太陽高能粒子事件起始釋放高度研究

陳玉林,季晶晶,董麗花,丁留貫,李鵬

(1.南京信息工程大學(xué) 物理與光電工程學(xué)院,江蘇 南京 210044;2.南京信息工程大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院,江蘇 南京 210044;3.中國傳媒大學(xué)南廣學(xué)院 傳媒技術(shù)學(xué)院,江蘇 南京 211172)

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太陽高能粒子事件起始釋放高度研究

陳玉林1,季晶晶2,董麗花3,丁留貫1,李鵬2

(1.南京信息工程大學(xué) 物理與光電工程學(xué)院,江蘇 南京 210044;2.南京信息工程大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院,江蘇 南京 210044;3.中國傳媒大學(xué)南廣學(xué)院 傳媒技術(shù)學(xué)院,江蘇 南京 211172)

對第23太陽周的太陽高能粒子、米波段和DH波段Ⅱ型射電暴的爆發(fā)時間和高度進(jìn)行了統(tǒng)計分析。結(jié)果表明:耀斑和日冕物質(zhì)拋射(coronal mass ejection,CME)產(chǎn)生后,先后爆發(fā)米波、DH波Ⅱ型射電暴和高能粒子事件,它們爆發(fā)的高度也由低到高。米波、DH波Ⅱ型射電暴的爆發(fā)時間和高度同太陽高能粒子事件是否發(fā)生并無明顯關(guān)系,但伴隨米波段和DH波段Ⅱ型射電暴的CME有更高的產(chǎn)生太陽高能粒子事件的概率。

太陽高能粒子事件;太陽耀斑;日冕物質(zhì)拋射;Ⅱ型射電暴

0 引言

太陽是人類賴以生存的能量源泉,太陽活動存在一定的周期(丁留貫等,2012)。太陽風(fēng)暴是太陽上爆發(fā)的劇烈活動,對地球空間環(huán)境產(chǎn)生影響,使20～30 km以上的中高層大氣條件、電離層、磁層以及粒子輻射和電磁輻射等條件發(fā)生急劇的變化,如地磁擾動(程國勝等,2011)、電離層擾動(汪四成等,2013)等空間天氣效應(yīng)。太陽高能粒子(solar energetic particles,SEP)是來自太陽、能量大于10 keV的粒子,對衛(wèi)星設(shè)備的壽命和宇航員的健康有直接危害。因此,研究太陽高能粒子事件的發(fā)生機(jī)制具有很重要的意義。

關(guān)于太陽高能粒子的加速機(jī)制有兩種說法:一種是由耀斑環(huán)加熱產(chǎn)生日冕激波加速粒子;另一種是由日冕物質(zhì)拋射(Coronal Mass Ejection,CME)驅(qū)使的行星際激波加速。Kahler et al.(1978)發(fā)現(xiàn)CME是質(zhì)子向星際空間逃逸、SEP事件發(fā)生的一個重要因素;在耀斑爆發(fā)位置的上方可能存在加速區(qū),耀斑粒子流在下游可能存在二次加速區(qū)域。Kahler et al.(1984) 研究耀斑和CME與質(zhì)子事件之間的聯(lián)系,指出CME角寬度和速度與質(zhì)子通量峰值之間存在明顯的聯(lián)系,某些斜率較大的質(zhì)子譜可能是由速度更快、角寬度更大的CME加速形成的。Kahler et al.(1987)分析太陽活動極小年的SEP事件認(rèn)為,SEP峰值通量跟CME速度有關(guān),而與CME角寬度無關(guān);分布于西半球黃道面附近的CME伴隨SEP事件的概率比較大,高速(大于800 km/s)CME伴隨SEP的幾率明顯較高,相比而言,沒有CME、且與地球磁場聯(lián)接良好的耀斑卻沒有觀測到伴隨SEP事件。Kahler et al.(1990) 指出CME能驅(qū)動日冕激波加速SEP。這些結(jié)論對SEP加速機(jī)制的研究有著非常重要的意義。Webb (1996) 認(rèn)為CME是聯(lián)系行星際粒子事件與太陽活動的關(guān)鍵,SEP事件雖然常常伴隨耀斑發(fā)生,但高能粒子的能量值仍取決于CME以及激波。Luhn et al.(1987) 發(fā)現(xiàn)耀斑中含有大量高能Si和Fe,認(rèn)為它們高能都來自溫度較高的日冕。Reames (1990) 分析大耀斑伴隨的高能粒子成分,發(fā)現(xiàn)多數(shù)太陽粒子事件的Fe/O比較小,只有少數(shù)耀斑源區(qū)與地球磁力線聯(lián)接良好的事件中早期測得Fe含量高,多數(shù)高能粒子來自CME加速區(qū)。但有些耀斑粒子也能夠進(jìn)入行星際空間并加速到達(dá)地球(Cliver et al.1989),這類與耀斑有關(guān)的太陽粒子事件多為低能事件(張桂清,1997)。伴隨CME的耀斑,峰值電子通量更高,X射線通量更大,CME對耀斑起到“放大”的作用,是聯(lián)系耀斑和地球響應(yīng)的紐帶(Kahler et al.,1994),伴隨SEP的CME速度相比普通CME并沒有顯著性的提高(Zhao and Song,2008)。

