太阳的剧烈爆发事件,如耀斑、日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection,CME)等会伴随着高能粒子及大量磁化等离子体向行星际抛出并带来行星际空间的剧烈扰动。当太阳的抛射物到达地球后,会与地球的磁层、电离层等多个圈层相互作用而对地球的环境产生影响,产生地磁暴等灾害性空间天气事件。因此,研究耀斑和CME的爆发机制并由此出发,构建一个有效的空间天气预报平台就显得很有必要。本文经由对2011年8月4日的M9.3级耀斑和随后的高速CME爆发事件的爆发过程与机理分析入手,丰富了现有CME爆发机制和CME形态的认识;进一步通过三个不同的活动区研究分析了磁螺度和太阳黑子相对运动在耀斑爆发过程中的变化,从而加深了对耀斑爆发机制的理解并为预报耀斑爆发提供了一个新的思路;针对爆发现象的复杂性和预报的困难性,本文在梳理了现有机器学习在空间物理学中的应用后,将机器学习的方法应用于行星际日冕物质抛射对地效应的预报中,为Dst指数的预报提供了新的思路。2011年8月4日03:55UT,日面向地侧的活动区NOAAAR 11261爆发了GOES M9.3级耀斑,伴随着高速晕状CME的抛出。在耀斑爆发前,通过SDO卫星的太阳大气成像仪(Atmospheric Imaging Assembly,AIA)的极紫外多个波段观测,可以看到活动区中有着高度扭缠结构的通量绳结构。耀斑发生后,该通量绳爆发消失并抛射形成CME.在AIA 193A波段可见CME根部明显的龙卷状结构;同时,STEREO A星的COR1旧冕仪同样可见明亮的双螺旋扭缠旋转结构。使用SDO卫星HMI仪器的SHARPs数据集所提供的关于该活动区的矢量磁图,我们进一步计算了该活动区爆发前后的光球表面等离子体速度场及磁螺度分布和演化。可以发现,磁通量绳爆发前的扭缠运动几乎只发生在西侧足点。伴随着磁螺度的不断输入,通量绳中的磁自由能进一步累积,同时通量绳抬升并最终和东侧足点附近的开放磁力线发生重联而抛射出去。为进一步明晰爆发过程,我们使用了时空守恒元-解元非线性无力场数值模型进行了模拟,清晰地再现了单侧足点扭缠——磁通量绳抬升——与开放磁力线重联并抛出的过程。此爆发过程对应的CME在日冕仪中同样可见由激波增亮而显现的气泡状前缘,而在1AU处局地观测数据中也可以认证出磁云结构。因此,我们认为,CME的爆发结构和磁云结构不一定要求双侧足点都锚定于太阳表面,这种由单侧足点和行星际开放磁力线形成的结构同样可以具有传统认识上的观测特征。在此基础上,我们使用了 SDO/HMI的SHARPs数据和SDO/HMI-Debrecen太阳黑子数据,分别对NOAA AR 11261、NOAA AR 1283和NOAA AR 11429三个活动区进行了研究分析。三个活动区均有多次M级或X级的耀斑爆发并伴随着线性速度大于400 km/s的高速CME爆发,爆发时刻活动区位于近日面中心位置,同时活动区周围没有其他大的活动区。我们利用光球表面三维矢量磁图计算了三个活动区的磁螺度通量和总磁螺度的变化,并对由剪切运动和浮现运动所产生的磁螺度通量做了分别计算。我们发现:由剪切运动带来螺度的输入要远大于由浮现运动带来的螺度输入;在大多数耀斑爆发前由剪切运动产生的螺度通量和总螺度通量会表现出一个先下降再上升的U型曲线,耀斑爆发时这两类螺度通量大多处于局地的最小值。同时,应用加权水平磁场梯度法计算黑子群的分布数据,同样在耀斑爆发前发现了先下降再上升的U型曲线。剪切磁螺度和黑子群的加权距离在耀斑爆发前的一致性表现证明了在一些耀斑和CME爆发中存在大量的由光球层至太阳大气的磁螺度输入,而剪切运动在爆发活动中占据了主导性的驱动作用。同时,这种先下降再上升的U型变化曲线也能为耀斑爆发的预报提供一定的帮助。现有的多种爆发机制揭示了爆发现象的复杂性。为了更好地预报爆发现象及其对地球产生的影响需要采用新的方法。我们梳理了机器学习相关思想和算法在太阳活动及其扰动预报研究中的诸多应用场景。我们从Richardson和Cane的近地球行星际CME列表出发,以表格中所认证的ICME案例为基础,通过位于日地连线L1点的ACE卫星和WIND卫星所测得的ICME扰动期间的质子温度、数密度等等离子体参量以及磁场强度、南向磁场持续时间等磁场相关参量,借助于机器学习中支撑向量机(SVM)的方法,以0.7的True Skill Statistics数值和0.8以上的查准率实现了对该ICME是否会带来中等及以上强度地磁暴(Dst<-50 nT)的判断。通过计算所选特征的Fisher Score,我们比较了不同ICME参数在引发中等强度地磁暴和强地磁暴(Dst<-100 nT)中的共性和差异。