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2016年空间环境盘点


2016年是第24太阳活动周进入下降期的又一个年头,相比于2014年我们关注第24太阳活动周的峰值是否确认,2015年关注地磁活动水平是否上升,2016年的空间环境状况又是如何呢?本文将同您一起回顾这一年的“风风雨雨”……

1. 2016年与第24太阳活动周

由太阳黑子数和10.7厘米射电流量的变化可知,太阳活动具有11年左右的周期性。刚刚过去的2016年属于第24太阳活动周,其开始于2008年12月,太阳黑子月均平滑值于2012年2月和2014年3月达到本活动周的两个峰值66.9和80.8,形成“双峰结构”,之后逐年下降,截止2016年5月下降至26.9。

2016年已处于第24太阳活动周下降期的中段,其太阳总体水平较2015年又有明显下降。太阳黑子数和F10.7年均值分别为36.8和88.8sfu,相对2015年分别下降了48%和24%,日面上出现的活动区个数和太阳耀斑、质子事件等爆发活动也大大减少。

图1 第24太阳活动周F10.7平滑月均值的实测值与预报值

2. 太阳活动水平

2016年的太阳活动整体水平继续了2015年开始的下降趋势。

太阳黑子数和F10.7年均值明显下降。全年日面上出现的活动区个数由2015年225个减少为2016年的150个,无黑子日则由0天增加为34天。

同时,太阳爆发活动也明显减少。2016年共爆发了321个C级耀斑,16个M级耀斑(黄色警报),无X级耀斑(橙色警报)和X10级以上的耀斑(红色警报),耀斑最大级别为M7.6级。2016年仅在1月2日发生了1次小太阳质子事件(黄色警报),大于10MeV质子最大通量达到22pfu,无中等质子事件(橙色警报)和大质子事件(红色警报)发生。此外,2016年太阳上爆发的日冕物质抛射事件(CME)也少于2015年。

表1 2014-2016年太阳活动比较

 

3. 地磁活动水平

2016年的地磁活动虽然仍较为活跃,但整体水平相比于2015年已略有下降。2016年年均Ap值为11.6,Ap≥15的天数为89天,占全年的24%。地磁活动达到小或中等磁暴水平(Kp=5、6)的时段为143个,达到大磁暴水平(Kp=7)的时段为4个。最大Ap指数值为70,最大Kp指数值为7。2016年没有特大地磁暴(红色警报)发生。

在2016年,日冕物质抛射事件减少,重现性冕洞高速流成为引发地磁扰动的主要因素,约80%以上的地磁暴完全是由重现性冕洞高速流引起。

本年度中最强的磁暴扰动发生在2016年5月8-9日,受重现性冕洞高速流的影响,地磁共有6小时达到大磁暴水平(橙色警报),9小时达到中等磁暴水平(黄色警报),12小时达到小磁暴水平(黄色警报),其中5月8日Ap指数达70,为全年最高值。次强的地磁扰动发生在10月24-30日,受重现性冕洞高速流的影响,地磁共有3小时达到大磁暴水平(橙色警报),12小时达到中等磁暴水平(黄色警报),39小时达到小磁暴水平(黄色警报),其中10月25日Ap指数达到60,为全年次高值。

 图2 最近三个活动周Ap指数月均平滑值。本活动周的地磁活动水平远低于前两周,且2016年略低于2015年

表2 2014-2016年地磁活动水平比较

 

4. 高能电子暴

2016年,地球同步轨道大于2MeV高能电子日积分通量全年共有110天达到小高能电子暴水平(黄色警报),21天达到中等高能电子暴水平(橙色警报),无强高能电子暴(红色警报)发生。高能电子暴总次数大大超过2015年,且事件级别和持续时间,都强于2015年的水平。

本年度中最强的高能电子暴发生在2016年5月9-13日,高能电子日积分通量连续4天达到中等高能电子暴水平,日积分通量的峰值为2.5E9(P/cm2-day-sr)。全年共有4次高能电子日积分通量持续4天达到中等高能电子暴水平。全年有3次高能电子暴持续超过10天。

表3 2014-2016年高能电子暴比较

5. 电离层环境

随着太阳活动水平的降低和地磁活动水平的略有下降,2016年的电离层环境相比于2015年更为平静。2016年共发生中国区域的电离层突然骚扰(SID)事件3次、极盖吸收事件1次、中国区域电离层暴事件10次。电离层闪烁事件以发生的天数统计,2016年仅2-4月和9-10月(春秋两季)发生电离层闪烁事件,夏季和冬季的闪烁天数为0天。闪烁最多的海南富克站2016年总计为25天,大大低于2015年。次多的广州和南宁站总计仅为7天。

表4 2015-2016年电离层扰动事件比较

 

6. 2016年的大太阳风暴

1)2016年最强的地磁暴事件

2016年5月8-9日,受重现性冕洞高速流的影响,太阳风速度最高达到766km/s左右,行星际磁场南向分量最低达到-12nT,地磁有6小时达到大磁暴水平,9小时达到中等磁暴水平,12小时达到小磁暴水平,Dst指数下降至-120nT,8日和9日Ap指数分别为70和33,其中70为2016年最高值。此次地磁暴是2016年的最强地磁暴。8~9日我国北部部分地区发生电离层暴事件,8日白天发生正相扰动,实测值高于背景值,8日夜间至9日晨为负相扰动,实测值低于背景值。9-13日地球同步轨道大于2MeV高能电子日积分通量达到高能电子暴水平,且10-13日达到中等高能电子暴水平。

图3 SDO观测的日面中心冕洞(5月6日)

图4地磁Kp指数(5月6-12日)

 

图5 2016年5月8-9日漠河、北京站监测到电离层F2层临界频率(foF2)和电离层TEC的暴时变化

 

2)2016年持续时间最长的地磁扰动事件

2016年9月25日-10月5日,受连续的冕洞高速流影响,9月25-29日太阳风速度持续上升,最高达到800km/s左右,9月30日-10月5日太阳风速度均维持在500km/s以上。这11天期间,地磁Kp指数多次达到活跃或中小磁暴水平,Ap指数分别为23、22、38、42、39、21、19、18、14、26、13。

图6 SDO卫星观测到的9月23日的小冕洞和27日冕洞

 

图7 9月24日-10月5日的太阳风速度(上)和地磁Kp指数(下)

 

3)2016年持续影响地磁的大冕洞

日面上的冕洞随着太阳自转,具有27天的周期性(即重现性)。2016年有多个冕洞持续超过3个太阳自转周,其中9月起多次影响地磁的大冕洞,持续了5个太阳自转周。该冕洞在8月份扩张,占据了日面的北部到极区和中部赤道附近,于8月29日、9月25日、10月22日、11月20日、12月18日转到日面中心附近,其对应的重现性冕洞高速流引发了5次最大Kp≥6且持续多天的地磁扰动。

表5 冕洞引起的地磁扰动

7.小结

回首2016年,太阳活动的整体水平继续延续了下降趋势,地磁活动的整体水平也弱于2015年,而高能电子暴发生天数显著增加。2017年,我们仍将实时关注太阳活动的一举一动,并给出及时准确的预报。


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