張軒誼， 韋 飛*， 彭松武， 馮鵬遠(yuǎn)， 冷 雙

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. 天基空間環(huán)境探測(cè)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100190

引 言

太陽(yáng)耀斑是太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)的一種表現(xiàn)， 是由太陽(yáng)表面局部區(qū)域的磁場(chǎng)突然強(qiáng)烈爆發(fā)引起的， 在能量釋放過(guò)程中引起局部大氣瞬時(shí)加熱， 向外輻射從伽馬射線至無(wú)線電波的電磁輻射， 并伴隨突然增強(qiáng)的粒子輻射[1]。 耀斑根據(jù)地球附近測(cè)量的0.1～0.8 nm軟X射線的峰值流量劃分等級(jí)[2]， 從小到大依次為A， B， C， M和X。

太陽(yáng)遠(yuǎn)紫外輻射(FUV)是臨近空間能量輸入的主要來(lái)源之一， 短時(shí)的太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)存在時(shí)間短、 可預(yù)知性差等特點(diǎn)， 其導(dǎo)致的輻射劇烈變化將對(duì)20～100 km臨近空間區(qū)域內(nèi)的亞軌道飛行器、 長(zhǎng)期駐留的浮空器和高超聲速巡航飛行器等科研和戰(zhàn)略設(shè)備造成潛在威脅。 臨近空間環(huán)境對(duì)太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)的響應(yīng)是有待深化研究的重要科學(xué)問(wèn)題， 對(duì)太陽(yáng)遠(yuǎn)紫外在中高層大氣的輻射特性進(jìn)行研究， 是研究臨近空間大氣成分與密度變化、 光化學(xué)反應(yīng)以及動(dòng)力學(xué)過(guò)程的重要基礎(chǔ)。 120～190 nm的FUV在臨近空間的輻射強(qiáng)度主要受大氣成分和密度、 太陽(yáng)天頂角及探測(cè)高度等因素影響； 發(fā)生太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)時(shí)的輻射特性是本文的主要研究目標(biāo)。 本文主要內(nèi)容分為兩部分： (1)探索太陽(yáng)遠(yuǎn)紫外在臨近空間的輻射特性以及對(duì)耀斑的響應(yīng)； (2)獲得太陽(yáng)遠(yuǎn)紫外輻射在地球大氣中的沉積情況。

在國(guó)際上， 太陽(yáng)短波輻射缺乏連續(xù)的、 高時(shí)間分辨率的光譜數(shù)據(jù)， 尤其缺乏太陽(yáng)耀斑期間的短波輻射探測(cè)數(shù)據(jù)。 Mitra-Kraev等[3]利用XMM-牛頓太空望遠(yuǎn)鏡(XMM-Newton)對(duì)dMe型耀斑星的觀測(cè)數(shù)據(jù)， 分析了恒星耀斑爆發(fā)時(shí)X射線和紫外線的關(guān)系。 Chamberlin等[4-6]基于多種星載儀器的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)， 開(kāi)發(fā)了波長(zhǎng)覆蓋0.1～190 nm的耀斑輻照度光譜模型(FISM2)， 用于填補(bǔ)太陽(yáng)耀斑爆發(fā)時(shí)的光譜和時(shí)間空白。 Woods等[7]結(jié)合FISM模型， 利用搭載于SORCE衛(wèi)星的總輻照度監(jiān)測(cè)儀(TIM)數(shù)據(jù)， 分析了大耀斑期間太陽(yáng)紫外線輻照度對(duì)太陽(yáng)總輻照度的影響。 Meier[8]基于物理模型分析了120～310 nm波段的太陽(yáng)輻射在臨近空間區(qū)域的光譜-吸收高度關(guān)系， 預(yù)測(cè)了該波段范圍的太陽(yáng)輻射可到達(dá)的大氣高度。

