杜晨曦，敖先志，羅冰顯，王晶晶，李剛

（1.中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心，北京 100190；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.中國(guó)科學(xué)院空間態(tài)勢(shì)感知技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100190；4.美國(guó)阿拉巴馬大學(xué)漢茨維爾分校 空間科學(xué)系，漢茨維爾 AL35899）

0 引言

太陽(yáng)高能粒子（solar energetic particles,SEPs）包括電子、質(zhì)子以及其他重離子，粒子能量范圍可以從幾十KeV 到GeV。太陽(yáng)質(zhì)子事件（solar proton events,SPEs）屬于太陽(yáng)高能粒子事件的一個(gè)子集，通常被定義為地球靜止軌道上＞10 MeV 的高能質(zhì)子通量在一段時(shí)間內(nèi)＞10 pfu。太陽(yáng)質(zhì)子事件是太陽(yáng)活動(dòng)爆發(fā)所引起的災(zāi)害性空間天氣事件之一，其定量數(shù)值預(yù)報(bào)是空間環(huán)境態(tài)勢(shì)感知中非常重要的一個(gè)方面。

Forbush 報(bào)告了人類(lèi)歷史上首次觀測(cè)到的太陽(yáng)高能粒子事件[1]。太陽(yáng)高能粒子事件通常被分為“脈沖型”（impulsive）和“漸進(jìn)型”（gradual）兩種類(lèi)型[2]。兩種類(lèi)型的SEP事件具有不同的觀測(cè)特征：“脈沖型”事件的通量曲線在觀測(cè)上體現(xiàn)出短時(shí)（幾個(gè)小時(shí)以?xún)?nèi)）抬升的特征，而“漸進(jìn)型”事件的通量曲線則往往持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間（2天甚至更長(zhǎng)時(shí)間）。實(shí)際上，這兩種不同形態(tài)往往混在一起[3-5]，但總體來(lái)說(shuō)大部分的SEP事件具有“漸進(jìn)型”特性[6]。一般認(rèn)為，“脈沖型”的SEP事件起源于耀斑爆發(fā)，而“漸進(jìn)型”的SEP事件起源于日冕物質(zhì)拋射（CME）所驅(qū)動(dòng)的激波擴(kuò)散加速（diffusive shock acceleration,DSA）機(jī)制[7-9]。DSA 加速機(jī)制為一階費(fèi)米加速（first-order Fermiacceleration），由Axford、Krymskii、Blandford 和Bell 等在解釋銀河宇宙線的超新星激波加速過(guò)程時(shí)提出[10-15]。Drury對(duì)DSA 機(jī)制進(jìn)行了總結(jié)[16]。

Zank 等提出了一種基于DSA 加速機(jī)制的日球?qū)恿Ｗ蛹铀賯鬏斈Ｐ?，即PATH（the particle acceleration and transport in heliosphere）模型，并在隨后的數(shù)十年中對(duì)該模型進(jìn)行了不斷改進(jìn)和發(fā)展[17-25]。胡駿翔等對(duì)PATH 模型進(jìn)行了進(jìn)一步的改良和發(fā)展[26-27]，將原有模型中的激波演化從一維擴(kuò)展到二維，并建立了iPATH（improved PATH）模型。

本文在三個(gè)模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合1 AU 處衛(wèi)星的太陽(yáng)風(fēng)觀測(cè)參數(shù)和日冕儀的CME 觀測(cè)參數(shù)，建立了一套可用于預(yù)報(bào)SEP事件的數(shù)值方法。這三個(gè)模型包括：1）一個(gè)用來(lái)估算0.1 AU（大約20個(gè)太陽(yáng)半徑(Rs)）處背景太陽(yáng)風(fēng)參數(shù)的一維多方模型；2）反演CME 參數(shù)的冰激凌錐模型；3）iPATH 模型。利用該數(shù)值方法對(duì)發(fā)生于2013年9月30日的一次SEP實(shí)例進(jìn)行了數(shù)值模擬，并開(kāi)展不同CME拋射速度和不同背景太陽(yáng)風(fēng)溫度條件下的集合模擬試驗(yàn)。

