基于同步轨道区磁场对相对论电子通量的预报

摘要

地球同步轨道区位于地球外辐射带内侧,这里分布着大量的接近光速的相对论电子,它们是破坏地球同步轨道卫星的主要因素之一,被称为“杀手电子”。因此预报地球同步轨道区相对论电子通量的变化对航天器自主运行安全和空间环境研究具有重要的意义。
　　 本文通过分析以往的地球同步轨道区相对论电子通量预报模型,发现以往模型的输入参量一般是太阳风参数(来自ACE卫星),预报值是相对论电子通量的日均值。这些模型对ACE卫星的依赖性较大,存在一定的风险性；预报值是相对论电子通量日均值,时间跨度比较大,不能反映相对论电子通量的昼夜周期性变化和小时间尺度的变化。针对这些不足,本文采用地球同步轨道区磁场作为模型的输入量,来预报24小时之后能量>0.6MeV和>2MeV的四个特征时段(当地时子夜23:31-0:30、清晨5:31-6:30、正午11:31-12:30、傍晚17:31-18:30)的相对论电子通量。
　　 本文首先论述了辐射带粒子的运行特征和相对论电子通量起源、加速及损失机制。接着分析了GOES11的磁场数据与LANL地球同步轨道卫星各能段电子通量数据,发现磁场P分量与50～70keV电子通量负相关,而且是同步的；低能段电子通量与高能段正相关,前者先于后者变化,提前时间超过24小时。这就可以得出磁场P分量与相对论电子通量负相关,前者先于后者变化,提前时间超过24小时,这说明了用磁场预报24小时之后的相对论电子通量是可行的。最后本文用多项式拟合法建立预报模型。模型的平均预报精度为0.6862,正午时段的预报结果最为重要,因为此时相对论电子通量达到一天的峰值,正午预报精度为:>0.6MeV电子通量为0.7708、>2MeV电子通量为0.7069。

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第一章 引言

1.1 研究的意义

1.2 目前已有的预报模型

1.2.1 Xinlin Li et al.径向扩散预报模型

1.2.2 薛炳森等人的神经网络预报模型

1.2.3 Drew L.Turner et al.用低能段预报高能段电子通量的模型

1.2.4 以往模型的特征与不足

1.3 本文研究的目的、方法和结果

第二章 数据来源与处理

2.1 数据的来源

2.2 数据的处理

第三章 地球辐射带与相对论电子

3.1 地球辐射带

3.2 相对论电子的起源、加速和损失

3.3 同步轨道区磁场和相对论电子通量的特性

3.3.1 昼夜周期变化特性

3.3.2 相对论电子通量27.3天重现特性

第四章 可行性分析

4.1 相对论电子通量四个特征时段

4.2 同步轨道区磁场与相对论电子通量的关系

第五章 预报模型的建立与结果

5.1 相关性分析

5.1.1 子夜时段相对论电子通量与磁场的移动相关性分析

5.1.2 清晨时段相对论电子通量与磁场的移动相关性分析

5.1.3 正午时段相对论电子通量与磁场的移动相关性分析

5.1.4 傍晚时段相对论电子通量与磁场的移动相关性分析

5.2 模型的建立

5.3 模型的结果

5.3.1 子夜时段的预报结果

5.3.2 清晨时段的预报结果

5.3.3 正午时段的预报结果

5.3.4 傍晚时段的预报结果

5.3.5 本文中的模型预报精度与自回归模型预报警的比较

第六章 结论与展望

附录 A 磁场P分量的移动平均值

附录 B 多项式拟合预报方法介绍

参考文献

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