CME等太陽活動會伴隨波長為厘米、米、十米至千米波段的射電輻射增強(qiáng)。其中有一種在射電頻譜儀上表現(xiàn)為由高頻向低頻緩慢漂移的窄帶,稱之為Ⅱ型射電暴。它由太陽活動驅(qū)動激波加速的高能電子激發(fā),隨激波向外傳播,輻射頻率由背景等離子體密度決定。Cliver et al.(2004)指出SEP中90%伴隨DH 波段Ⅱ射電暴,高能粒子大多在DH波段Ⅱ型暴特征高度(距日心3個太陽半徑)外被激波加速,而CME從低日冕向外傳播導(dǎo)致Ⅱ型暴從米—DH波段頻移。Gopalswamy et al.(2005)也提出米—千米頻移是CME驅(qū)動激波從日冕駛向行星際空間所致。

郭曉博等(2011)發(fā)現(xiàn)耀斑與相關(guān)CME有密切的時序關(guān)系,耀斑等級越大,時序關(guān)系越密切。李小聰(1999)統(tǒng)計第22周太陽活動周的太陽質(zhì)子事件,發(fā)現(xiàn)太陽質(zhì)子事件100%與耀斑相關(guān),92%與CME有關(guān),認(rèn)為CME和耀斑對太陽質(zhì)子事件的發(fā)生都起著非常重大的作用。Golpalwamy et al.(2012)對地面粒子事件(ground level enhancement,GLE)的研究顯示米波段Ⅱ型射電爆發(fā)平均早于GLE粒子釋放17 min,激波在粒子釋放前已經(jīng)形成。與地球磁場聯(lián)接較好的GLE事件中,粒子釋放于距離日心平均3.09個太陽半徑處,而在磁鏈接不佳的事件該值變?yōu)?.18個太陽半徑。相關(guān)的米波Ⅱ型射電爆發(fā)于距離日心平均1.53個太陽半徑處。

高能粒子釋放高度、SEP事件相關(guān)太陽活動的時序關(guān)系對高能粒子事件的預(yù)報有重要意義,對第23太陽活動周(1997—2006年)的60個太陽高能粒子事件以及20個既伴隨耀斑又伴隨米和DH波段Ⅱ型暴的大的CME進(jìn)行了研究。

1 數(shù)據(jù)來源及分析

CME數(shù)據(jù)來自SOHO衛(wèi)星LASCO日冕觀測儀(http://cdaw.gsfc.nasa.gov/CME_list/),耀斑數(shù)據(jù)來自www.SolarMonitor.org,米波段Ⅱ型暴數(shù)據(jù)來自http://www.ngdc.noaa.gov/stp/solar/,DH波段Ⅱ型射電暴數(shù)據(jù)來自http://cdaw.gsfc.nasa.gov/CME_list/radio/waves_type2.html。高能質(zhì)子數(shù)據(jù)來自ACE衛(wèi)星OMIN探測器,其他粒子數(shù)據(jù)來自該衛(wèi)星SIS探測器。

太陽高能粒子釋放時刻的估算采用速度離散分析法(velocity dispersion analysis,VDA)(Tylka et al.,2003),假設(shè)太陽高能粒子從日面附近逃逸后做勻速運動,不同能量的粒子逃逸時刻相同,逃逸后走的長度也相同,則SEP逃逸后的運動近似滿足下式