1 模型簡(jiǎn)介

1.1 iPATH模型簡(jiǎn)述

iPATH 模型是對(duì)原有PATH 模型的進(jìn)一步發(fā)展，該數(shù)值模型使用了ZEUS-3D(v3.5)代碼[28-29]，在二維計(jì)算域中模擬太陽(yáng)風(fēng)、CME 驅(qū)動(dòng)的激波以及與之相關(guān)的粒子加速和傳輸過(guò)程。iPATH模型的計(jì)算分3個(gè)步驟：第1步，模擬背景太陽(yáng)風(fēng)；第2步，在背景太陽(yáng)風(fēng)中引入一個(gè)沖擊波來(lái)模擬CME并構(gòu)建了一個(gè)二維“洋蔥殼”（onion shell）以便計(jì)算粒子在激波前沿的加速過(guò)程；第3步，計(jì)算被激波加速的太陽(yáng)高能粒子在行星際空間中的傳播過(guò)程。其中，第2步中所構(gòu)建的二維洋蔥殼及相應(yīng)的粒子加速計(jì)算過(guò)程是對(duì)原PATH 模型所進(jìn)行的主要改進(jìn)部分。

ZEUS-3D是一種基于FORTRAN語(yǔ)言編寫(xiě)的非相對(duì)論磁流體力學(xué)（MHD）算子，采用交錯(cuò)網(wǎng)格和迎風(fēng)格式，所求解的方程組為

式中：ρ是流體密度；V是流體速度；p是流體熱壓強(qiáng)；B是磁感應(yīng)強(qiáng)度；e是單位體積內(nèi)的能量，包括內(nèi)能和磁能；Φ是引力勢(shì)能。

ZEUS-3D本身具有在三維空間內(nèi)求解MHD方程組的能力，本文在iPATH 模型中第3個(gè)維度只取了有限個(gè)數(shù)的網(wǎng)格數(shù)量，即僅在一個(gè)平面內(nèi)（θ=90°：近似模擬赤道面或者黃道面）求解MHD方程組。這樣的處理方式雖然使得iPATH模型缺失了求解三維問(wèn)題的能力，但是可以節(jié)省計(jì)算資源，減少計(jì)算時(shí)間，從而能夠在CME 爆發(fā)后在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成數(shù)值模擬計(jì)算，增加預(yù)警的時(shí)間提前量。

iPATH 模型以0.1 AU（約20Rs）為內(nèi)邊界，在內(nèi)邊界處引入一段時(shí)間的擾動(dòng)（沖擊波）來(lái)模仿CME。內(nèi)邊界的背景太陽(yáng)風(fēng)參數(shù)（太陽(yáng)風(fēng)速度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、密度和溫度）以及CME的參數(shù)（角寬度、拋射速度和擾動(dòng)持續(xù)時(shí)間等）是驅(qū)動(dòng)模型的必要參數(shù)。數(shù)值模擬的二維計(jì)算域，在0.1～2 AU 的徑向距離上均勻分布了1500個(gè)網(wǎng)格，在0°～360°的切向方向上均勻分布有360個(gè)網(wǎng)格。iPATH 模型計(jì)算時(shí)的初始磁場(chǎng)為如下帕克螺旋場(chǎng)，

式中：R0是源位置處的日心距；Br為磁場(chǎng)的徑向分量；Bφ為磁場(chǎng)的切向分量；B0為r=R0處的磁場(chǎng)；Ω為太陽(yáng)自轉(zhuǎn)角速度；Usw為太陽(yáng)風(fēng)速度；θ為球坐標(biāo)系中的仰角。

