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2024年5月太阳活动区13664磁场演化及其极端空间天气事件研究综述
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作者 周桂萍 周振军 +2 位作者 张小凡 林伟 万庆涛 《科技导报》 北大核心 2025年第16期93-104,共12页
2024年5月10—11日,太阳活动区(AR)13664爆发了自卡林顿事件(1859年)以来最强的太阳风暴事件之一,引发了G5级地磁暴(地磁扰动指数达-412 nT)和全球范围的极光现象。AR13664呈现致密复杂的磁场分布,伴随快速磁场演化与高活动性,如丰富的... 2024年5月10—11日,太阳活动区(AR)13664爆发了自卡林顿事件(1859年)以来最强的太阳风暴事件之一,引发了G5级地磁暴(地磁扰动指数达-412 nT)和全球范围的极光现象。AR13664呈现致密复杂的磁场分布,伴随快速磁场演化与高活动性,如丰富的磁场浮现、拓扑重构与产生多个耀斑和日冕物质抛射(CME)等。由此AR 13664是否代表强烈太阳爆发的能量积累和释放的典型过程,使其成为研究磁场复杂度、能量存储与释放机制、强烈太阳爆发成因的理想对象。综述了目前相关研究成果,聚焦基于多波段观测、磁流体力学建模和非线性无力场外推,揭示AR 13664从磁通量浮现到近地空间响应的全链条物理过程。围绕AR 13664的研究结果表明:(1)该活动区表现出极高的磁通量浮现速率,峰值可达2.2×10^(22)Mx/d,迅速形成复杂的βγδ型磁结构,总无符号磁通量高达1.35×10^(23)Mx,为能量的高效存储奠定了磁拓扑基础;(2)磁拓扑分析结果表明,磁能释放过程与准分割面(QSL)及多重电流片的演化高度相关,揭示了局部非势能区的能量释放机制;(3)多阶段磁剪切过程被清晰观测到,表明磁绳结构的逐步形成与不稳定性增强,与随后爆发的12次X级耀斑和多个晕状CME密切相关;(4)相关CME具有跨赤道日面源区大尺度结构,在日地空间快速传播,最快投影速度超过2000 km/s,其行星际结构在1 AU处表现为强烈的南向磁场(行星际磁场z轴分量Bz最小达到-50 nT),对地球磁层造成剧烈冲击,诱发强磁暴和电离层扰动过程。这些研究系统描绘了极端空间天气事件从太阳源头到近地空间的全链条演化过程,为太阳爆发的触发、能量积累释放,以及传播机制提供了创新性理解,为建立更加准确和可预报的空间天气模型提供了重要的研究基础。 展开更多
关键词 极端太阳风暴 活动区 日冕物质抛射 磁重联 地磁暴
原文传递
2000年10月5日磁暴主相两个不同时段太阳风参数特征告诉我们什么?