Huttunen-Heikinmaa et al.(2005)用該方法計算高能粒子路徑長度平均(1.40±0.69)AU,釋放高度分布于距日心1～9個太陽半徑范圍。Reames(2009)用該方法得到1994—2007年的13個GLE路徑長度為1.1～2.2 AU。VDA法的準(zhǔn)確性依賴于SEP事件爆發(fā)前后不同能量通道粒子通量的增加幅度。通量增加不明顯時,無法明顯區(qū)分出事件的開始時刻,結(jié)果會出現(xiàn)較大誤差(Lintunen and Vainio,2004)。計算出的逃逸時刻誤差可能只有幾分鐘,但得到的路徑長度同阿基米德螺旋線長度的比值可能很大(Siz et al.,2005)。計算時為了增加結(jié)果的可信度,盡可能反映粒子在源區(qū)附近的特點,所以只選用粒子通量上升較快的事件來計算高能粒子的起始釋放時刻和路徑。

圖1為2000年6月10日18時(世界時,下同)的太陽高能粒子事件。橫坐標(biāo)為粒子速度的倒數(shù),縱坐標(biāo)為世界時間。其中有效高能粒子數(shù)據(jù)共有47個,釋放時刻為17時13分,路徑長度為1.23 AU。本文統(tǒng)計的60個SEP事件,高能粒子的路徑長度分布于1.07～2.86 AU,平均為1.76 AU(表1)。一些爆發(fā)源區(qū)跟地球磁場聯(lián)接不佳的事件中,觀測的粒子數(shù)據(jù)背景擾動較大,粒子通量上升不明顯,可供擬合的有效數(shù)據(jù)較少,有些事件的數(shù)據(jù)分布比較離散,導(dǎo)致路徑擬合結(jié)果的準(zhǔn)確度無法保證。

圖1 2000年6月10日18時高能粒子的路徑長度及釋放時刻Fig.1 Path length of solar energetic particles(SEP) and solar particle release(SPR) time at 1800 UTC 10 June 2000

CME在特定時刻的高度通過日冕儀觀測高度和時間近似擬合獲得(圖2)。大多數(shù)CME的高度和時間數(shù)據(jù)近似在一條直線上,表示CME在日冕儀觀測范圍內(nèi)呈勻速運動,這類CME特定時刻高度的計算由直線擬合確定。但也有CME的高度和時間呈現(xiàn)曲線關(guān)系,類似勻減速運動,推算某時刻高度時采用二次擬合確定(圖2)。由于不考慮CME形成初期在低日冕附近的一段加速運動,用該方法得到的CME在低日冕起始的時間應(yīng)偏晚;CME高度為日冕儀觀測的投影高度,計算出的CME速度、加速度也為平面投影值;在此情況下,CME源區(qū)經(jīng)度對起始時間的計算也有很大影響。為便于之后的計算,不考慮CME實際起始時間,而將推算的CME在日心處的時刻當(dāng)做CME的初始時刻(onset time)。

圖2 2000年6月10日17時08分日冕物質(zhì)拋射(coronal mass ejection,CME)的二次擬合高度和時間(計算了相應(yīng)米波、DH波Ⅱ型暴和SEP的爆發(fā)高度)Fig.2 Quadratic fitting height and time of coronal mass ejection(CME) at 1708 UTC 10 June 2000(heights of corresponding metric,DH type Ⅱ radion bursts and SEP are calculated)

圖2為圖1中SEP事件所對應(yīng)的CME高度—時間二次擬合曲線。圖中縱坐標(biāo)為CME距日心的高度,單位為太陽半徑(Rs),橫坐標(biāo)為對應(yīng)時間,圖中已對CME和Ⅱ型暴時間消除光從太陽傳播到地球所用499 s誤差。該CME近似呈勻減速運動,曲線二階導(dǎo)數(shù)為加速度,在縱軸的截距為CME在日心處的時刻(記作onset time)。假設(shè)SEP主要在CME前沿釋放,其釋放高度為在粒子逃逸時刻CME前沿的高度,則根據(jù)SEP的逃逸時間,通過擬合出的CME高度—時間關(guān)系可以確定SEP的逃逸高度。

