握國內(nèi)外空間天氣研究動態(tài)，了解國際空間天氣預(yù)報模式的主要特點。熟悉我國載人航天工程和月球探測計劃在空間環(huán)境保障方面的需求。圍繞2011年度任務(wù)要求，第六課題組主要完成如下工作：空間天氣預(yù)報模式研究取得重要進(jìn)展；積極參與國際空間天氣預(yù)報合作；完成載人航天空間環(huán)境保障任務(wù)。一、年度計劃執(zhí)行情況

1.計劃完成情況1.1人員表一主要成果統(tǒng)計表成果類型數(shù)量研究論文（SCI）已發(fā)表18待發(fā)表12邀請報告3授權(quán)專利1軟件登記1表一主要成果統(tǒng)計表成果類型數(shù)量研究論文（SCI）已發(fā)表12.研究工作的主要進(jìn)展2.1空間天氣預(yù)報模式研究

2.1.1基于觀測磁場的活動區(qū)數(shù)值分析（1）太陽活動區(qū)日冕三維磁場物理參量的分析計算。

HanHe,HuaningWang,andYihuaYan(2011),“Nonlinearforce-freefieldextrapolationofthecoronalmagneticfieldusingthedataobtainedbytheHinodesatellite”,

JGR-SpacePhysics,

116,A01101.

（2）運用數(shù)據(jù)驅(qū)動模型模擬活動區(qū)物理量并分析其演變。

L.Fan,H.N.Wang,H.He,andX.S.Zhu(2011),“StudyofthePoyntingFluxinActiveRegion10930UsingData-drivenMagnetohydrodynamicSimulation”,ApJ,737,39

2.研究工作的主要進(jìn)展2.1空間天氣預(yù)報模式研究

賀晗等通過對太陽活動區(qū)日冕三維磁場多個物理參量的分析計算，定量描述日冕磁場三維結(jié)構(gòu)特征和物理特性的分布與演化，理解其與太陽耀斑、暗條和日冕物質(zhì)拋射等太陽活動現(xiàn)象之間的關(guān)系，發(fā)展基于日冕磁場三維結(jié)構(gòu)特征和物理特性定量分析的太陽活動預(yù)警和預(yù)報模型（日冕三維磁場通過非線性無力場外推方法計算獲得）。由此定量分析活動區(qū)電流密度、無力因子alpha和磁場能量的分布與演化。其中電流密度的分布與強(qiáng)度反映活動區(qū)的非勢性和活躍程度，無力因子alpha的分布反映日冕磁場的拓?fù)溥B接性。

范玉良等在數(shù)據(jù)驅(qū)動模型底面邊界中使用了特征線方法處理，把觀測的矢量磁場逐步的加到模擬中，保證數(shù)值模擬的穩(wěn)定性。他們把數(shù)據(jù)驅(qū)動模型應(yīng)用到活動區(qū)的觀測磁圖中，得到三維結(jié)構(gòu)的磁場和速度場，這樣就可以計算底面的能流密度分布，并考察其隨時間的演變。賀晗等通過對太陽活動區(qū)日冕三維磁場多個物理參量的分析計算，23

hoursinterval3hoursintervalNOAA10930活動區(qū)日冕中電流密度的分布與演化(electriccurrentdensitymeasuredinelectromagneticunits)(averagingthemagnitudeofthecurrentdensityverticallytogeta2-Dintensitymap)(Modelingbox:160x88x30)日冕中電流密度強(qiáng)度伴隨光球磁場的演化隨時間逐漸增大，表明活動區(qū)的非勢性和活躍程度逐漸增強(qiáng)。23hours3hoursNOAA10930活動區(qū)日冕NOAA10930活動區(qū)X3.4級耀斑前后日冕磁場定量分析(無力因子alpha的分布與演化、磁場總能量及能量密度的分布與演化)共6幅矢量磁圖(耀斑前3幅，耀斑后3幅)日冕磁場外推計算分辨率：1arcsec/pixel，格點數(shù)：300x160x1606組磁場數(shù)據(jù)均經(jīng)過投影改正，剪切后的磁圖數(shù)據(jù)對應(yīng)相同視場區(qū)域第11層alpha分布圖耀斑前后磁場能量演化耀斑前耀斑后(1)(2)(3)(4)(5)(6)2006-12-1215:30:08UT2006-12-1217:40:05UT2006-12-1220:30:05UT2006-12-1304:30:05UT2006-12-1307:50:05UT2006-12-1316:21:04UT耀斑爆發(fā)前存在沿中性線方向的磁場連接性，耀斑爆發(fā)后該拓?fù)溥B接完全斷開。能量單位：erg(1)(2)(3)(4)(5)(6)耀斑后日冕磁場總能量有顯著降低(數(shù)量級為1032erg)，能量密度減小的區(qū)域與耀斑發(fā)生位置一致。第60層能量密度變化分布E4-E3NOAA10930活動區(qū)X3.4級耀斑前后日冕磁場定量分析數(shù)據(jù)驅(qū)動方法的Poynting能流研究

在數(shù)據(jù)驅(qū)動模型中，底面邊界使用了特征線方法處理。特征線方法處理的好處在于，可以把觀測的矢量磁場逐步的加到模擬中，而不會產(chǎn)生模擬的不穩(wěn)定。我們數(shù)據(jù)驅(qū)動模型應(yīng)用到AR10930的觀測磁圖中，就可以得到三維結(jié)構(gòu)的磁場和速度場，這樣我們就可以計算底面的Poynting能流，并考察其隨時間的演變。數(shù)據(jù)驅(qū)動方法的Poynting能流研究在數(shù)據(jù)驅(qū)動模型中，Poynting能流分布Poynting能流分布2.1.2太陽整體行為分析（1）用連續(xù)的Morlet小波變換來研究黑子面積和數(shù)量歷史數(shù)據(jù)，分析研究太陽自轉(zhuǎn)變化

Li,

K.

J.;Liang,

H.

F.;Feng,

W.;Zhan,

L.