本文使用ACE 衛(wèi)星觀測(cè)的太陽(yáng)風(fēng)參數(shù)，利用一維多方模型[30]估算內(nèi)邊界（0.1 AU）處的太陽(yáng)風(fēng)參數(shù)并作為iPATH 模型的輸入來(lái)計(jì)算背景太陽(yáng)風(fēng)。對(duì)于CME 擾動(dòng)參數(shù)，我們使用了一套基于冰激凌錐模型的反演程序得到了內(nèi)邊界處CME拋射速度、角寬度、以及CME 源區(qū)位置的坐標(biāo)。

文獻(xiàn)[17-28]對(duì)粒子在激波附近的加速理論和數(shù)值模型已有非常詳細(xì)的討論。iPATH 模型相對(duì)于之前的PATH 模型而言，增加了對(duì)垂直擴(kuò)散系數(shù)的考慮，在激波波前上的不同位置都會(huì)有不同的擴(kuò)散系數(shù)，需要指出的是，此版本的iPATH 模型未考慮橫向擴(kuò)散對(duì)局地粒子分布函數(shù)的影響。被加速的高能粒子在激波附近發(fā)生逃逸，并沿著磁力線方向向外傳播，在傳播過(guò)程中受到行星際湍流影響而發(fā)生散射。粒子傳輸過(guò)程受到聚焦傳輸方程（focused transport equation）的控制，iPATH 模型的第三步使用了蒙特卡羅（Monte Carlo）方法來(lái)求解高能粒子的傳輸過(guò)程。

1.2 模型參數(shù)

發(fā)生于2013年9月30日的一次SEP事件被包括GOES15衛(wèi)星在內(nèi)的多顆空間科學(xué)衛(wèi)星所觀測(cè)到，事件表現(xiàn)為2天內(nèi)高能質(zhì)子通量的持續(xù)增高，并在第3天開(kāi)始逐漸下降。此次事件是一次典型的由CME驅(qū)動(dòng)激波加速粒子所引起的“漸進(jìn)型”SEP事件。9月29日22點(diǎn)12分（UT)），部署在太陽(yáng)-地球引力平衡點(diǎn)L1處的SOHO衛(wèi)星觀測(cè)到了全暈CME事件的爆發(fā)。10月2日2時(shí)（UT）左右，ACE 衛(wèi)星觀測(cè)到CME 激波到達(dá)地球附近。GOES15衛(wèi)星所搭載EPEAD（Energetic Proton Electron and Alpha Detector）載荷的觀測(cè)顯示，在此次事件之前20多天的時(shí)間內(nèi)，高能粒子通量處于穩(wěn)定的低水平背景狀態(tài)，在事件結(jié)束后的20多天內(nèi)沒(méi)有觀測(cè)到典型的太陽(yáng)高能粒子事件。這表明本文所研究的這一事件在時(shí)間上具有較好的孤立性，可以排除多個(gè)事件相互耦合所造成的復(fù)雜影響。SOHO衛(wèi)星的觀測(cè)顯示，在此次全暈CME事件發(fā)生的前后一段時(shí)間內(nèi)，沒(méi)有其他全暈CME 的發(fā)生。

如前所述，模型設(shè)置的網(wǎng)格為1500×360，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，模型在計(jì)算背景太陽(yáng)風(fēng)參數(shù)時(shí)假設(shè)內(nèi)邊界上所有點(diǎn)處的內(nèi)邊界條件都是軸對(duì)稱(chēng)的，即同一物理量的數(shù)值在內(nèi)邊界所有的點(diǎn)上都是相同的。通過(guò)ACE衛(wèi)星的觀測(cè)獲得1 AU 附近（即地球附近）的背景太陽(yáng)風(fēng)參數(shù)以及采用一維多方模型計(jì)算得到的內(nèi)邊界處的背景太陽(yáng)風(fēng)參數(shù)分別如表1所示。其中在計(jì)算磁場(chǎng)分量時(shí)，假設(shè)磁場(chǎng)在z方向的分量很小，因此磁場(chǎng)分量的計(jì)算結(jié)果簡(jiǎn)化為二維平面中的2個(gè)分量，即徑向分量和切向分量。

