基于数据挖掘技术的太阳爆发活动预报研究

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太阳爆发活动可能影响空间和地球的环境,进而影响人类的生产和生活。因此,太阳爆发活动预报的研究具有重要的价值。随着观测手段和设备的不断改进,人们能够得到大量的太阳观测数据。如何从海量的观测数据中获得知识、建立太阳活动预报模型成为太阳物理研究中的一个关键的问题。本文基于太阳活动区光球磁场,太阳耀斑,日冕物质抛射和太阳质子事件的观测数据,研究了太阳爆发活动预报评价及建模方法。具体从以下几个方面进行了探索:  (1)提出一种新的光球纵向磁场参数,并比较了活动区常用参数的预报能力。太阳爆发活动的能量来源于磁场中存储的非势性能量。当磁场为势场时,纵向磁场水平梯度▽hBz与以纵向磁场为边界的势场模型外推的磁场水平分量Bpt的方向相反。当磁场受到挤压偏离势场状态时,纵向磁场水平梯度▽hBz的方向发生改变,此时▽hBz与Bpt同向。因此,基于P=▽hBz·Bpt/|Bpt|,我们提出三个参数(活动区中P值大于0的像素点的数目Pnum,活动区中P的最大值Pmax和活动区中大于0的P值的总和Psum)刻画活动区磁场的非势性,并研究了这三个参数和耀斑间的关系。随后,我们定量地比较了常用的活动区参数的预报能力,发现延中性线的纵向磁场水平梯度的加和(|▽hBz|SL)的预报能力最高,活动区的有效距离(Eff)的预报能力最差。  (2)利用活动经度带信息改进太阳耀斑预报的性能。针对太阳耀斑预报,现有的预报因子关注于从不同侧面刻画活动区的非势性和复杂性。因此,活动区磁场参数间存在较为明显的相关性,不利于预报模型的建立和预报性能的提高。考虑到太阳耀斑在经度上存在一定的分布规律,我们定义活动区中心到活动经度带中心的距离(DARAL)以反映活动区与活动经度带间的关系,并将该参数引入太阳耀斑预报模型中。测试结果表明,考虑活动经度带信息的耀斑预报模型的性能得到一定程度的提升。  (3)建立一种同时考虑太阳耀斑参数和日冕物质抛射参数的太阳质子事件预报模型。我们首先定量地比较了太阳耀斑参数(软X射线峰值流量,耀斑持续时间和耀斑经度)和日冕物质抛射参数(日冕物质抛射宽度,日冕物质抛射速度和日冕物质抛射测量位置角)在太阳质子事件预报中的作用,发现日冕物质抛射的宽度、速度和耀斑软X射线峰值流量具有较强的预报能力。然而,目前运行的质子事件预报模型多利用太阳耀斑参数作为预报因子。为了进一步提升质子事件预报模型的性能,我们同时考虑太阳耀斑参数和日冕物质抛射参数在太阳质子事件预报中的作用,针对耀斑参数和日冕物质抛射参数分别建立质子事件的预报模型,最后融合两个预报模型的结果,得到一个新的太阳质子事件预报模型。测试结果表明,新预报模型融合了太阳耀斑参数提供的信息和日冕物质抛射参数提供的信息,具有更好的预报性能。
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