S.,Therotationsignalindailysunspotareas,2011,ApSS,331，441-445；Li,K.J.,etal.,Variationsofsolarrotationandsunspotactivity,2011,ApJ,729,49。Gao,etal.2011,NewAstron.Gao,etal.2011,SolarPhysicsGao,etal.2011,RAA（2）異常太陽活動周研究Li,K.J.,etal.,Abriefreviewonthepresentationofcycle24,thefirstintegratedsolarcycleinthenewmillennium,2011,AnnalesGeophysicae,29,341-348

科技部973項目《日地空間天氣預(yù)報的物理基礎(chǔ)與模式研究》教學(xué)課件（3）運用多種統(tǒng)計方法研究太陽長周期活動。Du,Z.L.:Thecorrelationbetweensolarandgeomagneticactivity–Part1:Two-termdecompositionofgeomagneticactivity,Ann.Geophys.,2011,29(8),1331–1340；Du,Z.L.:Thecorrelationbetweensolarandgeomagneticactivity–Part2:Long-termtrends,Ann.Geophys.,2011,29(8),1341–1348；Du,Z.L.:Thecorrelationbetweensolarandgeomagneticactivity–Part3:Anintegralresponsemodel,Ann.Geophys.,2011,29(6),1005–1018；Du,Z.L.,Wang,H.N.,Isahighercorrelationnecessaryforamoreaccurateprediction?Sci.ChinaSerG-PhysMechAstron,2011,54(1):172–175Du,Z.L.:TheRelationshipbetweenPredictionAccuracyandCorrelationCoefficient,SolarPhys.,2011,270(1),407–416.Du,Z.L.:TheShapeofSolarCycleDescribedbyaModifiedGaussianFunction,SolarPhys.,2011,273(1),231–253.Du,Z.L.,Wang,H.N.,Thepredictionmethodofsimilarcycles.ResearchinAstron.Astrophys.,2011,11(12),1482–1492

（3）運用多種統(tǒng)計方法研究太陽長周期活動。李可軍等用連續(xù)的Morlet小波變換來研究1874年5月9日至2010年2月28日每日黑子面積內(nèi)蘊(yùn)藏的自轉(zhuǎn)信息。1874年至1950年代，自轉(zhuǎn)變快，之后變慢。長期自轉(zhuǎn)活動存在2.61和5.77年的周期，但似乎和Schwabe周期無關(guān)。進(jìn)一步用連續(xù)的Morlet小波變換來研究1849年1月1日至2010年2月28日每日黑子數(shù)內(nèi)蘊(yùn)藏的自轉(zhuǎn)信息：從11到19太陽活動周，自轉(zhuǎn)變快，之后變慢。統(tǒng)計上看，并不能確定太陽活動極大時期的自轉(zhuǎn)是轉(zhuǎn)得快還是慢，但自轉(zhuǎn)變化可能和太陽活動變化有關(guān)。李可軍等描述了自2007年下半年到現(xiàn)在的非常低的太陽活動狀況。對于這種極低太陽活動的現(xiàn)象,綜述了從當(dāng)前的日震觀測給予的解釋、也從Gleissberg周期的長尺度、超長太陽活動周期尺度給予了解釋.依據(jù)目前的觀測,確定24黑子活動周于2008年11月開始.綜合多種經(jīng)典太陽活動預(yù)報方法給出的對24周太陽活動水平的預(yù)報,以及美國國家航空航天局和美國國家海洋大氣局對24周的未來發(fā)展趨勢的預(yù)報,認(rèn)為24周太陽活動水平估計比23周將要弱30%左右.異常的24太陽活動周為太陽物理和日地關(guān)系物理研究帶來機(jī)遇。

杜占樂等提出了對地磁活動指數(shù)（aa）的兩種分解方法，可以用一種非線性及衰變模型來解釋;分析了太陽活動周峰值與地磁指數(shù)及黑子面積的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)及預(yù)報誤差呈現(xiàn)44年的周期性，發(fā)電機(jī)理論作為預(yù)報工具應(yīng)考慮長周期的調(diào)制。杜占樂等提出了一種Gauss函數(shù)來描述太陽活動周的形狀，并比較了與Planck函數(shù)的差異;提出了太陽活動周相似度的概念，由此發(fā)展了相似周預(yù)報方法，與第24太陽活動周相似的是14,10,17等。

李可軍等用連續(xù)的Morlet小波變換來研究1874年5月9日太陽活動與地磁活動的關(guān)系研究1)提出了對地磁活動指數(shù)（aa）的兩種分解方法，可以用一種非線性及衰變模型來解釋.2)提出了一種積分響應(yīng)模型來解釋地磁活動(aa)與太陽活動(Rz)的關(guān)系，如地磁指數(shù)的增加，aa對Rz的時間延遲及相關(guān)性的變化等等。3)分析了太陽活動周峰值與地磁指數(shù)及黑子面積的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)及預(yù)報誤差呈現(xiàn)44年的周期性，發(fā)電機(jī)理論作為預(yù)報工具應(yīng)考慮長周期的調(diào)制。太陽活動與地磁活動的關(guān)系研究1)提出了對地磁活動指數(shù)（aa）太陽活動周研究2)提出了太陽活動周相似度的概念，由此發(fā)展了相似周預(yù)報方法，第24太陽活動周很可能與第10周相似。1)提出了一種Gauss函數(shù)來描述太陽活動周的形狀，并比較了與Planck函數(shù)的差異。3)分析了上升率與太陽活動周峰值的關(guān)系，預(yù)報誤差與兩者之間的相關(guān)性幾乎無關(guān)。在活動周開始大約20個月后，誤差會小于20%。4)指出CME加速度(a)與其質(zhì)量(M)正相關(guān)(r=0.9)，驅(qū)動力(Ma)與黑子活動(Rz)反相關(guān)(r=?0.80)。太陽活動周研究2)提出了太陽活動周相似度的概念，由此發(fā)展了2.1.3近地空間環(huán)境模式研究（1）等離子體片中高能電子通量分析與預(yù)報建模