表1 背景太陽(yáng)風(fēng)參數(shù)Table 1 Background solar wind parameters

本文利用冰激凌錐模型[31]來(lái)反演CME參數(shù)。首先使用人工方法對(duì)SOHO衛(wèi)星日冕儀的白光日冕圖像進(jìn)行CME 前沿的信息提取。圖1分別展示了對(duì)不同時(shí)刻的C3圖像進(jìn)行人工CME信息提取的過(guò)程，其中實(shí)心點(diǎn)為人工標(biāo)記的CME 前沿。

圖1 人工CME 前沿標(biāo)記Fig.1 Artificial CME frontier marking

進(jìn)而通過(guò)計(jì)算，由反演程序輸出了圖2所示的擬合曲線，并獲得了表2中的CME 參數(shù)。圖2顯示了冰激凌錐模型的擬合曲線、CME 拋射速度和CME 拋射的角寬度。

圖2 冰激凌錐模型擬合曲線Fig.2 Fitting result of the ice-cream cone model

表2 冰激凌錐模型反演結(jié)果Table 2 Inversion result of the ice-cream cone model

iPATH 模型中的粒子注入率為[25]

2 數(shù)值模擬結(jié)果

2.1 iPATH模型實(shí)例模擬結(jié)果

利用上述方法得到的模型輸入?yún)?shù)，以地球位置為觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。在模型中設(shè)定CME 中心方位角為90°，并通過(guò)冰激凌錐模型反演的源區(qū)位置計(jì)算了地球在坐標(biāo)系中相應(yīng)的位置。圖3為歸一化數(shù)密度的數(shù)值模擬結(jié)果，分別展示了4 個(gè)不同時(shí)刻的CME 和激波在黃道面內(nèi)傳播的過(guò)程中磁力線彎曲的狀態(tài)和演化。圖3 中：綠色標(biāo)記點(diǎn)為地球位置；螺旋實(shí)線為磁力線，其中綠色實(shí)線為穿過(guò)地球的磁力線；顏色棒代表了歸一化的密度值，顏色越深代表數(shù)值越大。由圖可見(jiàn)，觀測(cè)點(diǎn)與激波波前處磁力線連接的位置對(duì)太陽(yáng)高能粒子的模擬結(jié)果有著非常重要的影響；激波在傳播的過(guò)程中，逐漸由準(zhǔn)平行激波轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)垂直激波，同時(shí)連接點(diǎn)的位置也從激波邊緣逐漸向激波中心移動(dòng)。從圖3(c)可以看出，激波在10月2日13：42：45時(shí)刻已經(jīng)越過(guò)了地球所在位置，這與ACE 所觀測(cè)到的激波到達(dá)時(shí)間基本相符。

圖3 CME 和激波在黃道面中的傳播Fig.3 The simulated propagation of the CME and the shock in the ecliptic plane

圖4對(duì)比了此次太陽(yáng)高能粒子事件的數(shù)值模擬結(jié)果與GOES15衛(wèi)星的觀測(cè)結(jié)果，其中：紅色、藍(lán)色、黑色的曲線分別代表能量≥10 MeV、≥50 MeV和≥100 MeV 高能質(zhì)子的積分通量；實(shí)線和虛線分別代表GOES15的觀測(cè)結(jié)果和數(shù)值模擬的結(jié)果。由于CME 爆發(fā)在太陽(yáng)表面的附近，而模型的內(nèi)邊界在0.1 AU 處，所以模型的計(jì)算結(jié)果忽略了CME從太陽(yáng)表面附近傳播到0.1 AU 處的過(guò)程。在對(duì)比時(shí)，通過(guò)反演得到的CME 拋射速度估算了CME傳播到0.1 AU 處的時(shí)間，從而對(duì)模擬結(jié)果中高能粒子事件的開(kāi)始時(shí)間進(jìn)行了簡(jiǎn)單的校正。由圖可見(jiàn)：數(shù)值模擬結(jié)果中＞10 MeV 高能粒子通量與觀測(cè)結(jié)果吻合較好，其變化趨勢(shì)與觀測(cè)結(jié)果較為相近；對(duì)于能量＞50 MeV 和＞100 MeV 高能質(zhì)子的積分通量而言，模擬結(jié)果雖然能夠大致體現(xiàn)出與觀測(cè)結(jié)果相應(yīng)的變化趨勢(shì)，但其通量高于觀測(cè)值，尤其是能量＞100 MeV 的高能質(zhì)子積分通量差異顯著。造成這種結(jié)果的可能原因之一是，由于在模擬中對(duì)粒子注入率的處理與實(shí)際物理過(guò)程有很大差異，導(dǎo)致較高能段的粒子注入率偏高。另外一種可能的因素是二維數(shù)值模擬不能很好地模擬三維空間中的CME傳播，導(dǎo)致激波壓縮比計(jì)算值偏高。