2018年， 依托于“臨近空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”(簡(jiǎn)稱“鴻鵠專項(xiàng)”)， 中科院承擔(dān)了“臨近空間對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴響應(yīng)特征觀測(cè)研究”的任務(wù)， 于2021年—2023年進(jìn)行探測(cè)實(shí)驗(yàn)。 該專項(xiàng)旨在深度刻畫臨近空間天氣與電磁輻射環(huán)境， 搶占臨近空間戰(zhàn)略制高點(diǎn)。 在該實(shí)驗(yàn)中， 本項(xiàng)目研制的太陽(yáng)紫外光譜儀作為載荷之一[9]， 搭載于載荷艙中[10]， 利用高空氣球在臨近空間進(jìn)行高分辨率太陽(yáng)遠(yuǎn)紫外-紫外光譜探測(cè)。

本文所用數(shù)據(jù)來(lái)自于太陽(yáng)耀斑模型和地球大氣模型， 使用基于Lambert-Beer定律的大氣輻射傳輸方法， 探索太陽(yáng)遠(yuǎn)紫外在臨近空間的輻射特性， 為“臨近空間對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴響應(yīng)特征觀測(cè)研究”的實(shí)際探測(cè)與科學(xué)問(wèn)題提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 耀斑輻照度光譜模型(FISM2)

FISM2是一種耀斑輻照度光譜的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?用于填補(bǔ)太陽(yáng)耀斑爆發(fā)時(shí)的光譜和時(shí)間空白， 模型的光譜范圍為0.1～190 nm， 分辨率為0.1 nm， 時(shí)間間隔為60 s。 該模型以太陽(yáng)極紫外實(shí)驗(yàn)(SEE)[11]和太陽(yáng)恒星輻照度比較實(shí)驗(yàn)(SOLSTICE)[12]提供的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。 FISM2作為FISM1的改進(jìn)版， 利用更精準(zhǔn)的太陽(yáng)耀斑實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)太陽(yáng)光譜中的耀斑分量和耀斑時(shí)間演變進(jìn)行了優(yōu)化， 數(shù)據(jù)來(lái)自于極紫外變化實(shí)驗(yàn)(EVE)[13]、 太陽(yáng)恒星輻照度比較實(shí)驗(yàn)(SOLSTICEII)[14]和X射線光度計(jì)系統(tǒng)(XPS)[15]。 FISM2的高時(shí)間分辨率給太陽(yáng)遠(yuǎn)紫外輻射在臨近空間對(duì)耀斑的響應(yīng)這一科學(xué)問(wèn)題提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

其輻照度算法如式(1)所示， 對(duì)于給定的時(shí)間t和波長(zhǎng)λ， 太陽(yáng)輻照度

I(λ,t)=Imin(λ)+ΔISC(λ,t)+ΔISR(λ,t)+

ΔIGP(λ,t)+ΔIIP(λ,t)

(1)

式(1)中，Imin為太陽(yáng)輻照度最小值， ΔISC為太陽(yáng)周期變化(solar cycle)， ΔISR為太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)自轉(zhuǎn)變化(solar rotation)， ΔIIP和ΔIGP分別為太陽(yáng)耀斑的脈沖階段(impulsive phase)和衰減階段(gradual phase)。 在該模型中， 根據(jù)輻射在太陽(yáng)大氣層中形成的位置與溫度， 使用MgⅡ c/w和Ly-α作為參考值進(jìn)行遠(yuǎn)紫外波段(120～190 nm)的建模。

圖1為FISM2提供的太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)，Y軸使用對(duì)數(shù)坐標(biāo)， 圖1(a)為不同波段的太陽(yáng)輻射流量， 圖1(b)為X9.3級(jí)耀斑爆發(fā)前與耀斑峰值的光譜輻照度。

圖1 2017年9月5日至9月9日的太陽(yáng)輻射流量(a)； 耀斑爆發(fā)前(黑色)和耀斑峰值(紅色)的光譜輻照度(b)Fig.1 Solar flux from September 5th—September 9th, 2017 (a); Spectral irradiance of pre-flare (black) and flare peak (red) (b)