Onenergeticelectrons(>38keV)inthecentralplasmasheet:Dataanalysisandmodeling,J.Geophys.Res.,116,A09220,doi:10.1029/2011JA016562（2）低緯地區(qū)夜間等離子濃度增強(qiáng)現(xiàn)象的研究

ThecasestudiesaboutthelocalizedplasmadensityenhancementatthelowlatitudeChineseJournalGeophysics（Chinese），2011

（3）月基地球等離子體層極紫外圖像反演方法研究

張效信等2.1.3近地空間環(huán)境模式研究等離子體片中的高能電子是外輻射帶更高能量電子的源等離子體片中高能電子可引起衛(wèi)星表面充電目前尚沒有等離子體片中的高能電子分布和預(yù)報模型模型的建立，可以為其他磁層模型提供邊界條件等離子體片中的高能電子是外輻射帶更高能量電子的源等離子體片中高能電子通量的空間分布特征遠(yuǎn)磁尾低，近地點高晨昏不對稱性，晨側(cè)高，昏側(cè)低中心區(qū)域即近中性片區(qū)域高等離子體片中高能電子通量隨太陽風(fēng)變化特征太陽風(fēng)速度高，則高能電子通量高行星際磁場南向分量高，則高能電子通量高太陽風(fēng)密度貢獻(xiàn)較小時間延遲：60-90分鐘等離子體片中高能電子通量的空間分布特征經(jīng)驗?zāi)Ｐ湍Ｊ筋A(yù)報值和實測值相關(guān)系數(shù)：R=0.86經(jīng)驗?zāi)Ｐ湍Ｊ筋A(yù)報值和實測值相關(guān)系數(shù)：2.2新型太陽活動預(yù)報發(fā)明專利和新型預(yù)報平臺

2.2.1發(fā)明專利發(fā)明專利名稱：一種計算機(jī)太陽活動預(yù)報系統(tǒng)申請?zhí)?專利號：200710064432專利授權(quán)日：2011年6月29日專利發(fā)明人：中國科學(xué)院國家天文臺專利設(shè)計人：王華寧;李蓉;賀晗;杜占樂;崔延美等;一種計算機(jī)太陽活動預(yù)報系統(tǒng)，在包含帶人機(jī)界面的服務(wù)器和海量數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)中，設(shè)有一個預(yù)報模塊，包括基于ＡＲＩＭＡ模型建立的射電流預(yù)報模型、基于ＳＶＭ的質(zhì)子預(yù)報模型和基于多元判別模式的耀斑預(yù)報模型，預(yù)報模塊中還有網(wǎng)站自動數(shù)據(jù)下載模塊、郵件自動數(shù)據(jù)接收模塊、常規(guī)發(fā)送模塊和非常規(guī)發(fā)送模塊，利用服務(wù)器中的定時器控制，定時啟動預(yù)報模塊。本發(fā)明計算機(jī)太陽活動預(yù)報系統(tǒng)，解決了太陽活動預(yù)報中數(shù)據(jù)處理量大、費時費力，能夠快速地準(zhǔn)確地進(jìn)行中長期太陽活動預(yù)報，并能夠進(jìn)行以往難以進(jìn)行的短期預(yù)報，對于及時防止太陽劇烈活動對人類生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響以及科學(xué)研究具有極大的應(yīng)用價值。

科技部973項目《日地空間天氣預(yù)報的物理基礎(chǔ)與模式研究》教學(xué)課件2.2.2新型預(yù)報平臺軟件登記軟件名稱：太陽活動三維虛擬可視化平臺[簡稱：三維虛擬太陽]V1.0版軟件著作權(quán)人：中科院國家天文臺軟件設(shè)計人：王華寧、賀晗、閆巖軟件介紹：

平臺利用計算機(jī)三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立虛擬太陽立體影像，以可視化方式展示太陽活動監(jiān)測和預(yù)報數(shù)據(jù)，旋轉(zhuǎn)移動三維影像可以實現(xiàn)從不同視角觀察太陽活動狀況。通過客戶端軟件與數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡(luò)連接，用戶可以查詢太陽活動觀測圖像，回溯顯示太陽活動歷史狀況，并以可視化方式查看預(yù)報模式的輸出結(jié)果。該平臺提供了一個可視化的基礎(chǔ)架構(gòu)，在此基礎(chǔ)平臺上，可以開發(fā)出更多的太陽活動監(jiān)測和預(yù)報發(fā)布應(yīng)用子系統(tǒng)。演示結(jié)果表明該平臺完全實現(xiàn)了預(yù)期功能，與國內(nèi)外同類平臺相比，展現(xiàn)了獨到的結(jié)構(gòu)和功能創(chuàng)意，具備重要的空間天氣應(yīng)用價值。2.2.2新型預(yù)報平臺軟件登記2.3國際空間天氣預(yù)報合作

（1）改進(jìn)常規(guī)預(yù)報數(shù)據(jù)交換第六課題組成員與國際相關(guān)空間天氣預(yù)報單位有著長期的預(yù)報數(shù)據(jù)交換關(guān)系。為了進(jìn)一步完善數(shù)據(jù)交換內(nèi)容和手段，我們對現(xiàn)有的預(yù)報模式體系進(jìn)行了升級改造。（2）及時獲取SDO衛(wèi)星數(shù)據(jù)我們通過SDO數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可以獲取45分鐘之內(nèi)的SDO衛(wèi)星的快速瀏覽數(shù)據(jù)。這對于及時掌握太陽實時狀態(tài)十分有利。（3）美國NOAA空間天氣預(yù)報中心TerryOnsager今年10月分別訪問了中國科學(xué)院空間中心、國家天文臺和國家氣象局空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心，深入討論了監(jiān)測數(shù)據(jù)、預(yù)報業(yè)務(wù)和預(yù)報模型研究方面的人合作的渠道和方式。（4）賀晗2011年8月2日在臺北舉行的AOGS2011第八次年會CollaborativeResearchesandOperationsofSpaceWeatherForecastinginAsia-Oceaniaregion專題會上作題為“RecentProgressofResearchandOperationalActivitiesofSolarWeatherForecastingatNAOC”邀請報告。（5）王華寧2011年8月31日在北京舉行的2011年國際與星同在（ILWS)研討會的“極端空間天氣”專題中作題為“Mostpowerfulflaresinsolarcycle24”邀請報告。2.3國際空間天氣預(yù)報合作2.4完成載人航天空間環(huán)境保障任務(wù)