Ⅱ型射電爆發(fā)高度通常采用太陽表面密度模型計算,為求簡便,本文中亦通過爆發(fā)時刻CME高度得到。Ⅱ型暴主要起源于CME前沿,只有少數(shù)情況由CME側(cè)翼發(fā)出 (Cho et al.,2008)。據(jù)此假設(shè)這些Ⅱ型暴都爆發(fā)于CME前沿,米、DH波段Ⅱ型暴的爆發(fā)時刻的CME高度即可作為它們的爆發(fā)高度(圖2)。由于CME高度數(shù)據(jù)是平面投影高度,較實際高度偏小,且未考慮CME在形成初期的一段加速過程,用勻速或勻減速推算CME初始觀測時刻之前的射電爆發(fā)高度時,偶爾出現(xiàn)高度小于1 Rs的情況,個別米波Ⅱ型射電爆發(fā)高度出現(xiàn)負(fù)值,這些小于1 Rs的值以及負(fù)值也列入統(tǒng)計分析。

2 統(tǒng)計結(jié)果

第23太陽周SEP事件共有86個,包含11個發(fā)生在東半球的事件。所有事件均有相應(yīng)CME數(shù)據(jù),直線擬合的CME速度分布于478～3 387 km/s,其中小于1 000 km/s有19個,大于3 000 km/s的有1個,平均速度約1 551 km/s。,共73個(84.9%)SEP事件觀測到伴隨耀斑,X級耀斑33個、M級32個、C級8個;58個(67.4%)事件伴隨米波段Ⅱ型暴;72個(83.7%)伴隨DH波段Ⅱ型暴。共有31組SEP粒子通量上升明顯,50組(58.1%)SEP既伴隨CME和耀斑,又伴隨米波和DH波段Ⅱ型射電爆發(fā)(表1)。