2
作者 李琪 乐贵明 《地球物理学报》 北大核心 2025年第1期45-53,共9页
本文研究了2000年10月5日磁暴主相两个不同时段期间环电流的变化速度与相应太阳风参数的关系.研究发现,磁暴主相期间环电流的变化速度并不取决于行星际磁场南向分量的平均值和最大值,也不取决于太阳风电场的平均值和最大值.本文的研究证... 本文研究了2000年10月5日磁暴主相两个不同时段期间环电流的变化速度与相应太阳风参数的关系.研究发现,磁暴主相期间环电流的变化速度并不取决于行星际磁场南向分量的平均值和最大值,也不取决于太阳风电场的平均值和最大值.本文的研究证明,磁暴环电流增强期间环电流的变化速度,不仅取决于行星际磁场南向分量和太阳风的速度,还取决于太阳风的动压,而且太阳风的动压起着非常重要的作用.研究还发现,采用Burton et al.(1975)方程和O′Brien,McPherron (2000a)方程估算得到的2000年10月5日的两次地磁活动的强度远低于实际的观测值. 展开更多
关键词 行星际磁场南向分量 太阳风电场 太阳风动压 磁暴环电流
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面向系统应用的单粒子翻转指标分解方法研究
3
作者 李强 肖文斌 周洪伟 《现代应用物理》 2025年第3期151-157,共7页
为解决单一采用元器件线性能量传输(linear energy transfer,LET)阈值指标来控制器件筛选引起的可操作性差、成本高等现实问题,开展了面向系统应用的单粒子翻转(single event upset,SEU)指标的分解方法研究。分析了单粒子翻转指标,确定... 为解决单一采用元器件线性能量传输(linear energy transfer,LET)阈值指标来控制器件筛选引起的可操作性差、成本高等现实问题,开展了面向系统应用的单粒子翻转(single event upset,SEU)指标的分解方法研究。分析了单粒子翻转指标,确定了单粒子翻转指标体系;建立了系统级、单机级、器件级单粒子效应故障分析模型,并通过系统级功能中断、单机单粒子翻转率、器件单粒子翻转率、器件LET阈值和饱和截面等指标逐层分解,最终给出了面向系统应用的单粒子翻转指标分解方法。以某卫星测控为例,进行单粒子翻转指标分解应用研究,验证了本文所提方法的可行性和有效性。结果表明,与常用的15 MeV·cm^(2)·mg^(-1)或37 MeV·cm^(2)·mg^(-1)单粒子翻转效应LET阈值相比,该方法综合考虑LET阈值、饱和截面和将采取的防护措施,可在满足系统单粒子翻转中断率的前提下,有效降低LET阈值,从而降低对元器件选用的难度。 展开更多
关键词 单粒子翻转 指标分解 翻转截面 抗辐射加固 LET阈值
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基于不规则性指数的太阳风准双年振荡研究
4
作者 费宇 陈卓 +2 位作者 邓林华 李春 梁家卷 《地球物理学报》 北大核心 2025年第9期3291-3302,共12页
太阳内部和表面大气存在不同尺度的准周期变化,特别是准双年振荡(quasi-biennial oscillations,QBOs)在日地空间物理领域中受到了广泛关注.本文以1963—2018年期间的太阳风速度的日变化作为研究对象,研究QBOs对太阳风速度的影响,并揭示... 太阳内部和表面大气存在不同尺度的准周期变化,特别是准双年振荡(quasi-biennial oscillations,QBOs)在日地空间物理领域中受到了广泛关注.本文以1963—2018年期间的太阳风速度的日变化作为研究对象,研究QBOs对太阳风速度的影响,并揭示其非线性演化特征.基于动力系统中的不规则性指数来度量太阳风速度随时间变化的复杂性和不规则性,并揭示太阳活动中潜在的非线性变化信息,从而进一步研究QBOs的时间分布.结果发现:(1)太阳风速度的不规则性指数在一个太阳活动周内经历了两次振荡,即存在准5.5年的周期变化;(2)太阳风速度的不规则程度在1996年附近发生了明显增强,即太阳活动较弱的第23和第24活动周的复杂性比之前高;(3)通过一阶自回归模型,发现周期尺度为1.3年和1.7年的QBOs在1996年之后对太阳风速度的影响更为明显,即第23活动周之后太阳磁场的变化与QBOs紧密相关.研究结果表明:QBOs不仅对推进太阳发电机的动力学演化有科学价值,而且对日地空间环境的耦合过程有重要意义. 展开更多