順利完成天宮一號、神舟八號、交會對接（2次）空間環(huán)境保障任務(wù)。在天宮一號發(fā)射前7天，日面上出現(xiàn)第24太陽活動周以來面積最大和爆發(fā)強(qiáng)度最大的活動區(qū)AR1302。太陽活動已呈下降趨勢，在天宮一號發(fā)射期間，不會產(chǎn)生大的太陽爆發(fā)活動和強(qiáng)地磁擾動，預(yù)計發(fā)射窗口的空間環(huán)境是安全的。通過太陽F10.7和地磁Ap指數(shù)未來27天預(yù)測，針對交會對接任務(wù)進(jìn)行空間環(huán)境預(yù)報和安全性評估。2.4完成載人航天空間環(huán)境保障任務(wù)22日24日25日26日27日28日發(fā)射安全期短期預(yù)報在天宮一號發(fā)射前7天，日面上出現(xiàn)第24太陽活動周以來面積最大和爆發(fā)強(qiáng)度最大的活動區(qū)AR1302

22日24日25日26日2529日29日29日太陽活動已呈下降趨勢，在天宮一號發(fā)射期間，不會產(chǎn)生大的太陽爆發(fā)活動和強(qiáng)地磁擾動，預(yù)計發(fā)射窗口的空間環(huán)境是安全的。

2529日29日29日太陽活動已呈下降趨勢，在天宮一號發(fā)射期26

兩次交會對接空間環(huán)境保障太陽F10.7和地磁Ap指數(shù)未來27天預(yù)測，針對交會對接任務(wù)。交會對接空間環(huán)境預(yù)報和安全性評估26兩次交會對接空間環(huán)境保障太陽F10.7和地磁Ap指數(shù)未3.1太陽活動預(yù)報模型集成太陽活動預(yù)報模型都是相互關(guān)聯(lián)的模型。尤其在分析爆發(fā)現(xiàn)象源區(qū)時，都要用到數(shù)據(jù)基本同源，且預(yù)報結(jié)果可視化難度較小。因而王華寧、賀晗等對太陽活動預(yù)報模型集成進(jìn)行了初步嘗試。集成研究主要內(nèi)容：統(tǒng)一的數(shù)據(jù)獲取方式；規(guī)范的數(shù)據(jù)格式；核心數(shù)據(jù)庫形成；多模型運行計算體系建立；預(yù)報結(jié)果可視化展示。已經(jīng)初步形成一個太陽活動預(yù)報模型綜合體系演示樣本。3.重要階段性成果3.1太陽活動預(yù)報模型集成3.重要階段性成果數(shù)據(jù)提取和格式化數(shù)據(jù)庫預(yù)報模塊預(yù)報產(chǎn)品形成與分發(fā)輸出數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)平臺預(yù)報平臺四個子系統(tǒng)太陽監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)庫、預(yù)報模型和預(yù)報產(chǎn)品發(fā)布。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)提取和格式化數(shù)據(jù)庫預(yù)報模塊預(yù)報產(chǎn)品輸出數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)平5/virtual-sun/5/virtual-3.2短期太陽活動預(yù)報方法的提升

王華寧、黃鑫等對短期太陽活動預(yù)報方法進(jìn)行了深入研究。在太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射和太陽質(zhì)子事件預(yù)報新方法研究中取得階段性進(jìn)展。主要內(nèi)容包括提出新型預(yù)報要素、歸納新型太陽活動指標(biāo)。3.2短期太陽活動預(yù)報方法的提升考慮活動經(jīng)度帶的太陽耀斑預(yù)報2023/1/331973總結(jié)考慮活動經(jīng)度帶的太陽耀斑預(yù)報2022/12/2031973總考慮CME信息的質(zhì)子事件預(yù)報模型Impulsive質(zhì)子事件與耀斑相關(guān)Gradual質(zhì)子事件與快速CME形成的激波相關(guān)2023/1/3973總結(jié)321996—2005考慮CME信息的質(zhì)子事件預(yù)報模型Impulsive質(zhì)子事件與考慮CME信息的質(zhì)子事件預(yù)報模型2023/1/3973總結(jié)33考慮CME信息的質(zhì)子事件預(yù)報模型2022/12/20973總3.3日冕物質(zhì)拋射的偏振重構(gòu)

戴辛華、王華寧等正在深入研究日冕物質(zhì)拋射的偏振重構(gòu)方法，這對于預(yù)報日冕物質(zhì)拋射的對地有效性很有幫助。3.3日冕物質(zhì)拋射的偏振重構(gòu)偏振法的缺點：不能判斷CME是正面的還是背面的。天空平面太陽背面CME正面CME投影CME黃道面偏振法的優(yōu)點：分辨率高，可以重構(gòu)出CME的精細(xì)結(jié)構(gòu)。偏振法重構(gòu)CME的優(yōu)缺點：偏振法的缺點：不能判斷CME是正面的還是背面的。天空平面太使用偏振技術(shù)重構(gòu)CME要注意的兩個問題因為湯姆遜散射關(guān)于天空平面具有對稱性，當(dāng)一個CME中的物質(zhì)相對于天空平面既有正面也有背面的時候，重構(gòu)的結(jié)果可能會出現(xiàn)較大誤差，下面是一個例子：這是發(fā)生在2007/08/31的一個CME，數(shù)據(jù)來源于STEREO/A/SECCHI/COR1:A星得到的總亮度分布圖利用偏振技術(shù)反演的相對于天空平面的高度分布圖一、正背面問題使用偏振技術(shù)重構(gòu)CME要注意的兩個問題因為湯姆遜散射關(guān)于天空對CME中每個像素點的獨立重構(gòu)將CME分割后的質(zhì)心平面重構(gòu)以下是發(fā)生在2011/06/0707:00:25的一個CME的三維重構(gòu)結(jié)果，使用的數(shù)據(jù)是STEREO/B/SECCHI/COR1的中心波長為656納米、寬為22.5納米的白光圖像，經(jīng)過不同處理得到的圖像：二維白光總亮度分布圖二維高度分布圖CME三維結(jié)構(gòu)圖二、暗條物質(zhì)的非湯姆遜散射問題對CME中每個像素點的獨立重構(gòu)將CME分割后的質(zhì)心平面重構(gòu)以二、存在的問題及其對策