如圖1(a)所示， 耀斑爆發(fā)在FUV波段可見(jiàn)明顯響應(yīng)， 軟X射線的耀斑峰值流量與爆發(fā)前相差一到三個(gè)數(shù)量級(jí)左右， 但FUV只在一個(gè)數(shù)量級(jí)之間波動(dòng)； 耀斑爆發(fā)時(shí)FUV具有更強(qiáng)的脈沖特性， 時(shí)間尺度更短， 軟X射線在峰值過(guò)后有一個(gè)較長(zhǎng)的衰減階段； 在輻射強(qiáng)度方面， FUV波段整體呈現(xiàn)出波長(zhǎng)越長(zhǎng)， 流量越大的特點(diǎn)。 圖1(b)可知耀斑爆發(fā)的輻照度增長(zhǎng)在各個(gè)波長(zhǎng)具有不同響應(yīng)， 如133.6 nm的CⅡ發(fā)射線、 139.4和140.3 nm的Si Ⅳ發(fā)射線、 164.0 nm的He Ⅱ發(fā)射線以及180.8nm和181.7nm的Si Ⅱ發(fā)射線都具有明顯的增強(qiáng)。

1.2 大氣輻射傳輸計(jì)算方法

要計(jì)算FUV在大氣中的吸收和沉積高度， 需要利用吸收氣體的光譜吸收截面和垂直分布廓線， 對(duì)光學(xué)路徑上的輻射吸收量進(jìn)行積分， 并計(jì)算不同波長(zhǎng)、 不同高度的光學(xué)深度， 然后在光譜范圍內(nèi)求解給定光學(xué)深度的大氣高度。

對(duì)于120～190 nm的FUV， 在平流層及以下主要被臭氧、 氧氣吸收， 在平流層以上直至熱層， 主要被氮?dú)狻?氮原子、 氧氣和氧原子吸收， 本文使用上述五種成分進(jìn)行計(jì)算與分析， 大氣廓線的高度分辨率為1 km， 吸收截面的光譜分辨率在各成分各波段從0.001至0.2 nm不等。

太陽(yáng)輻射穿越大氣的吸收情況由Lambert-Beer輻射傳輸方程計(jì)算

I(λ)=I0(λ)e-τ

(2)

式(2)中，I0為太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，I為到達(dá)探測(cè)器的輻射強(qiáng)度，λ為波長(zhǎng)，τ為光學(xué)深度， 可由式(3)表示

(3)

式(3)中，N為吸收氣體的種類總數(shù)，σ為氣體吸收截面，n為氣體數(shù)密度，l為吸收路徑長(zhǎng)度。

光學(xué)透過(guò)率T與光學(xué)深度的關(guān)系為

T=e-τ

(4)

太陽(yáng)的11年周期性變化影響著地球高層大氣中各種氣體的含量， 為了獲得太陽(yáng)周期性活動(dòng)對(duì)臨近空間輻射沉積情況的影響， 如表1所示， 選擇太陽(yáng)活動(dòng)峰值和谷值日期及坐標(biāo)等參數(shù)， 利用對(duì)應(yīng)的大氣數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算與分析。 圖2為表1對(duì)應(yīng)的大氣數(shù)據(jù)， 包括溫度和吸收氣體的垂直廓線，X軸為溫度(單位為K)和數(shù)密度(單位為cm-3)，Y軸為高度。 臭氧分布于平流層中， 主要受季節(jié)性大氣環(huán)流影響， 故使用典型的北半球冬季垂直廓線。