圖4 GOES衛(wèi)星觀測(cè)的SEP 事件單向積分通量與模擬結(jié)果對(duì)比Fig.4 Comparison between the observed unidirectional integrated flux obtained by GOES satellite and the simulated results

2.2 不同CME 拋射速度條件下的集合模擬結(jié)果

限于觀測(cè)手段，錐模型擬合的CME 的拋射速度和主拋射方向往往和實(shí)際情況相差較大。為了研究不同的CME拋射速度對(duì)iPATH模型數(shù)值模擬結(jié)果的影響，本文分別選取了CME 拋射速度分別為900、1000、1100和1300 km/s進(jìn)行數(shù)值模擬，并將模擬結(jié)果與前述模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。圖5顯示了同一時(shí)刻不同CME拋射速度條件下的CME/激波狀態(tài)，從圖5(a)到圖5(d)，CME拋射速度依次增大，其中圖5(c)為2.1節(jié)中的模擬結(jié)果，與圖3(c)相同?？梢钥吹?，在同一時(shí)刻CME拋射速度越高，激波波前距離太陽(yáng)越遠(yuǎn)。圖6顯示了不同CME拋射速度條件下能量＞10 MeV 高能質(zhì)子的單向積分通量?？梢钥吹?，積分通量曲線在不同CME拋射速度下有較為明顯的差異：在事件開(kāi)始的前段，積分通量呈現(xiàn)出隨著CME 拋射速度的增大而增高的趨勢(shì)；在事件后段，積分通量的差異開(kāi)始收縮。

圖5 不同CME 拋射速度條件下的CME/激波對(duì)比Fig.5 Comparison of CME/shock propagations of different initial CME speeds

圖6 不同CME 拋射速度條件下＞10 MeV 的高能質(zhì)子通量模擬結(jié)果對(duì)比Fig.6 Comparison of simulated results of energetic flux of particles of more than 10 MeV with different initial CME speeds

進(jìn)一步考查不同CME 拋射速度條件下高能粒子能譜的特征。圖7中所示為不同CME拋射速度條件下整個(gè)事件的高能粒子能譜分布以及與之相對(duì)應(yīng)的分段線性擬合的結(jié)果，其中：不同顏色的實(shí)心點(diǎn)代表不同拋射速度，直線代表對(duì)能譜進(jìn)行分段擬合的結(jié)果?？梢钥闯?，CME拋射速度越大的高能粒子能譜越高。

圖7 不同CME 拋射速度條件下高能質(zhì)子全事件積分能譜分布及擬合結(jié)果Fig.7 Event-integrated power spectra and fitting results for different initial ejection speeds

為了定量顯示高能粒子能譜間的差異，使用了形如y=kx+b的函數(shù)對(duì)高能粒子能譜進(jìn)行了最小二乘擬合，并給出了與之相應(yīng)的分段擬合結(jié)果，如表3所示。表中給出了擬合直線的k和b，其中下角標(biāo)1、2分別表示第1段和第2段的擬合直線。結(jié)果顯示粒子能譜間具有較大差異。