(1)存在問題

組內(nèi)外溝通較為欠缺。

(2)對策

太陽活動峰年臨近為加強(qiáng)組內(nèi)外溝通提供了有利時機(jī)：建立組內(nèi)成員就空間天氣狀態(tài)進(jìn)行會商機(jī)制，結(jié)合預(yù)報實踐解決研究工作中的實際問題；建立面向整個項目成員的空間天氣預(yù)報服務(wù)體系，為項目成員聯(lián)測提供空間天氣信息。

二、存在的問題及其對策(1)存在問題三、下年度研究工作計劃和進(jìn)度安排

(1)總體計劃：通過峰年典型事件統(tǒng)計分析，選擇太陽磁場、冕洞、行星際磁場、地磁場、電離層等方面的關(guān)鍵參量，探索這些關(guān)鍵參量之間的物理聯(lián)系,尋求部分空間天氣過程可預(yù)報性的物理基礎(chǔ)。結(jié)合載人航天工程和月球探測計劃需求，發(fā)展新的空間天氣預(yù)報方法和技術(shù)。(2)具體內(nèi)容和進(jìn)度安排:

隨著新太陽活動周上升期的到來以及我國重大航天工程需求，運用已經(jīng)建立的預(yù)報模型進(jìn)行實戰(zhàn)檢驗。（全年度）

提出建立日冕物質(zhì)拋射產(chǎn)生和對地效應(yīng)預(yù)報模型的關(guān)鍵科學(xué)問題和基本路線。爭取形成一個切實可行的方案。（上半年度）全面總結(jié)我們已經(jīng)取得的進(jìn)步，提出空間天氣預(yù)報模式集成中的重點方向，為今后的研究項目提供參考。（下半年度）三、下年度研究工作計劃和進(jìn)度安排(1)總體計劃：謝謝!謝謝!科技部973項目《日地空間天氣預(yù)報的物理基礎(chǔ)與模式研究》幻燈片PPT本PPT課件僅供大家學(xué)習(xí)使用請學(xué)習(xí)完及時刪除處理謝謝！科技部973項目《日地空間天氣預(yù)報的物理基礎(chǔ)與模式研究》幻燈一、年度計劃執(zhí)行情況

1.年度計劃完成情況

2.研究工作主要進(jìn)展

3.重要階段性成果二、存在的問題及其對策三、下年度研究工作計劃和進(jìn)度安排內(nèi)容提要一、年度計劃執(zhí)行情況內(nèi)容提要一、年度計劃執(zhí)行情況

1.計劃完成情況1.1人員人員：22人；學(xué)生：14人分別來自中科院國家天文臺、云南天文臺、空間中心和國家氣象局空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心

1.2年度計劃完成情況

根據(jù)第六課題組課題任務(wù)書，2011年度計劃任務(wù)是：分析現(xiàn)有的太陽活動、地磁活動、電離層擾動預(yù)報方法和技術(shù)的局限性，尋求完善辦法；分析現(xiàn)有的空間和地面觀測數(shù)據(jù)和用戶需求，優(yōu)化預(yù)報要素，掌握國內(nèi)外空間天氣研究動態(tài)，了解國際空間天氣預(yù)報模式的主要特點。熟悉我國載人航天工程和月球探測計劃在空間環(huán)境保障方面的需求。圍繞2011年度任務(wù)要求，第六課題組主要完成如下工作：空間天氣預(yù)報模式研究取得重要進(jìn)展；積極參與國際空間天氣預(yù)報合作；完成載人航天空間環(huán)境保障任務(wù)。一、年度計劃執(zhí)行情況

1.計劃完成情況1.1人員表一主要成果統(tǒng)計表成果類型數(shù)量研究論文（SCI）已發(fā)表18待發(fā)表12邀請報告3授權(quán)專利1軟件登記1表一主要成果統(tǒng)計表成果類型數(shù)量研究論文（SCI）已發(fā)表12.研究工作的主要進(jìn)展2.1空間天氣預(yù)報模式研究

2.1.1基于觀測磁場的活動區(qū)數(shù)值分析（1）太陽活動區(qū)日冕三維磁場物理參量的分析計算。

HanHe,HuaningWang,andYihuaYan(2011),“Nonlinearforce-freefieldextrapolationofthecoronalmagneticfieldusingthedataobtainedbytheHinodesatellite”,

JGR-SpacePhysics,

116,A01101.