表1 太陽(yáng)活動(dòng)峰谷值參數(shù)Table 1 Peak-valley parameters of solar activity

圖2 太陽(yáng)峰谷值對(duì)應(yīng)的大氣參數(shù)， 峰值(實(shí)線)和谷值(虛線)氮?dú)狻?氧氣、 氧原子和氮原子的數(shù)據(jù)來(lái)自MSIS-E-00 (mass spectrometer incoherent scatter)大氣模型[16]， 臭氧的數(shù)據(jù)來(lái)自MODTRAN輻射傳輸模型[17]Fig.2 Atmospheric parameters corresponding to peak-valley parameters of solar activity: solar max (solid line) and solar min (dashed line)Nitrogen, oxygen, oxygen and nitrogen atoms were obtained from the MISSS-E-00 (mass spectrometer incoherent scatter) atmospheric model[16], and ozone was obtained from the MODTRAN radiative transfer model[17]

設(shè)太陽(yáng)光從天頂垂直入射， 以300 km大氣高度為起始點(diǎn)， 分別對(duì)每種吸收氣體的垂直分布廓線沿下行路徑進(jìn)行積分， 即在各個(gè)高度垂直向上至300 km的柱密度(單位為cm-2)， 所得積分含量如圖3所示， 實(shí)線和虛線分別代表太陽(yáng)峰值和谷值。

圖3 吸收氣體從300 km向下的積分含量，太陽(yáng)峰值(實(shí)線)和谷值(虛線)Fig.3 The integral content of absorbed gas from 300 km: solar max (solid line) and solar min (dashed line)

圖4分別為氮?dú)狻?氮原子、 臭氧、 氧氣和氧原子的光譜吸收截面，X軸為波長(zhǎng)， 單位為nm，Y軸為吸收截面， 單位為cm2。

圖4 不同氣體的光譜吸收截面N2的吸收截面數(shù)據(jù)來(lái)自Stark， Shaw和Chan等[18-20]， O2來(lái)自Yoshino， Lu和Holland等[21-24]， O3來(lái)自Serdyuchenko和Mason等[25-26]， 氧原子和氮原子來(lái)自Fennelly等[27]Fig.4 Absorption cross section of different gasThe absorption cross-section data of N2 comes from Stark, Shaw, and Chan[18-20], O2 comes from Yoshino, Lu, and Holland[21-24], O3 comes from Serdyuchenko and Mason[25-26], oxygen and nitrogen atoms comes from Fennelly[27]

2 結(jié)果與討論

2.1 臨近空間遠(yuǎn)紫外輻射對(duì)太陽(yáng)耀斑的響應(yīng)

2.1.1 FUV與軟X射線的互相關(guān)

FUV和軟X射線的流量呈現(xiàn)出較好的相關(guān)性， 對(duì)于每一個(gè)FUV的脈沖增強(qiáng)， 都有軟X射線波段的增強(qiáng)與之對(duì)應(yīng)。 利用時(shí)間滯后互相關(guān)(TLCC)評(píng)估了二者在時(shí)間上的關(guān)聯(lián)， TLCC函數(shù)由式(5)給出

(5)

式(5)中， -∞

圖5(b)的X軸為FUV與軟X射線的時(shí)間差，Y軸為相應(yīng)的歸一化相關(guān)系數(shù)。 可見(jiàn)相關(guān)系數(shù)的函數(shù)曲線有明顯峰值， 最大值為0.312， 相應(yīng)的時(shí)間差為-4 min， 表明在耀斑爆發(fā)時(shí)， FUV比軟X射線更早到達(dá)峰值， 在FISM2的時(shí)間分辨率下， 軟X射線峰值具有240 s左右的時(shí)間延遲。 從以往對(duì)太陽(yáng)耀斑的理論研究中可知， 最有可能的原因是耀斑爆發(fā)時(shí)的加速電子撞擊色球?qū)釉斐傻腇UV脈沖發(fā)射要優(yōu)先于加熱產(chǎn)生的軟X射線發(fā)射。

圖5 FUV和軟X射線的流量圖(a)以及時(shí)間滯后互相關(guān)(b)紅色虛線代表耀斑峰值位置(a)和相關(guān)系數(shù)最大值(b)Fig.5 Flux of FUV and soft X-ray (a) and their time lagged cross-correlation (b) The red dotted vertical lines indicate flare peak (a) and maximum correlation coefficient (b)