关键词 太阳风 准双年振荡 非线性动力学 自回归模型
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地球内磁层低纬大尺度电场研究进展
5
作者 张钊 张典钧 刘文龙 《地球与行星物理论评(中英文)》 2025年第4期372-387,共16页
地球内磁层的大尺度电场由太阳风与地球磁场的相互作用产生.在高纬区域,平行电场起着更为重要的作用,而在低纬地区,电场则主要表现为共转电场、对流电场和脉冲电场.本文着重讨论低纬区域大尺度电场的特征及其在内磁层中的作用,这些电场... 地球内磁层的大尺度电场由太阳风与地球磁场的相互作用产生.在高纬区域,平行电场起着更为重要的作用,而在低纬地区,电场则主要表现为共转电场、对流电场和脉冲电场.本文着重讨论低纬区域大尺度电场的特征及其在内磁层中的作用,这些电场共同作用于内磁层中的多种动力学过程.共转电场和对流电场驱动的电场漂移分别引起地球磁层等离子体的共转运动和对流运动,从而决定了等离子体层的形态及其动态演化;而脉冲电场能加速内磁层的带电粒子,并且导致高能粒子的向内注入.近年来,基于卫星观测的研究表明,大尺度电场的分布受到地磁活动和太阳风条件的显著影响.对流电场整体呈晨昏向,但其在内磁层中的空间分布并不均匀.在距离地球约5个地球半径(RE)范围内,对流电场受到明显屏蔽,其屏蔽边界会随着Kp指数的增加逐渐向地球方向移动.此外,亚极光区极化流在距地球约4 RE的区域引起了强径向电场,显著影响了磁地方时黄昏到午夜区域对流电场的分布.磁暴主相期间以及行星际磁场南转后,对流电场会显著增强,但不同区域的电场增强幅度或响应时间存在差异.共转电场基于等离子体层24小时的共转周期进行计算.然而,观测研究表明,等离子体层存在共转滞后现象,这意味着共转电场强度可能被高估.在行星际激波事件中,增强的动压会压缩磁层并激发脉冲电场.脉冲电场在内磁层中的传播速度与快磁声波及行星际激波的传播速度密切相关,其中快磁声波的速度决定了脉冲电场的初始响应时间,而行星际激波的速度则与脉冲电场的峰值到达时间相对应.本文回顾了近年来对流电场、共转电场和脉冲电场的研究进展,并展望了内磁层大尺度电场研究中亟待解决的科学问题. 展开更多
关键词 内磁层 大尺度电场 共转电场 对流电场 脉冲电场
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中国空间站舱外辐射剂量实测结果
6
作者 王春琴 常峥 +3 位作者 沈国红 张珅毅 侯东辉 张焕新 《地球物理学报》 北大核心 2025年第5期1579-1586,共8页
为安全开展舱外科学试验和航天员出舱活动,中国空间站配置了辐射剂量探测器首次开展舱外辐射剂量探测.该探测器可获取空间站沿轨运行过程中星下点各个位置的辐射剂量率动态数据.本文针对2023年1月9日空间环境平静和2023年4月27日强地磁... 为安全开展舱外科学试验和航天员出舱活动,中国空间站配置了辐射剂量探测器首次开展舱外辐射剂量探测.该探测器可获取空间站沿轨运行过程中星下点各个位置的辐射剂量率动态数据.本文针对2023年1月9日空间环境平静和2023年4月27日强地磁扰动期间2个典型空间环境条件下的舱外剂量率动态展开分析,得到了空间站舱外辐射剂量初步的空间分布及量值特性:(1)空间站舱外高剂量辐射区出现在相对稳定的南大西洋异常区和高动态变化的南北高纬局部区域.(2)南北高纬高辐射剂量主要来自强地磁扰动影响下增强的电子辐射影响.(3)剂量率峰值通常出现在南大西洋异常区,约为1.0×10^(−4)rad(si)/s.扰动会导致高纬辐射剂量率出现超过2个量级的增长,达到甚至超过异常区峰值量级水平.(4)环境平静期间,轨道日累积辐射剂量约为0.2 rad(si)/d.受环境扰动影响,南北高纬区域日累积辐射剂量对总剂量贡献比率由平静期不足3%可上升到超过55%,导致轨道日累积辐射剂量出现成倍增长. 展开更多