表3 不同CME拋射速度條件粒子能譜擬合結(jié)果Table 3 Fitting result of the particle spectrum for different CME ejection speeds

2.3 不同內(nèi)邊界背景太陽(yáng)風(fēng)溫度條件下的集合模擬結(jié)果

一般情況下，內(nèi)日冕的太陽(yáng)風(fēng)溫度無(wú)法直接測(cè)量。為進(jìn)一步研究不同內(nèi)邊界背景太陽(yáng)風(fēng)溫度對(duì)iPATH 模型數(shù)值模擬結(jié)果的影響，采取與2.2節(jié)相似的研究方法。在此次事件中，我們通過(guò)一維多方模型估算的內(nèi)邊界背景太陽(yáng)風(fēng)溫度為0.4287 MK。本文分別選取此數(shù)值的0.5倍、0.75倍、1.5倍和2 倍作為內(nèi)邊界溫度條件進(jìn)行數(shù)值模擬，并將結(jié)果與前述模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。圖8所示為同一時(shí)刻不同內(nèi)邊界背景太陽(yáng)風(fēng)溫度條件下的CME 激波狀態(tài)，由圖8(a)到圖8(d)溫度依次增大，其中圖8(c)為前述實(shí)例模擬的結(jié)果?？梢钥吹?，在同一時(shí)刻背景太陽(yáng)風(fēng)溫度越高，激波波前面距離太陽(yáng)越遠(yuǎn)，但這種變化相對(duì)于圖5來(lái)說(shuō)明顯更小。這說(shuō)明背景太陽(yáng)風(fēng)溫度的增高會(huì)引起CME 速度的微弱變化。圖9 所示為不同內(nèi)邊界背景太陽(yáng)風(fēng)溫度條件下能量＞10 MeV高能質(zhì)子的單向積分通量?？梢钥吹剑悍e分通量曲線在不同內(nèi)邊界背景太陽(yáng)風(fēng)溫度下的差異很?。辉谑录_(kāi)始的前段，積分通量呈現(xiàn)出隨著內(nèi)邊界背景太陽(yáng)風(fēng)溫度增大而有微弱增高的趨勢(shì)，在事件后段則呈現(xiàn)出與前段相反的趨勢(shì)。

進(jìn)一步考查不同內(nèi)邊界背景太陽(yáng)風(fēng)溫度條件下高能粒子能譜的特征。圖10所示為不同內(nèi)邊界背景太陽(yáng)風(fēng)溫度條件下的高能粒子能譜分布以及與之相對(duì)應(yīng)的分段線性擬合的結(jié)果，其中：不同顏色的實(shí)心點(diǎn)代表內(nèi)邊界處不同的背景太陽(yáng)風(fēng)溫度，直線代表對(duì)能譜進(jìn)行分段擬合的結(jié)果?？梢钥闯?，內(nèi)邊界背景太陽(yáng)風(fēng)溫度的變化對(duì)高能粒子能譜的影響很小。為了定量地顯示高能粒子能譜間的差異，本文仍然使用形如y=kx+b的函數(shù)對(duì)高能粒子能譜進(jìn)行了最小二乘擬合，并給出了與之相應(yīng)的分段擬合結(jié)果，如表4所示。結(jié)果清晰地表明內(nèi)邊界背景太陽(yáng)風(fēng)溫度的變化對(duì)SEP事件中高能粒子能譜的影響很小。

圖8 內(nèi)邊界不同背景太陽(yáng)風(fēng)溫度條件下的CME/激波對(duì)比Fig.8 Comparison of CME/shock propagation at different background solar wind temperatures

圖9 內(nèi)邊界不同背景太陽(yáng)風(fēng)溫度條件下＞10 MeV 的高能質(zhì)子通量模擬結(jié)果對(duì)比Fig.9 Comparison of the simulated results of energetic flux of particle of more than 10 MeV at different background solar wind temperatures