2.1.2 FUV與軟X射線耀斑峰值流量關(guān)系

選取2010年1月至2020年12月共11年間的150個(gè)耀斑進(jìn)行分析， 發(fā)現(xiàn)FUV與軟X射線的耀斑峰值流量關(guān)系近似為線性相關(guān)， 大于140 nm的波段呈現(xiàn)出波長(zhǎng)越長(zhǎng)， 一次項(xiàng)系數(shù)越大的特性， 此函數(shù)關(guān)系符合預(yù)期情況[3]。 波長(zhǎng)小于140 nm的太陽(yáng)光譜主要由不連續(xù)的元素特征發(fā)射譜線構(gòu)成， 其耀斑流量增長(zhǎng)與各類元素發(fā)射線的生成位置及強(qiáng)度有關(guān)； 而波長(zhǎng)大于140 nm的太陽(yáng)光譜主要為連續(xù)譜， 發(fā)射線較少。 表2為FUV與軟X射線的耀斑峰值流量函數(shù)的參數(shù)，IFUV為遠(yuǎn)紫外波段的峰值流量， 其中發(fā)射線帶寬為0.3 nm，Isoft_Xray為軟X射線(0.1～0.8 nm)的峰值流量。 圖6給出了不同計(jì)算精度下(1和10 nm)的擬合函數(shù)的參數(shù)值。 圖7展示了部分特征譜線的耀斑數(shù)據(jù)與擬合函數(shù)。 考慮到大氣的吸收效應(yīng)、 輻射流量的強(qiáng)度以及擬合函數(shù)的系數(shù)， 若想在臨近空間感知太陽(yáng)耀斑活動(dòng)， 180～190 nm是FUV波段中最佳的選擇。

圖6 不同計(jì)算精度下的擬合函數(shù)參數(shù)值： k(紅色)、 c(藍(lán)色)與太陽(yáng)光譜(黑色)Fig.6 Fitting function parameter values at different computational precisions: k (red), c (blue) and solar spectrum (black)

圖7 FUV與軟X射線的耀斑峰值流量函數(shù)關(guān)系星點(diǎn)為耀斑數(shù)據(jù)， 實(shí)線為擬合函數(shù)Fig.7 Function of FUV and soft X-ray flare peak flux Star points are flare data and solid lines are fitting functions

表2 函數(shù)關(guān)系式： IFUV=kISoft_Xray+cTable 2 Function: IFUV=kISoft_Xray+c

2.1.3 FUV在臨近空間的特性與耀斑響應(yīng)

在臨近空間的太陽(yáng)遠(yuǎn)紫外輻射， 隨著吸收氣體含量的增大而減小， 耀斑爆發(fā)時(shí)輻射強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)短時(shí)的提升， 如圖8所示， 使用1.2節(jié)所述大氣輻射傳輸方法計(jì)算臨近空間FUV光譜特性與耀斑響應(yīng)， 發(fā)現(xiàn)20～100 km的臨近空間區(qū)域， FUV處于從吸收到透過(guò)的過(guò)渡狀態(tài)， 光譜在不同高度展現(xiàn)出不同的太陽(yáng)光譜特征與地球大氣吸收特征。 圖8為不同高度下耀斑爆發(fā)前后的FUV光譜與輻照度差值， 耀斑爆發(fā)時(shí)， 在100 km高度可見(jiàn)180.8和181.7 nm的Si Ⅱ發(fā)射線具有明顯增強(qiáng)， 分別增強(qiáng)了214%和216%， 121.6 nm處流量較大， 但其增幅僅為21.5%； 80 km處吸收效應(yīng)更加明顯， 部分短波被完全吸收； 50 km高度的光譜則呈現(xiàn)出明顯的階梯狀氧氣吸收特征； 20 km處大部分短波被吸收， 185～190 nm的部分光譜可到達(dá)20 km高度。

