行星际日冕物质抛射引起福布斯下降的一维随机微分模拟研究

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福布斯下降(FD)是银河宇宙线(GCRs)受短期剧烈太阳活动调制的重要现象之一。本文根据GCRs对太阳活动的响应机制,以及行星际日冕物质抛射(ICME)的结构特征,设GCRs进入由ICME及其前沿激波共同形成的扰动区时,其径向扩散系数κrr受到抑制,抑制强度与粒子位置的等离子体速度正相关,用开关函数描述激波前沿强度随其位置的衰减,用指数函数描述磁云内部强度的衰减过程。根据上述调制模型,利用一维随机微分方程(SDE)描述GCRs在日球层的传播,对独立Halo ICME调制GCRs的过程进行模拟。对2005年5月15日FD事件发生过程的模拟结果表明,计算所得地面中子通量与Oulu台站观测到的演变过程一致,说明ICME调制GCRs的一维参数化模型的有效性。对模拟过程中GCRs粒子运动轨迹的分析表明,在激波截断距离内,粒子被激波俘获的几率较大,在磁鞘区滞留时间相对较长,有明显的漂移效应。随着ICME的传播,激波强度逐渐减弱,磁云宽度逐渐增加,粒子在磁云中的往复运动有所增加。扰动区粒子数目的增加以及扰动强度的不断衰减最终使得出入ICME区域的粒子趋向平衡,地面中子通量也随之恢复至宁静水平。基于上述FD事件,本文进一步研究了 ICME调制GCRs的一维参数化模型中,各参数对FD事件中GCRs通量演变过程的影响。描述激波强度的开关函数中,m与中子通量下降相关系密切,m增大时,中子通量下降变快且幅度增大;n则与FD事件恢复相关系较大,n增大,中子通量恢复加快;激波截断位置Rc增大,激波的有效影响空间加大,中子通量下降幅度增大。描述磁云调制强度的指数函数中,扩散系数恢复指数τ减小,FD事件恢复相加快。扰动区中激波前沿宽度Wshf与中子通量急降前的上升幅度正相关;磁鞘宽度Wsheath与中子通量下降幅度正相关;扰动区尾部宽度Wtail变窄,中子通量恢复加快。上述结论表明,本模型亦可为从地面中子通量变化推测日地空间ICME结构演变提供一定的参考。
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