2012年空间环境盘点

     因为玛雅人关于2012的预言，“太阳”注定成为了过去一年中的重要关键词。虽然，12月22日的黎明如往常一样到来，但2012年的太阳活动确是处于上升的过程。太阳爆发活动增多，拉响了第24周首次空间环境事件红色警报。本文将同您一起回顾这备受关注的2012……

1 太阳活动整体水平稳步抬升，太阳爆发活动增多，强度增大

      第24太阳活动周始于2008年11月，至今已走完4年的旅程。继2011年太阳活动水平迅速增长后，2012年太阳总体水平较2011年继续抬升（图1），但步伐有所放缓。太阳黑子数和F10.7年均值为82和120sfu，各比2011年增长2%和6%。黑子月均平滑值于2012年2月达到最大，随后缓慢下降，而2012年2月的平滑值是否是24周最大值，还需拭目以待。

图1 太阳黑子数月均平滑值的实测与预报

      2012年日面上共出现了258个活动区，平均每天存在4－5个活动区，最多时日面上共存12个活动区。本年度令人印象深刻的是1402、1429、1476、1520活动区，它们在2012年日地空间大舞台上扮演了几次重要太阳风暴的始作俑者。文章第4部分将做详细介绍。

图2 2012令人印象深刻的活动区

      全年共产生C级耀斑1335个，平均每天为3.7个；M级（黄色警报）耀斑129个，平均每隔3天就产生一个；X级（橙色警报）耀斑7个，最大级别为X5.4级；没有X10级（红色警报）以上耀斑产生。

      质子事件和日冕物质抛射的发生频次，直接反映了太阳爆发活动水平高低。2012年共发生了11次太阳质子事件。其中，大质子事件（红色警报）2次，中等质子事件（橙色警报）4次，小质子事件（黄色警报）5次。对比2011年全年发生的8次小质子事件，2012年无论是在事件爆发次数，还是爆发强度上都远高于2011年。

表1 2010-2012年太阳活动比较

      此外，太阳上爆发的日冕物质抛射事件也较多，引起了多起地磁暴事件。

2 地磁活动整体水平有所抬升，磁暴次数增多

      太阳爆发活动水平增强，通常引起地磁扰动水平的上升。2012年，地磁活动主要受日冕物质抛射（CME）的影响。年均Ap值为9，AP〉=15的天数为48天，占全年的13%，比2011年有所增加。

表2 2010-2012年地磁活动比较

      2012年小地磁暴发生频次明显高于2011年，大地磁暴频次不及2011年，但磁暴的持续时间要长于2011年。3月7-9日，地磁持续长时间发生强烈扰动，9日Ap指数达到68，为24周以来最高值。但无论如何，2012地磁暴级别和发生频率与第22和23太阳活动周的上升年和峰年同比低很多。这也间接表明，当前的太阳活动水平低于历史上平均状况下太阳活动峰年时的水平。

图3 地磁Ap指数月均值和月均平滑值长期变化

3 高能电子暴次数增多，持续时间较长

      2012年，地球同步轨道高能电子通量全年只有1天达到中等高能电子暴（橙色警报）水平，75天达到小高能电子暴（黄色警报）水平，较2011年多出15天。值得关注的是，2012年发生的高能电子暴持续时间较长，高能电子通量有6次连续5天以上达到高能电子暴水平，其中2次连续8天以上达到高能电子暴水平。

图4 2012年地球同步轨道高能电子通量水平

4 2012年关于太阳风暴的记忆

       (1) 24周首次空间环境红色警报-中国龙事件（始作俑者1402活动区）

      2012年1月23日，中国农历龙年的大年初一，此前没有受太多关注的AR1402活动区突然爆发M8.7级耀斑，随后发生质子事件，质子通量迅速上升，首次拉响了第24周空间环境事件红色警报。此次质子事件峰值通量达到6310pfu，如此高通量的质子事件是2003年万圣节事件后最强的一次。M8.7级耀斑伴随的高速日冕物质抛射（CME）在1.5天后到达地球附近，引发了地磁场扰动。此次事件是太阳风暴对地球的三轮攻击的完美诠释。

图5 “中国龙”事件

      (2) 2003年以来最强太阳风暴（始作俑者1429活动区）

      1429活动区磁类型和活动类型表现的非常复杂，2012年3月初，其在日面的13天内，共产生了3个X级耀斑、15个M级耀斑和近20个C级耀斑。

      3月7日爆发2012年最大级别的X5.4级耀斑，高能质子通量快速上升，再次拉响质子事件红色警报。该次质子事件刷新了“中国龙”事件的质子通量记录，达到6530pfu，而且质子事件所含高能成分也更加丰富，成为1976年GOES卫星观测以来的第12高值。

      1429多次连续密集和强烈的爆发所伴随的CME在7-15日致使地磁多次产生扰动。Kp共有19个时段达到了地磁暴水平，当日Ap指数为68，是24周以来的最大值。而地磁扰动过后,地球同步轨道高能电子通量通常快速增长，3月8日－21日的14天内共有11天发生高能电子暴，21日高能电子通量达到橙色警报水平，是2012年通量最高的。

图6 2003年以来最强太阳风暴

       (3) 活动区1476爆发

      2012年5月5日，1476转入可见日面，随后几日，活动区面积单位逐渐增加并超过1000，磁类型变为复杂的Beta-Gamma_Delta 型。至5月17日此活动区转出可见日面的13天内，共产生了8个M级耀斑和83个C级耀斑。尽管耀斑很多，但耀斑时间大都很短，没有伴随朝向地球的CME和质子事件。

      5月17日，即将转出日面的1476就在无功而返之际，爆发1个M5.1级耀斑，随后拉响质子事件橙色警报。

图7 1476 爆发83个C级和8个M级耀斑

      (4) 太阳背面的强太阳风暴（始作俑者1520活动区）

      1520活动区7月7日进入可见日面，随后几日，活动区面积单位增加到1460，本活动周内仅次于2011年的1339活动区，磁类型变为复杂的型。

      7月12日，爆发X1.4级耀斑，并伴随朝向地球方向的CME，引发了长时间的地磁扰动，14-16日Kp共有11个时段达到地磁暴水平。7月17日再次爆发M1.7级耀斑，引发中等质子事件。

      7月23，已转到太阳背面的1520再次喷发一超高速CME（~3000km/s），如此高速的CME约5-10年才会碰到一次。此CME于当日到达STEREOA位置，行星际南向磁场分量一度达到-50nt，强度类似于2000年的巴士底事件。如果此次CME朝向地球，将会是一次强太阳风暴。

图8 STEREO A于7月23日监测到的行星际参数

5 小结

      回首2012年，太阳活动整体仍处于上升阶段，从长时间的趋势预报看，2013年是太阳活动高年，但平均活动水平可能会比较低，尽管这样，并不排除偶发强太阳风暴的可能性。期待与您一起关注。