2014 年空间环境盘点

　　2014年的空间环境是值得关注的。从之前的情况来看，第24太阳活动周似乎是一个名符其实的“低活动周”。大家开始迟疑，所谓的第24周峰值究竟是已经过去，还是仍未到来？人们迫切地想了解近两年来太阳活动水平的变化趋势，也希望能够预测未来几年太阳活动的情况。本文将同您一起回顾这备受关注的2014年……

第24周太阳活动周峰年是否已经出现？

　　众所周知，对于一个太阳活动周而言，11年是它的平均周期。11年当中，平均4.7年是处于上升期，之后再经过6.3年下降到谷底。第24太阳活动周开始于2008年的12月，目前已经经历了6个年头。人们普遍认为2014年太阳活动水平将继续下降。然而，通过统计和分析我们发现，2014年的太阳总体水平较2013年反而有所增长。太阳黑子数和F10.7年均值分别为121和146sfu，各比2013年增长了25%和19%。
　　太阳黑子月均平滑值曾于2012年2月达到小峰值（66.9），2014年4月达到新峰值81.9，是本活动周的第2个峰值，也是截至目前本活动周最高值。这一现象符合中科院空间环境预报中心此前预测的“双峰结构”。根据进一步的预测结果，2014年4月份的峰值即为本活动周的峰值，预计下一阶段太阳活动进入下降段。

图 1太阳F10.7月均平滑值的实测与预报

　　2014年日面上共出现了319个活动区，比2013年出现的活动区数量略有增加，其中令人印象深刻的是活动区AR1944和AR2192。活动区AR1944最大面积达到1560，由它的爆发引起的大质子事件是全年唯一一次红色警报事件，最大通量达到1033pfu。活动区AR2192的最大面积达到2750，在日面存在期间更是爆发了35个M级耀斑和6个X级耀斑，堪称第24周最强黑子。文章的第5部分将会详细介绍。

图 2 活动区1944（左）和活动区2192（右）的光球磁场图

2014年太阳整体活动水平

　　全年共产生C级耀斑1798个；M级（黄色警报）耀斑208个；X级（橙色警报）耀斑16个，最大级别为X4.9级。全年没有一次X10级以上的耀斑（红色警报）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的高低。2014年共发生了6次质子事件，其中，小质子事件（黄色警报）3次，中等质子事件（橙色警报）2次，大质子事件（红色警报）1次。与2013年相比，2014年在活动区个数、黑子数、F10.7指数、C级耀斑、M级耀斑和X级耀斑等方面均超过2013年的水平。2014年的质子事件次数和强度比2013年稍有逊色。
　　此外，太阳上爆发的日冕物质抛射事件也较多，冕洞对地磁环境的影响较往年有所增加，日冕物质抛射和冕洞引起了多次地磁暴事件。

表 1 2013-2014年太阳活动比较

地磁活动水平

　　2014年年均Ap值为9，Ap≥15的天数为49天，占全年的13%。相对于2013年，2014年的整体地磁活动略有下降。地磁活动达到活跃水平的天数比2013年有所增加，但发生磁暴的时间较2013年少了2个时段。本年度中，有两次较强的地磁扰动。一次发生在2月19日—2月20日，受CME的影响，19日和20日各有6小时达到中等地磁暴水平，其中19日的Ap指数达到47，为全年最高值。另一次较强的地磁扰动发生在9月12日，受CME到达地球的影响，9月12日地磁有3小时达到大磁暴水平，这也是全年唯一一次大地磁暴。2014年没有特大地磁暴（红色警报）发生。这也说明，本年度产生的对地效应的爆发活动相对较弱。
　　图3给出了最近三个活动周的地磁Ap指数平滑月均值。由图可见，与第22活动周和第23活动周相比，本活动周的地磁活动水平远低于这两个活动周。