表1 SEP事件及有關(guān)CME、耀斑、Ⅱ型暴

Table 1 SEP events and the associated CMEs,flares and type Ⅱ radio bursts

序號SEP日期SEP時間CME時間耀斑源區(qū)耀斑尺寸耀斑時間米波Ⅱ型暴時間DH波Ⅱ型暴時間路徑長度/AUSEP釋放高度/Rs米波高度/RsDH波高度/Rs11997-11-0407:0006:10:051)S14W33X2.105:5205:5806:002.85±0.301.442.142.3121997-11-0613:0012:10:41S18W63X9.411:4911:5312:202.55±0.248.563.086.7031998-04-2011:0010:07:11S43W90M1.409:383)09:5610:251.07±0.0015.041.035.6941998-05-022)14:0014:06:12S15W15X1.113:3113:4114:251.50±0.212.622.756.3051998-05-062)08:2508:29:13S11W65X2.707:5808:0308:251.10±0.061.761.243.3361998-05-0905:0003:35:58S11W90M7.703:0403:2603:352.86±0.365.561.082.8971999-06-042)08:0007:26:541)N17W69M3.906:5207:0207:052.04±0.253.363.444.0682000-02-182)10:0009:54:05>NW9009:1909:442.58±0.321.821.963.8892000-04-0417:0016:32:37N16W66C9.715:1215:2515:451.66±0.2611.044.356.40102000-06-0619:0015:54:05N20E18X2.314:5815:1615:202.15±0.2611.490.400.78112000-06-102)18:0017:08:051)N22W38M5.216:4016:5517:151.23±0.062.971.463.61122000-07-1411:0010:54:07N22W07X5.710:0310:1910:301.46±0.162.900.191.78132000-07-222)12:0011:54:051)N14W56M3.711:1711:2511:451.78±0.092.481.223.47142000-09-1213:0011:54:051)S17W09M1.011:3011:3312:001.61±0.0012.930.383.25152000-10-162)08:0007:27:21N04W90M2.506:4006:5807:102.50±0.405.301.973.35162000-10-252)12:0008:26:05N10W66C4.008:4509:301.57±0.649.883.07172000-11-082)23:3023:06:05N10W77M7.422:4223:1523:201.20±0.297.184.825.57182000-11-242)16:0015:30:05N22W07X2.314:5115:0715:251.07±0.138.030.842.77192001-03-2911:0010:26:05N20W19X1.709:5710:0310:122.20±0.341.931.842.57202001-04-022)23:0022:06:07N18W82X2021:3221:5122:051.11±0.1710.632.675.69212001-04-102)08:0005:30:001)S23W09X2.305:0605:1305:242.52±0.468.28-0.251.75222001-04-1212:0010:31:29S19W42X2.009:3910:1810:202.11±0.266.961.721.93232001-04-1514:0014:06:31S20W85X1413:1913:4714:051.70±0.442.072.544.40242001-04-1803:0002:30:05S23W92C2.202:1102:1702:551.44±0.1511.522.2510.32252001-05-072)13:0012:06:06>NW9012:001.86±0.467.851.61262001-06-152)16:0015:56:27>SW9015:3316:051.69±0.165.972.226.91272001-09-152)12:0011:54:071)S21W49M1.511:0411:2911:502.30±0.232.282.413.39282001-10-1917:3016:50:051)N15W29X1.616:1316:2416:451.85±0.170.051.202.85292001-10-2217:0015:06:05S21E18M6.714:2714:5315:152.58±0.307.001.564.10302001-11-042)17:0016:35:06N06W18X1.016:0316:1016:301.95±0.178.060.713.83續(xù)表序號SEP日期SEP時間CME時間耀斑源區(qū)耀斑尺寸耀斑時間米波Ⅱ型暴時間DH波Ⅱ型暴時間路徑長度/AUSEP釋放高度/Rs米波高度/RsDH波高度/Rs312001-11-222)21:0020:30:33S24W68M3.820:1820:221.72±0.056.651.76322001-12-2605:3005:30:05N08W54M7.104:3205:0205:201.33±0.126.770.502.74332002-01-1406:0005:35:07S28W83M4.405:2906:0806:251.70±0.192.465.467.64342002-02-202)06:3006:30:05N12W72M5.105:5206:151.47±0.261.912.47352002-03-222)13:3012:30:00S09W90M1.610:1213:101.31±0.442.894.94362002-04-172)10:3008:26:05S14W34M2.607:4608:0808:301.31±0.2312.231.874.22372002-04-2102:0001:27:20S14W84X1.500:4301:1801:301.68±0.073.121.263.74382002-07-072)13:0011:30:31S13W90M1.011:1511:351.92±0.264.944.77392002-07-2106:0022:06:091)>SE90X3.321:0421:0721:301.62±0.2569.563.877.72402002-08-1403:0002:30:05N09W54M2.301:4701:5702:201.35±0.253.331.994.59412002-08-222)02:3002:06:061)S07W62M5.401:4701:551.69±0.282.622.61

注：1)表示曲線擬合的CME;2)表示通量上升明顯的SEP;3)為根據(jù)Gopalswamy et al.(2004)確定.

作為比較,找到第23太陽周與地球磁力線聯(lián)接較好的西半球的89組速度大于900 km/s、且無SEP伴隨CME進(jìn)行分析。其中48個(53.9%)伴隨耀斑,分別為X級9個、M級26、C級12個;35個(39.3%)伴隨米波Ⅱ型暴;31個(34.8%)伴隨DH波段Ⅱ型暴。共有20組CME既伴隨耀斑,又伴隨米波和DH波段Ⅱ型射電暴發(fā)(表2)。

50組既伴隨SEP又伴隨耀斑、米和DH波段Ⅱ型暴的CME事件,以及20組無SEP但伴隨耀斑、米和DH波段Ⅱ型暴的CME事件中,米波和DH波段Ⅱ型射電爆發(fā)相對耀斑爆發(fā)的延遲時間統(tǒng)計如圖3所示。橫坐標(biāo)為時間長度,縱坐標(biāo)為事件個數(shù),統(tǒng)計平均值(mean)和中值(med)。伴隨SEP的米波段Ⅱ型暴平均相對耀斑延遲15 min,DH波段Ⅱ型暴平均相對耀斑延遲34 min。無SEP伴隨的米波段Ⅱ型暴平均相對耀斑延遲13 min,DH波段Ⅱ型暴平均相對耀斑延遲32 min。Ⅱ型暴相對耀斑的時間延遲與有無SEP發(fā)生無明顯聯(lián)系。