关键词 空间站 辐射剂量率 能量电子 南大西洋异常区 地磁扰动
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2023年12月1—2日磁暴期间北京上空热层响应研究
7
作者 李韶阳 任志鹏 +4 位作者 于婷婷 刘立波 乐新安 李国主 魏勇 《地球物理学报》 北大核心 2025年第6期2028-2038,共11页
在地磁暴期间电离层和热层将发生剧烈扰动,对卫星导航定位以及轨道安全产生重要影响.为了更好地理解磁暴对热层的影响,利用Li等(2023)提出的基于低高度电子密度剖面的热层参数反演方法,研究了2023年12月1日—2日大磁暴期间热层响应特征... 在地磁暴期间电离层和热层将发生剧烈扰动,对卫星导航定位以及轨道安全产生重要影响.为了更好地理解磁暴对热层的影响,利用Li等(2023)提出的基于低高度电子密度剖面的热层参数反演方法,研究了2023年12月1日—2日大磁暴期间热层响应特征及其随地方时的变化.本文选择北京台站(地理位置:39.56°N;116.20°E;地磁位置:30.16°N;172.00°E)测高仪测量的电子密度数据进行逃逸层温度的反演计算,并将其代入NRLM_(S)ISE-00模式计算相应的热层大气质量密度.结果显示,相较于地磁平静期,磁暴期间逃逸层温度增加了100~150K,增长幅度为10%~24%;大气质量密度增加了2×10^(-13)~12×10^(-13) kg·m^(-3),增长幅度为18%~140%.另利用NRLM_(S)ISE-00模式模拟研究了太阳活动变化的影响,结果表明此次磁暴期间太阳活动相较于静日对热层的影响有限,磁暴是导致逃逸层温度和大气质量密度异常增加的主导因素.此外,磁暴期间逃逸层温度和大气质量密度与静日平均值的偏差存在1~2 h的小尺度扰动,重力波的传播是引起扰动的重要因素.目前电离层已经积累了大量的全球长期观测数据,并能够提供实时的电离层观测数据,该方法为提高热层预测和临近预报的能力提供了可能. 展开更多
关键词 地磁暴 热层响应 逃逸层温度 大气质量密度
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基于Swin Transformer的太空台风识别模型
8
作者 乔枫 张清和 +5 位作者 邢赞扬 王勇 马羽璋 陆盛 张红波 王飞飞 《极地研究》 北大核心 2025年第3期427-436,共10页
太空台风是发生于地磁平静期极盖区内的一种涡旋状极光亮斑结构,可由局地堪比磁暴的太阳风能量注入引起。为解决从海量星载极光数据中准确而高效地识别出太空台风事件,进而研究太阳风能量注入过程等关键问题,本文基于Swin Transformer... 太空台风是发生于地磁平静期极盖区内的一种涡旋状极光亮斑结构,可由局地堪比磁暴的太阳风能量注入引起。为解决从海量星载极光数据中准确而高效地识别出太空台风事件,进而研究太阳风能量注入过程等关键问题,本文基于Swin Transformer构建了可用于美国国防气象卫星星载紫外光谱成像仪极光图像的太空台风识别模型。该模型通过拆分窗口加速计算,并使用移动窗口多头自注意力方法搭建窗口间信息传输通道,从而实现太空台风的自动识别。研究表明,该模型通过南北半球极盖区的太空台风图像数据集进行训练,实现了对太空台风事件更加精准的识别,其准确率高达95.94%。 展开更多
关键词 Swin Transformer 太空台风 识别模型 深度学习
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全日面机器学习耀斑业务预报
9
作者 李铭 崔延美 罗冰显 《空间科学学报》 北大核心 2025年第1期82-90,共9页