圖8 FUV在臨近空間100， 80， 50和20 km處的光譜(a)以及耀斑爆發(fā)的輻照度差值(b)耀斑爆發(fā)前(黑色)和耀斑峰值(紅色)； 耀斑數(shù)據(jù)取自2017年9月6日的X9.3級(jí)耀斑Fig.8 Spectra of FUV at 100, 80, 50 and 20 km in near space (a) and the irradiance difference of flare eruptions (b) Pre-flare (black) and flare peak (red)； Flare data were taken from a class X9.3 flare on September 6th, 2017

圖9為太陽(yáng)耀斑爆發(fā)時(shí)在臨近空間的FUV變化特性， 圖9(a)為輻射流量， 因?yàn)榇髿獾奈兆饔茫?隨高度的降低而減小， 且對(duì)波長(zhǎng)敏感， 大于140 nm的波段呈現(xiàn)出波長(zhǎng)越長(zhǎng)， 流量越大、 流量驟減高度越低的趨勢(shì)； 圖9(b)給出了耀斑峰值流量與爆發(fā)前流量的比值， 在2.0左右波動(dòng)； 圖9(c)給出了FUV的單位體積加熱率廓線， 在忽略散射的情況下， 上行輻照度為零， 波長(zhǎng)為λ的輻射單位體積加熱率為

圖9 耀斑爆發(fā)前(黑線)和耀斑峰值(紅線)的FUV輻射流量(a)、 耀斑峰值流量與爆發(fā)前流量的比值(b)以及單位體積加熱率(c)Fig.9 Downward FUV flux (a), the ratio of the flux at the flare peak to the flux before the flare erupts (b) and volume heating rate (c) of pre-flare (black line) and flare peak (red line)

(6)

2.2 太陽(yáng)遠(yuǎn)紫外輻射在大氣中的沉積情況

利用式(2)—式(4)， 輸入太陽(yáng)谷值的大氣參數(shù)， 得到遠(yuǎn)紫外輻射在不同高度的光學(xué)深度， 如圖10所示， 小于200 nm的FUV在各個(gè)高度的光學(xué)深度的光譜特性較為一致， 絕對(duì)值隨高度的降低而增大； 1 km為地面高度， 此高度200 nm的光學(xué)深度為34， 透過(guò)率的數(shù)量級(jí)為10-15， 可視為完全吸收。

圖10 遠(yuǎn)紫外輻射在不同高度的光學(xué)深度使用太陽(yáng)谷值的大氣參數(shù)， 其中200 km處不包含臭氧Fig.10 Optical depths at different altitude in FUV The atmospheric parameters of solar minimum are used in the figure, where ozone is not included at 200 km

給定光學(xué)深度后， 在光譜范圍內(nèi)求解對(duì)應(yīng)的大氣高度， 如圖11所示， 圖中給出了5種吸收氣體對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍以及光學(xué)深度為0.5， 1和2時(shí)的輻射沉積高度， 光學(xué)深度對(duì)應(yīng)的光學(xué)透過(guò)率分別為0.61， 0.37和0.14。 由圖11可知在太陽(yáng)活動(dòng)峰年的大氣參數(shù)下， 輻射沉積高度大于太陽(yáng)活動(dòng)谷年。 若大氣成分保持不變， 則太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的變化不會(huì)影響圖中所示的沉積高度。 圖11的早期版本參考Andrews[28]， 本文對(duì)比Andrews的主要優(yōu)勢(shì)與區(qū)別在于計(jì)算中考慮了更多的吸收氣體， 數(shù)據(jù)上采用了更高光譜分辨率、 測(cè)量時(shí)間更接近現(xiàn)代的光譜吸收截面和垂直分布廓線， 比早期數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確， 同時(shí)清晰地展示了因分辨率不高而被掩蓋的精細(xì)結(jié)構(gòu)。