這兩類CME事件的Ⅱ型射電爆發(fā)高度統(tǒng)計如圖4所示,伴隨SEP的米波段Ⅱ型暴平均爆發(fā)于距日心1.6 Rs處,DH波段Ⅱ型暴平均爆發(fā)于距日心4.2 Rs。無SEP伴隨的米波Ⅱ型射電爆發(fā)高度平均為1.9Rs,DH波段Ⅱ型射電爆發(fā)平均高度為4.2 Rs。米和DH波段Ⅱ型暴在爆發(fā)高度上與SEP是否發(fā)生亦無明顯聯(lián)系。

表2 大CME事件及有關(guān)耀斑、Ⅱ型暴

Table 2 Large CME events and the associated flares,type Ⅱ radio bursts

序號CME日期CME時間耀斑源區(qū)耀斑尺寸耀斑時間米波Ⅱ型暴時間DH波Ⅱ型暴時間米波高度/RsDH波高度/Rs12000-02-1204:31:20N24W38M1.703:5104:0203:551.500.8322000-6-1520:06:05N20W65M1.819:3819:4319:522.513.3532000-06-2507:54:13N21W61M1.907:1707:5008:103.296.0742000-09-1605:18:14N15W07M5.904:0604:1104:302.084.0752000-11-2422:06:05N21W07X1.821:4321:5222:242.725.5062001-04-0211:26:05N17W60X1.110:581)11:1011:302.624.3372001-04-0915:54:02S21W04M7.915:2015:2615:530.383.1582001-04-1113:31:48S23W32M2.312:5613:1713:152.372.1892001-10-2515:26:00S16W21X1.314:4214:4715:30-0.343.71102002-07-1808:06:08N19W30X1.807:2407:4207:552.433.66112002-08-1606:06:05N06291M2.405:4605:5206:151.774.50122002-11-1003:30:00S12W37M2.403:0403:1403:202.653.52132003-03-1812:30:05S16W53X1.511:5112:1612:252.774.01142003-11-0310:06:05N08W82X3.909:4309:5010:001.552.79152004-04-0810:30:00S15W11C7.409:5310:0610:251.833.58162004-11-0917:26:06N08W51M8.916:5917:1817:353.676.60172004-12-0300:26:05N08W02M1.523:4423:5200:070.762.33182005-01-198:29:39N15W51X1.508:0308:1209:201.6113.45192005-07-922:30:05N12W28M2.821:4721:5922:151.003.12202005-08-2314:54:00S13W91M2.714:1914:4815:001.673.67

注：1)根據(jù)Gopalswamy et al.(2004)確定.

圖3 米波段(a,b)、DH波段(c,d)Ⅱ型暴的SEP事件(a,c)和大CME事件(b,d)的時間延遲統(tǒng)計Fig.3 Statistical duration between type Ⅱ radio bursts and corresponding flares a.metric-flare delay time of 50 events;b.metric-flare delay time of 20 events;c.DH-flare delay time of 50 events;d.DH-flare delay time of 20 events

圖4 米波段(a,b)、DH波段(c,d)Ⅱ型暴的SEP事件(a,c)和大CME事件(b,d)爆發(fā)高度統(tǒng)計Fig.4 Statistical onset height of type Ⅱ radio bursts a.metric height of 50 events;b.metric height of 20 events;c.DH height of 50 events;d.DH height of 20 events

一些爆發(fā)源區(qū)與地球磁聯(lián)接不佳的事件中,高能粒子隨著激波向外傳播過程中橫向擴(kuò)展而跨越與地球聯(lián)接的磁力線,并伴隨粒子的橫向擴(kuò)散,從而1 AU衛(wèi)星能觀測到少量的粒子通量。這些事件中,高能粒子數(shù)據(jù)比較分散,觀測到粒子通量上升不明顯甚至沒有上升,VDA擬合誤差較大,效果不佳。為確保粒子釋放時刻和高度統(tǒng)計準(zhǔn)確性,從所有的SEP事件中選取大于10 MeV能道內(nèi)高能質(zhì)子通量在2 h內(nèi)上升明顯的事件進(jìn)行統(tǒng)計,以確保選出的SEP事件與地球磁力線聯(lián)接良好,得出SEP時間、高度更具有參考價值。