圖10 內(nèi)邊界不同背景太陽(yáng)風(fēng)溫度條件下的高能質(zhì)子全事件積分能譜分布及擬合結(jié)果Fig.10 Event-integrated power spectra and fitting results for different background solar wind temperatures

表4 不同背景太陽(yáng)風(fēng)溫度條件下粒子能譜擬合結(jié)果Table 4 Fitting result of the particle spectrum at different background solar wind temperatures

3 結(jié)束語(yǔ)

本文使用iPATH 模型對(duì)2013年9月30日的一次孤立SEP事件進(jìn)行了數(shù)值模擬。數(shù)值模擬結(jié)果和GOES衛(wèi)星觀測(cè)結(jié)果的對(duì)比顯示：數(shù)值模擬的能量＞10 MeV 的高能粒子的通量和觀測(cè)值吻合較好，而能量＞100 MeV 的高能粒子通量的模擬結(jié)果高于觀測(cè)值。造成這種情況的可能原因之一是不同能量的高能粒子在加速過(guò)程中經(jīng)歷不一樣的粒子注入過(guò)程，或者說(shuō)注入率不一樣。另外一種可能的原因是我們?cè)谟?jì)算過(guò)程中采用的是二維模型，因此對(duì)激波參數(shù)的計(jì)算和實(shí)際的三維情況存在偏差。另一方面，基于SOHO衛(wèi)星白光日冕觀測(cè)圖像，通過(guò)冰激凌錐模型反演CME參數(shù)，然而模型反演的CME 參數(shù)往往和實(shí)際情況相差較大。鑒于SEP事件的形成過(guò)程受到CME 初始拋射速度的影響較大，為了定量地研究CME 初始拋射速度帶來(lái)的影響，進(jìn)一步開(kāi)展了不同CME 初始拋射速度下的集合模擬試驗(yàn)。集合模擬的結(jié)果表明更高的CME 初始拋射速度會(huì)引起更強(qiáng)的SEP事件。

我們的預(yù)報(bào)模型采用了一個(gè)較為簡(jiǎn)單的一維多方模型來(lái)估計(jì)內(nèi)邊界處背景太陽(yáng)風(fēng)的參數(shù)。一般而言，內(nèi)邊界處背景太陽(yáng)風(fēng)的速度、密度和磁場(chǎng)的估算較為容易，而溫度的估算則相對(duì)困難，一維多方模型所估算的溫度往往高于實(shí)際的溫度。此外，以往的文獻(xiàn)基本上沒(méi)有關(guān)于背景太陽(yáng)風(fēng)溫度對(duì)于SEP事件影響的相關(guān)討論。因此，我們開(kāi)展了不同背景太陽(yáng)風(fēng)溫度條件下的集合模擬研究。數(shù)值計(jì)算的結(jié)果表明：內(nèi)邊界背景太陽(yáng)風(fēng)溫度的變化對(duì)于地球附近SEP事件中高能粒子通量和能譜的影響幾乎可以忽略不計(jì)。該結(jié)論在空間環(huán)境態(tài)勢(shì)感知中具有重要的應(yīng)用意義。在為各類(lèi)空間探測(cè)計(jì)劃提供保障服務(wù)、實(shí)際進(jìn)行太陽(yáng)質(zhì)子事件預(yù)報(bào)的過(guò)程中，即使我們不能非常準(zhǔn)確地獲取靠近太陽(yáng)的內(nèi)邊界處背景太陽(yáng)風(fēng)的溫度，也不會(huì)顯著地影響預(yù)報(bào)的結(jié)果。

致謝

本文使用了ICA(www.ica.smu.ca)的CLARKE在NSERC的支持下開(kāi)發(fā)的ZEUS-3D模型，在此表示感謝。（Use of ZEUS-3D,developed by CLARKE D.A.at the ICA(www.ica.smu.ca)with support from NSERC,isacknowledged.）