【摘 要】
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太阳耀斑和日冕物质抛射(coronal mass ejection,CME)是太阳剧烈爆发的两种主要形式,期间伴随多种类型的射电暴,其中Ⅱ型射电暴信号可以用于判断在爆发活动中是否有激波形成。太阳高能粒子(solar energetic particle,SEP)是由激波加速超热粒子形成的,因此Ⅱ型射电暴与SEP事件之间的关系研究对于理解SEP与耀斑、CME之间关系以及SEP事件的形成机制有着非常重
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太阳耀斑和日冕物质抛射(coronal mass ejection,CME)是太阳剧烈爆发的两种主要形式,期间伴随多种类型的射电暴,其中Ⅱ型射电暴信号可以用于判断在爆发活动中是否有激波形成。太阳高能粒子(solar energetic particle,SEP)是由激波加速超热粒子形成的,因此Ⅱ型射电暴与SEP事件之间的关系研究对于理解SEP与耀斑、CME之间关系以及SEP事件的形成机制有着非常重要的作用。本文通过对Ⅱ型射电暴进行更细致的分类,探究不同类型Ⅱ型射电暴与SEP事件产生之间的关联,进而研究SEP产生过程中的激波条件。本文基于SOHO、Wind/WAVES、STEREO-A(B)等卫星和Learmonth、Culgoora等地面台站观测资料,筛选出第24太阳活动周2010年1月至2018年3月共计273个Ⅱ型射电暴事件,按起始-结束频率对Ⅱ型射电暴事件分为M Ⅱs only、M-DH Ⅱs、DH Ⅱs only、DH-KM Ⅱs、M-DH-KM Ⅱs五种类型,并通过射电频谱及CME高度演化曲线计算对应事件中的激波形成、结束高度,统计分析了各类Ⅱ型射电暴观测特性差异及其伴随日冕物质抛射与太阳高能粒子事件之间的关联及变化规律。此外,我们还初步探究了7个伴随Ⅱ型射电暴的失败爆发(failed eruption)事件的统计特征及其伴随SEP情况。主要研究结果如下:(1)五类事件对比分析显示,起始频率在米波段的Ⅱ型射电暴伴随SEP事件的比例高于起始频率在DH波段的事件;多频段Ⅱ型射电暴比单频段事件更容易产生SEP事件,其中,M-DH-KM Ⅱs伴随SEP事件的比例最高(73%),DH Ⅱs only伴随SEP事件的比例最低(19%)。(2)相比无SEP产生的事件,有SEP产生的Ⅱ型射电暴通常具有较高的起始频率、较低的结束频率以及更长的持续时间,对应CME参数(角宽、速度、质量和动能)普遍更高,但与CME加速度无明显关系。结果显示,Ⅱ型射电暴的持续时间和结束频率之间有很强的负相关(cc=-0.93),其中产生SEP事件的比例随Ⅱ型射电暴持续时间的增大而明显增大,随结束频率的增加而明显降低。(3)五类事件中,有SEP事件伴随的Ⅱ型射电暴起始高度更低,结束高度更高;通过激波维持高度分析,显示产生SEP事件的比例基本随着维持高度的增加而增加;其中,M-DH-KM Ⅱs事件中激波从<3Rs开始且能维持到很高高度(如30Rs以上)的比例最高(约80%),明显高于其他几类事件,其产生SEP事件的比例也最大。研究表明,CME驱动激波在低高度(如<3Rs)开始形成,并一直维持到很高高度(如>30Rs),可以充分加速粒子产生SEP事件,且SEP事件的强度也更大。(4)相比成功爆发事件,失败爆发事件伴随的Ⅱ型射电暴具有略高的起始频率、较高的结束频率和较短的持续时间。这表明,失败爆发中激波虽然能在较低的高度开始形成,但由于持续时间很短,结束高度很低,激波没能持续到足够高的高度,粒子不会经历长时间有效加速,因此在这些事件中也没能观测到明显的SEP事件产生。综上所述,是否有SEP事件产生更多的取决于CME的角宽、速度、质量和动能以及Ⅱ型射电暴的频段跨度和持续时间等参数;其中,M-DH-KM Ⅱs频段跨度最大,持续时间最长、对应CME参数最大,伴随SEP事件的比例也最大。CME要能有效加速产生SEP事件要求激波具有较低的形成高度和较高的结束高度,从而激波拥有足够长的粒子加速时间且能扫过更大空间范围内更多的种子粒子(待加速粒子),更有效率地加速粒子至更高能量,更有利于SEP事件的产生。本文结果有利于我们更好地理解CME激波加速产生SEP事件过程和关键条件,有利于SEP事件的空间天气建模预报预警。
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