（2）運用數(shù)據(jù)驅(qū)動模型模擬活動區(qū)物理量并分析其演變。

L.Fan,H.N.Wang,H.He,andX.S.Zhu(2011),“StudyofthePoyntingFluxinActiveRegion10930UsingData-drivenMagnetohydrodynamicSimulation”,ApJ,737,39

2.研究工作的主要進(jìn)展2.1空間天氣預(yù)報模式研究

賀晗等通過對太陽活動區(qū)日冕三維磁場多個物理參量的分析計算，定量描述日冕磁場三維結(jié)構(gòu)特征和物理特性的分布與演化，理解其與太陽耀斑、暗條和日冕物質(zhì)拋射等太陽活動現(xiàn)象之間的關(guān)系，發(fā)展基于日冕磁場三維結(jié)構(gòu)特征和物理特性定量分析的太陽活動預(yù)警和預(yù)報模型（日冕三維磁場通過非線性無力場外推方法計算獲得）。由此定量分析活動區(qū)電流密度、無力因子alpha和磁場能量的分布與演化。其中電流密度的分布與強(qiáng)度反映活動區(qū)的非勢性和活躍程度，無力因子alpha的分布反映日冕磁場的拓?fù)溥B接性。

范玉良等在數(shù)據(jù)驅(qū)動模型底面邊界中使用了特征線方法處理，把觀測的矢量磁場逐步的加到模擬中，保證數(shù)值模擬的穩(wěn)定性。他們把數(shù)據(jù)驅(qū)動模型應(yīng)用到活動區(qū)的觀測磁圖中，得到三維結(jié)構(gòu)的磁場和速度場，這樣就可以計算底面的能流密度分布，并考察其隨時間的演變。賀晗等通過對太陽活動區(qū)日冕三維磁場多個物理參量的分析計算，23

hoursinterval3hoursintervalNOAA10930活動區(qū)日冕中電流密度的分布與演化(electriccurrentdensitymeasuredinelectromagneticunits)(averagingthemagnitudeofthecurrentdensityverticallytogeta2-Dintensitymap)(Modelingbox:160x88x30)日冕中電流密度強(qiáng)度伴隨光球磁場的演化隨時間逐漸增大，表明活動區(qū)的非勢性和活躍程度逐漸增強(qiáng)。23hours3hoursNOAA10930活動區(qū)日冕NOAA10930活動區(qū)X3.4級耀斑前后日冕磁場定量分析(無力因子alpha的分布與演化、磁場總能量及能量密度的分布與演化)共6幅矢量磁圖(耀斑前3幅，耀斑后3幅)日冕磁場外推計算分辨率：1arcsec/pixel，格點數(shù)：300x160x1606組磁場數(shù)據(jù)均經(jīng)過投影改正，剪切后的磁圖數(shù)據(jù)對應(yīng)相同視場區(qū)域第11層alpha分布圖耀斑前后磁場能量演化耀斑前耀斑后(1)(2)(3)(4)(5)(6)2006-12-1215:30:08UT2006-12-1217:40:05UT2006-12-1220:30:05UT2006-12-1304:30:05UT2006-12-1307:50:05UT2006-12-1316:21:04UT耀斑爆發(fā)前存在沿中性線方向的磁場連接性，耀斑爆發(fā)后該拓?fù)溥B接完全斷開。能量單位：erg(1)(2)(3)(4)(5)(6)耀斑后日冕磁場總能量有顯著降低(數(shù)量級為1032erg)，能量密度減小的區(qū)域與耀斑發(fā)生位置一致。第60層能量密度變化分布E4-E3NOAA10930活動區(qū)X3.4級耀斑前后日冕磁場定量分析數(shù)據(jù)驅(qū)動方法的Poynting能流研究

在數(shù)據(jù)驅(qū)動模型中，底面邊界使用了特征線方法處理。特征線方法處理的好處在于，可以把觀測的矢量磁場逐步的加到模擬中，而不會產(chǎn)生模擬的不穩(wěn)定。我們數(shù)據(jù)驅(qū)動模型應(yīng)用到AR10930的觀測磁圖中，就可以得到三維結(jié)構(gòu)的磁場和速度場，這樣我們就可以計算底面的Poynting能流，并考察其隨時間的演變。數(shù)據(jù)驅(qū)動方法的Poynting能流研究在數(shù)據(jù)驅(qū)動模型中，Poynting能流分布Poynting能流分布2.1.2太陽整體行為分析（1）用連續(xù)的Morlet小波變換來研究黑子面積和數(shù)量歷史數(shù)據(jù)，分析研究太陽自轉(zhuǎn)變化

Li,

K.

J.;Liang,

H.

F.;Feng,

W.;Zhan,

L.

S.,Therotationsignalindailysunspotareas,2011,ApSS,331，441-445；Li,K.J.,etal.,Variationsofsolarrotationandsunspotactivity,2011,ApJ,729,49。Gao,etal.2011,NewAstron.Gao,etal.2011,SolarPhysicsGao,etal.2011,RAA（2）異常太陽活動周研究Li,K.J.,etal.,Abriefreviewonthepresentationofcycle24,thefirstintegratedsolarcycleinthenewmillennium,2011,AnnalesGeophysicae,29,341-348

科技部973項目《日地空間天氣預(yù)報的物理基礎(chǔ)與模式研究》教學(xué)課件（3）運用多種統(tǒng)計方法研究太陽長周期活動。Du,Z.L.:Thecorrelationbetweensolarandgeomagneticactivity–Part1:Two-termdecompositionofgeomagneticactivity,Ann.Geophys.,2011,29(8),1331–1340；Du,Z.L.:Thecorrelationbetweensolarandgeomagneticactivity–Part2:Long-termtrends,Ann.Geophys.,2011,29(8),1341–1348；Du,Z.L.:Thecorrelationbetweensolarandgeomagneticactivity–Part3:Anintegralresponsemodel,Ann.Geophys.,2011,29(6),1005–1018；Du,Z.L.,Wang,H.N.,Isahighercorrelationnecessaryforamoreaccurateprediction?Sci.ChinaSerG-PhysMechAstron,2011,54(1):172–175Du,Z.L.:TheRelationshipbetweenPredictionAccuracyandCorrelationCoefficient,SolarPhys.,2011,270(1),407–416.Du,Z.L.:TheShapeofSolarCycleDescribedbyaModifiedGaussianFunction,SolarPhys.,2011,273(1),231–253.Du,Z.L.,Wang,H.N.,Thepredictionmethodofsimilarcycles.ResearchinAstron.Astrophys.,2011,11(12),1482–1492