除去其中4組沒有耀斑數(shù)據(jù),質(zhì)子通量上升明顯的27組SEP事件相對耀斑爆發(fā)的延遲時間統(tǒng)計結(jié)果如圖5。SEP釋放最早的發(fā)生于耀斑后6 s,最晚644 min內(nèi),平均時間延遲約66 min,一般爆發(fā)于米和DH波段Ⅱ型暴之后。其中2003年10月28日1200 UTC的SEP事件時間延遲為644 min,粒子釋放高度為101 Rs,該事件對應(yīng)耀斑源區(qū)為S08E58,與地球磁鏈接較差,但其高能粒子數(shù)據(jù)上升仍較明顯。質(zhì)子通量上升明顯的31組SEP事件的逃逸高度統(tǒng)計如圖6,粒子釋放高度分布于1.5～101 Rs,大多小于20 Rs,平均高度約9 Rs。

3 結(jié)論

分析第23太陽周SEP事件,米、DH波Ⅱ型射電暴先后爆發(fā)于距離日心平均2 Rs和4 Rs處,隨后高能粒子在平均9 Rs處釋放;米波段Ⅱ型射電爆發(fā)一般在耀斑爆發(fā)后40 min以內(nèi),DH波段Ⅱ型射電暴一般晚于耀斑60 min以內(nèi),而SEP一般晚150 min以內(nèi);CME伴隨的米、DH波段Ⅱ型暴在爆發(fā)時間和高度上與SEP是否產(chǎn)生并無明顯聯(lián)系;統(tǒng)計也顯示產(chǎn)生SEP事件的CME中伴隨米波和DH波段Ⅱ型射電暴的比例比較高。本文的CME高度是投影高度,相對實際高度偏小,CME爆發(fā)初的加速期也未作考慮,這對Ⅱ型暴爆發(fā)高度計算的準(zhǔn)確性有較大影響,今后將擬結(jié)合Newkirk日冕密度模型分析Ⅱ型射電暴的爆發(fā)高度和位置與SEP的關(guān)聯(lián)。

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圖5 高能質(zhì)子通量上升明顯的SEP事件相對耀斑的爆發(fā)延遲統(tǒng)計Fig.5 Statistical delay time between flares and obviously rising SEP events

圖6 高能質(zhì)子通量上升明顯的SEP事件的粒子釋放高度統(tǒng)計Fig.6 Statistical SPR height of obviously rising SEP evnets

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(責(zé)任編輯：劉菲)

Study on release height of solar energetic particle events

CHEN Yu-lin1,JI Jing-jing2,DONG Li-hua3,DING Liu-guan1,Li Peng2

(1.School of Physics and Optoelectronic Engineering,NUIST,Nanjing 210044,China;2.School of Mathematics and Statistics,NUIST,Nanjing 210044,China;3.School of Media Technology,CUCN,Nanjing 211172,China)

This paper statistically analyzes the onset time and height of metric,decameter-hectometric(DH) type Ⅱ radio bursts,and solar energetic particle(SEP) events during Solar cycle 23.Results show that the three events occur in sequence after occurrence of solar flares and coronal mass ejections(CMEs),with their onset heights in ascending order.Onset time and height of the type Ⅱ radio bursts has nothing to do with whether SEP happens.However,there is a greater statistical probability of SEP events for CMEs accompanied by metric and DH type Ⅱ radio bursts.

solar energetic particle events;solar flare;coronal mass ejection;type Ⅱ radio burst

2013-12-26；改回日期：2014-02-15

國家自然科學(xué)基金資助項目(41304150);江蘇省研究生創(chuàng)新計劃(N0782002076);江蘇省高校自然科學(xué)研究項目(12KJB170008)

陳玉林,副教授,研究方向為空間天氣學(xué),nimphylab@163.com.

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20131226008.

1674-7097(2015)02-0259-08

P353

A

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20131226008

陳玉林,季晶晶,董麗花，等.2015.太陽高能粒子事件起始釋放高度研究[J].大氣科學(xué)學(xué)報,38(2):259-266.

Chen Yu-lin,Ji Jing-jing,Dong Li-hua,et al.2015.Study on release height of solar energetic particle events[J].Trans Atmos Sci,38(2):259-266.(in Chinese).