圖11 太陽(yáng)遠(yuǎn)紫外輻射在地球大氣中的沉積高度太陽(yáng)活動(dòng)峰谷值對(duì)應(yīng)的大氣參數(shù)詳見(jiàn)表1及圖2Fig.11 Deposition altitude of solar FUV radiation in earth’s atmosphere Atmospheric parameters corresponding to solar peak and valley are shown in Table 1 and Figure 2

波長(zhǎng)小于100 nm時(shí)， 大部分輻射在100～250 km的高度被氧原子、 氮原子和氮?dú)馕眨?產(chǎn)生電離產(chǎn)物， 此區(qū)間受太陽(yáng)峰谷年影響最大； 在80～120 km之間， 輻射被130～175 nm氧氣的舒曼-龍格帶(Schumann-Runge)吸收， 發(fā)生光解離反應(yīng)； 80 km以下的FUV主要被氧氣的赫茲堡帶(Herzberg)與臭氧的哈特萊-哈金斯帶(Hartley-Huggins)吸收。

3 結(jié) 論

利用太陽(yáng)耀斑數(shù)據(jù)以及地球中高層大氣數(shù)據(jù)， 使用基于Lambert-Beer定律的大氣輻射傳輸方法， 將太陽(yáng)遠(yuǎn)紫外輻射分為7段進(jìn)行數(shù)值模擬， 探索耀斑爆發(fā)如何影響臨近空間的遠(yuǎn)紫外輻射特性。

通過(guò)FUV(120～190 nm)與軟X射線(0.1～0.8 nm)的時(shí)間滯后互相關(guān)評(píng)估了二者在時(shí)間上的關(guān)聯(lián)， 發(fā)現(xiàn)耀斑爆發(fā)時(shí)FUV比軟X射線更早到達(dá)峰值， 軟X射線峰值具有240 s左右的時(shí)間延遲。 選取2010年1月至2020年12月共11年間的150個(gè)耀斑， 使用最小二乘法進(jìn)行分析， 發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)紫外輻射與軟X射線的流量峰值近似線性相關(guān)， 7個(gè)波段的系數(shù)分別為1.70， 0.62， 0.24， 0.74， 0.95， 1.05和3.70。

使用基于Lambert-Beer定律的大氣輻射傳輸方法計(jì)算了臨近空間的FUV輻射特性以及耀斑響應(yīng)， 發(fā)現(xiàn)在20～100 km的臨近空間范圍， 太陽(yáng)遠(yuǎn)紫外光譜幾乎被完全吸收， 但由于大氣成分特殊的吸收窗口結(jié)構(gòu)， 185～190 nm波段的部分光譜可到達(dá)20 km高度； 太陽(yáng)耀斑爆發(fā)時(shí)與爆發(fā)前的遠(yuǎn)紫外流量比值在7個(gè)波段均在2.0左右波動(dòng)， 單位體積加熱率對(duì)波長(zhǎng)變化敏感， 大于140 nm的FUV波長(zhǎng)越長(zhǎng)， 峰值所在大氣高度越低、 峰值越大， 峰值加熱率的比值在7個(gè)波段分別為1.22， 1.88， 1.35， 1.42， 1.23， 1.08和1.11。

最后分析了太陽(yáng)遠(yuǎn)紫外輻射在地球大氣中的沉積情況， 發(fā)現(xiàn)在100～50 km的高度， 小于100 nm的輻射主要被氧原子、 氮原子和氮?dú)馕眨?在80～120 km之間， 130～175 nm的輻射主要被氧氣吸收； 在80 km以下的FUV主要被氧氣和臭氧吸收。 100～250 nm的輻射沉積情況受太陽(yáng)峰谷年影響最大， 小于100 km高度受太陽(yáng)峰谷年影響較小， 呈現(xiàn)太陽(yáng)峰年沉積高度大于太陽(yáng)谷年的特性。