（3）運用多種統(tǒng)計方法研究太陽長周期活動。李可軍等用連續(xù)的Morlet小波變換來研究1874年5月9日至2010年2月28日每日黑子面積內(nèi)蘊(yùn)藏的自轉(zhuǎn)信息。1874年至1950年代，自轉(zhuǎn)變快，之后變慢。長期自轉(zhuǎn)活動存在2.61和5.77年的周期，但似乎和Schwabe周期無關(guān)。進(jìn)一步用連續(xù)的Morlet小波變換來研究1849年1月1日至2010年2月28日每日黑子數(shù)內(nèi)蘊(yùn)藏的自轉(zhuǎn)信息：從11到19太陽活動周，自轉(zhuǎn)變快，之后變慢。統(tǒng)計上看，并不能確定太陽活動極大時期的自轉(zhuǎn)是轉(zhuǎn)得快還是慢，但自轉(zhuǎn)變化可能和太陽活動變化有關(guān)。李可軍等描述了自2007年下半年到現(xiàn)在的非常低的太陽活動狀況。對于這種極低太陽活動的現(xiàn)象,綜述了從當(dāng)前的日震觀測給予的解釋、也從Gleissberg周期的長尺度、超長太陽活動周期尺度給予了解釋.依據(jù)目前的觀測,確定24黑子活動周于2008年11月開始.綜合多種經(jīng)典太陽活動預(yù)報方法給出的對24周太陽活動水平的預(yù)報,以及美國國家航空航天局和美國國家海洋大氣局對24周的未來發(fā)展趨勢的預(yù)報,認(rèn)為24周太陽活動水平估計比23周將要弱30%左右.異常的24太陽活動周為太陽物理和日地關(guān)系物理研究帶來機(jī)遇。

杜占樂等提出了對地磁活動指數(shù)（aa）的兩種分解方法，可以用一種非線性及衰變模型來解釋;分析了太陽活動周峰值與地磁指數(shù)及黑子面積的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)及預(yù)報誤差呈現(xiàn)44年的周期性，發(fā)電機(jī)理論作為預(yù)報工具應(yīng)考慮長周期的調(diào)制。杜占樂等提出了一種Gauss函數(shù)來描述太陽活動周的形狀，并比較了與Planck函數(shù)的差異;提出了太陽活動周相似度的概念，由此發(fā)展了相似周預(yù)報方法，與第24太陽活動周相似的是14,10,17等。

李可軍等用連續(xù)的Morlet小波變換來研究1874年5月9日太陽活動與地磁活動的關(guān)系研究1)提出了對地磁活動指數(shù)（aa）的兩種分解方法，可以用一種非線性及衰變模型來解釋.2)提出了一種積分響應(yīng)模型來解釋地磁活動(aa)與太陽活動(Rz)的關(guān)系，如地磁指數(shù)的增加，aa對Rz的時間延遲及相關(guān)性的變化等等。3)分析了太陽活動周峰值與地磁指數(shù)及黑子面積的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)及預(yù)報誤差呈現(xiàn)44年的周期性，發(fā)電機(jī)理論作為預(yù)報工具應(yīng)考慮長周期的調(diào)制。太陽活動與地磁活動的關(guān)系研究1)提出了對地磁活動指數(shù)（aa）太陽活動周研究2)提出了太陽活動周相似度的概念，由此發(fā)展了相似周預(yù)報方法，第24太陽活動周很可能與第10周相似。1)提出了一種Gauss函數(shù)來描述太陽活動周的形狀，并比較了與Planck函數(shù)的差異。3)分析了上升率與太陽活動周峰值的關(guān)系，預(yù)報誤差與兩者之間的相關(guān)性幾乎無關(guān)。在活動周開始大約20個月后，誤差會小于20%。4)指出CME加速度(a)與其質(zhì)量(M)正相關(guān)(r=0.9)，驅(qū)動力(Ma)與黑子活動(Rz)反相關(guān)(r=?0.80)。太陽活動周研究2)提出了太陽活動周相似度的概念，由此發(fā)展了2.1.3近地空間環(huán)境模式研究（1）等離子體片中高能電子通量分析與預(yù)報建模

Onenergeticelectrons(>38keV)inthecentralplasmasheet:Dataanalysisandmodeling,J.Geophys.Res.,116,A09220,doi:10.1029/2011JA016562（2）低緯地區(qū)夜間等離子濃度增強(qiáng)現(xiàn)象的研究

ThecasestudiesaboutthelocalizedplasmadensityenhancementatthelowlatitudeChineseJournalGeophysics（Chinese），2011

（3）月基地球等離子體層極紫外圖像反演方法研究

張效信等2.1.3近地空間環(huán)境模式研究等離子體片中的高能電子是外輻射帶更高能量電子的源等離子體片中高能電子可引起衛(wèi)星表面充電目前尚沒有等離子體片中的高能電子分布和預(yù)報模型模型的建立，可以為其他磁層模型提供邊界條件等離子體片中的高能電子是外輻射帶更高能量電子的源等離子體片中高能電子通量的空間分布特征遠(yuǎn)磁尾低，近地點高晨昏不對稱性，晨側(cè)高，昏側(cè)低中心區(qū)域即近中性片區(qū)域高等離子體片中高能電子通量隨太陽風(fēng)變化特征太陽風(fēng)速度高，則高能電子通量高行星際磁場南向分量高，則高能電子通量高太陽風(fēng)密度貢獻(xiàn)較小時間延遲：60-90分鐘等離子體片中高能電子通量的空間分布特征經(jīng)驗?zāi)Ｐ湍Ｊ筋A(yù)報值和實測值相關(guān)系數(shù)：R=0.86經(jīng)驗?zāi)Ｐ湍Ｊ筋A(yù)報值和實測值相關(guān)系數(shù)：2.2新型太陽活動預(yù)報發(fā)明專利和新型預(yù)報平臺