图 3 最近三个活动周地磁Ap指数月均平滑值

表 2 2013-2014年地磁活动比较

高能电子暴

　　2014年，地球同步轨道高能电子通量全年共有10天达到高能电子暴水平，且均为小高能电子暴水平，总次数远小于2013年61天。其中最强的一个高能电子暴发生在10月22日—24日，连续3天达到小高能电子暴（黄色警报）水平，大于2MeV电子日积分通量的峰值为3.1E8（P/cm2-day-sr）。2014年没有发生中等高能电子暴（橙色警报）和强高能电子暴（红色警报），无论是高能电子暴的级别还是持续时间，都小于2013年的水平。

图 4 2014年地球同步轨道高能电子通量水平

2014年关于太阳风暴的记忆

唯一的一次红色警报事件——大太阳质子事件

　　北京时间1月08日02:04爆发大X射线耀斑（X1.2），并伴随有朝向地球的日冕物质抛射（CME）。随后，地球同步轨道高能质子通量快速上升，06:35达到橙色警报级别（大于10MeV质子通量超过100pfu），1月09日07:20达到红色警报级别（大于10MeV质子通量超过1000pfu），最大通量曾达1033pfu。
　　该次爆发活动是由日面上相邻的两个黑子群1943和1944共同引发的，自2014年1月1日黑子群1944转入可见日面以来，其面积逐渐上升，在1月8日达到1560个太阳面积单位。受此影响，太阳10.7厘米射电流量（F10.7）达到237sfu，也是第24太阳活动周以来的最高值。

图 5 X1.2级耀斑（左）和其引发的大太阳质子事件（右）

图 6 黑子群1944(左)及本次爆发伴随的日冕物质抛射(右)

近24年来最大的黑子

　　当黑子群AR2192还藏在太阳背后时，就爆发了多个M级耀斑，并伴随有巨大的日冕物质抛射。10月17日，在转入可见日面后，面积持续增加，磁类型交错复杂，蕴藏着巨大能量。其面积在10月27日最大达到2750个太阳面积单位，为地球大小的数十倍，成为自1990年11月18日以来的最大太阳黑子。按照耀斑爆发的次数和等级来讲，已经成为第24太阳活动周以来的最强爆发活动，总共爆发了35个M级耀斑和6个X级耀斑。因此，该黑子可称之为第24太阳活动周的“最大、最强黑子”。下图分别是活动区存在期间X射线流量情况和X级射线耀斑爆发时SDO卫星观测到的成像图。

图 7 活动区2196存在于日面期间的X射线流量情况

图 8 SDO卫星观测到的耀斑成像图

　　但是，该黑子在日面期间的所有爆发活动，没有伴随太阳高能质子事件，也没有朝向地球的日冕物质抛射事件，我们所使用的卫星、导航、地面电力等技术设备和系统，可谓是有幸躲过了一大劫。
　　不过，这些太阳耀斑还是会对向阳面的电离层造成影响，使向阳面发生电离层扰动，进而使短波通讯受到影响甚至中断。黑子群AR2192爆发的前述M和X级耀斑中，主要有两次爆发活动对我国电离层产生了明显影响：10月19日12:17爆发的X1.1级耀斑、10月22日09:16爆发的M8.7级耀斑就造成我国大部分地区的电离层发生短波吸收现象，部分地区达到橙色或黄色警报级别。其余的几次大耀斑爆发期间，我国大部分地区处于夜间时段，电离层受到太阳爆发活动的影响较小，反之，此时处于向阳面的全球其他区域受到了较大影响。下图给出了10月25日X3.1级耀斑造成的电离层短波吸收情况，从图中可看出，短波吸收主要发生在太平洋和美洲西部地区。

图 9 耀斑造成的电离层短波吸收情况

小结

　　从活动周的发展趋势来看，2015年属于第24太阳活动周的第7个年头，应当是处于下降段的。但是，回首2014年，太阳活动的整体水平反而比2013年略有上升。在2015年这个理论的“下降年”中，太阳活动整体水平是否会有所下降？是否会有偶发的强太阳风暴？2015年，我们仍会实时的关注太阳活动的一举一动，并给出及时准确的预报。