2.2.1發(fā)明專利發(fā)明專利名稱：一種計算機(jī)太陽活動預(yù)報系統(tǒng)申請?zhí)?專利號：200710064432專利授權(quán)日：2011年6月29日專利發(fā)明人：中國科學(xué)院國家天文臺專利設(shè)計人：王華寧;李蓉;賀晗;杜占樂;崔延美等;一種計算機(jī)太陽活動預(yù)報系統(tǒng)，在包含帶人機(jī)界面的服務(wù)器和海量數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)中，設(shè)有一個預(yù)報模塊，包括基于ＡＲＩＭＡ模型建立的射電流預(yù)報模型、基于ＳＶＭ的質(zhì)子預(yù)報模型和基于多元判別模式的耀斑預(yù)報模型，預(yù)報模塊中還有網(wǎng)站自動數(shù)據(jù)下載模塊、郵件自動數(shù)據(jù)接收模塊、常規(guī)發(fā)送模塊和非常規(guī)發(fā)送模塊，利用服務(wù)器中的定時器控制，定時啟動預(yù)報模塊。本發(fā)明計算機(jī)太陽活動預(yù)報系統(tǒng)，解決了太陽活動預(yù)報中數(shù)據(jù)處理量大、費時費力，能夠快速地準(zhǔn)確地進(jìn)行中長期太陽活動預(yù)報，并能夠進(jìn)行以往難以進(jìn)行的短期預(yù)報，對于及時防止太陽劇烈活動對人類生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響以及科學(xué)研究具有極大的應(yīng)用價值。

科技部973項目《日地空間天氣預(yù)報的物理基礎(chǔ)與模式研究》教學(xué)課件2.2.2新型預(yù)報平臺軟件登記軟件名稱：太陽活動三維虛擬可視化平臺[簡稱：三維虛擬太陽]V1.0版軟件著作權(quán)人：中科院國家天文臺軟件設(shè)計人：王華寧、賀晗、閆巖軟件介紹：

平臺利用計算機(jī)三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立虛擬太陽立體影像，以可視化方式展示太陽活動監(jiān)測和預(yù)報數(shù)據(jù)，旋轉(zhuǎn)移動三維影像可以實現(xiàn)從不同視角觀察太陽活動狀況。通過客戶端軟件與數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡(luò)連接，用戶可以查詢太陽活動觀測圖像，回溯顯示太陽活動歷史狀況，并以可視化方式查看預(yù)報模式的輸出結(jié)果。該平臺提供了一個可視化的基礎(chǔ)架構(gòu)，在此基礎(chǔ)平臺上，可以開發(fā)出更多的太陽活動監(jiān)測和預(yù)報發(fā)布應(yīng)用子系統(tǒng)。演示結(jié)果表明該平臺完全實現(xiàn)了預(yù)期功能，與國內(nèi)外同類平臺相比，展現(xiàn)了獨到的結(jié)構(gòu)和功能創(chuàng)意，具備重要的空間天氣應(yīng)用價值。2.2.2新型預(yù)報平臺軟件登記2.3國際空間天氣預(yù)報合作

（1）改進(jìn)常規(guī)預(yù)報數(shù)據(jù)交換第六課題組成員與國際相關(guān)空間天氣預(yù)報單位有著長期的預(yù)報數(shù)據(jù)交換關(guān)系。為了進(jìn)一步完善數(shù)據(jù)交換內(nèi)容和手段，我們對現(xiàn)有的預(yù)報模式體系進(jìn)行了升級改造。（2）及時獲取SDO衛(wèi)星數(shù)據(jù)我們通過SDO數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可以獲取45分鐘之內(nèi)的SDO衛(wèi)星的快速瀏覽數(shù)據(jù)。這對于及時掌握太陽實時狀態(tài)十分有利。（3）美國NOAA空間天氣預(yù)報中心TerryOnsager今年10月分別訪問了中國科學(xué)院空間中心、國家天文臺和國家氣象局空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心，深入討論了監(jiān)測數(shù)據(jù)、預(yù)報業(yè)務(wù)和預(yù)報模型研究方面的人合作的渠道和方式。（4）賀晗2011年8月2日在臺北舉行的AOGS2011第八次年會CollaborativeResearchesandOperationsofSpaceWeatherForecastinginAsia-Oceaniaregion專題會上作題為“RecentProgressofResearchandOperationalActivitiesofSolarWeatherForecastingatNAOC”邀請報告。（5）王華寧2011年8月31日在北京舉行的2011年國際與星同在（ILWS)研討會的“極端空間天氣”專題中作題為“Mostpowerfulflaresinsolarcycle24”邀請報告。2.3國際空間天氣預(yù)報合作2.4完成載人航天空間環(huán)境保障任務(wù)

順利完成天宮一號、神舟八號、交會對接（2次）空間環(huán)境保障任務(wù)。在天宮一號發(fā)射前7天，日面上出現(xiàn)第24太陽活動周以來面積最大和爆發(fā)強(qiáng)度最大的活動區(qū)AR1302。太陽活動已呈下降趨勢，在天宮一號發(fā)射期間，不會產(chǎn)生大的太陽爆發(fā)活動和強(qiáng)地磁擾動，預(yù)計發(fā)射窗口的空間環(huán)境是安全的。通過太陽F10.7和地磁Ap指數(shù)未來27天預(yù)測，針對交會對接任務(wù)進(jìn)行空間環(huán)境預(yù)報和安全性評估。2.4完成載人航天空間環(huán)境保障任務(wù)22日24日25日26日27日28日發(fā)射安全期短期預(yù)報在天宮一號發(fā)射前7天，日面上出現(xiàn)第24太陽活動周以來面積最大和爆發(fā)強(qiáng)度最大的活動區(qū)AR1302

22日24日25日26日6529日29日29日太陽活動已呈下降趨勢，在天宮一號發(fā)射期間，不會產(chǎn)生大的太陽爆發(fā)活動和強(qiáng)地磁擾動，預(yù)計發(fā)射窗口的空間環(huán)境是安全的。

2529日29日29日太陽活動已呈下降趨勢，在天宮一號發(fā)射期66

兩次交會對接空間環(huán)境保障太陽F1