太阳耀斑预报是空间环境预报中的一项重要内容.目前所构建的深度学习耀斑预报模型大都是基于活动区磁图构建的.受到投影效应的影响,这类模型仅能对太阳中心区域的活动区进行预报,难以满足全日面耀斑业务预报的需求.基于太阳活动传统参量... 太阳耀斑预报是空间环境预报中的一项重要内容.目前所构建的深度学习耀斑预报模型大都是基于活动区磁图构建的.受到投影效应的影响,这类模型仅能对太阳中心区域的活动区进行预报,难以满足全日面耀斑业务预报的需求.基于太阳活动传统参量,研究统计了活动区磁类型、面积,耀斑爆发历史以及F_(10.7)与耀斑发生的关系,利用全连接神经网络构建了适用于全日面活动区的太阳耀斑业务预报模型,该模型可以预报未来48 h内活动区≥M级耀斑的爆发情况.该模型与已往搭建的深度学习预报模型进行比较,结果表明本文建立的业务预报模型预报性能略优.同时,结果表明投影效应对本研究搭建的耀斑预报模型影响不大.该模型为耀斑业务预报提供了有效工具. 展开更多
关键词 耀斑 业务预报 机器学习 全日面活动区
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基于Arase卫星数据的地球电子外辐射带数据同化建模
10
作者 罗陶荣 倪彬彬 +2 位作者 曹兴 王晓宇 雷源 《地球物理学报》 北大核心 2025年第4期1187-1200,共14页
Arase卫星是一颗专门探测地球辐射带的科学卫星,于2016年12月20日成功发射.在2019年10月范艾伦卫星终止运行后,Arase卫星仍然继续正常运行并提供高质量的观测数据.本文结合Arase卫星高能电子探测器的电子通量观测数据和基于Fokker-Planc... Arase卫星是一颗专门探测地球辐射带的科学卫星,于2016年12月20日成功发射.在2019年10月范艾伦卫星终止运行后,Arase卫星仍然继续正常运行并提供高质量的观测数据.本文结合Arase卫星高能电子探测器的电子通量观测数据和基于Fokker-Planck扩散方程的三维辐射带数值模型,利用卡尔曼滤波方法实现对2017年4月至2022年3月期间地球外辐射带(L^(*)=3~7)电子通量时空演化过程的数据同化建模.结果显示,同化模型有效弥补了Arase卫星数据对于高赤道投掷角电子的观测缺失,重构了不同能量、投掷角辐射带电子在不同L^(*)处的长期动态演化过程及其对地磁活动的响应特征.通过计算电子通量的数据同化结果与卫星观测结果之间的皮尔逊相关系数、平均误差、平均绝对误差和均方误差,发现电子通量同化结果和观测结果整体一致.通过计算同化过程中的新息矢量,分析卫星观测结果对辐射带数值模型模拟结果的修正程度及其对电子能量和L^(*)的依赖性,这为分析辐射带数值模型所缺失的物理机制以及后续模型的改进与完善提供了重要参考. 展开更多
关键词 Arase卫星 地球辐射带 电子通量 三维数据同化 模型性能
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基于ACE观测数据的太阳风电荷交换X射线辐射因子
11
作者 梁雅琼 梁贵云 《物理学报》 北大核心 2025年第10期95-104,共10页
太阳风电荷交换是太阳风粒子与行星大气中性粒子碰撞过程中的一种非弹性碰撞过程,碰撞相伴产生软X射线辐射,对行星大气的演化起着重要的影响.中欧联合卫星——太阳风与地球磁层相互作用全景成像(SMILE)正是利用这种X射线辐射研究太阳风... 太阳风电荷交换是太阳风粒子与行星大气中性粒子碰撞过程中的一种非弹性碰撞过程,碰撞相伴产生软X射线辐射,对行星大气的演化起着重要的影响.中欧联合卫星——太阳风与地球磁层相互作用全景成像(SMILE)正是利用这种X射线辐射研究太阳风与地球大气相互作用的全局性结构.但这种辐射对天体弥散X射线源研究是一种重要的干扰,直接影响对目标源的观测分析.电荷交换辐射因子是分析空间X射线探测器观测数据(包括中国空间站建议载荷—银河系热重子探寻计划(DIXE)和爱因斯坦探针(EP))的关键物理量.本文采用美国先进成分空间探测器(ACE)13年(1998—2011年)的探测数据,结合前期发展的辐射分析模型,研究了不同时间段和不同太阳风起源的电荷交换辐射因子,并与前人结果进行比较,统计分析揭示了其随太阳风参数的变化规律,即平均辐射因子随太阳风质子数密度增大快速变小并达到稳定值,而随太阳风速度增大而缓慢变大并在v_(sw)>430 km/s趋于恒定.冕物质抛射的辐射因子比冕流和冕洞的大,太阳活动强周期的辐射因子比弱周期的大. 展开更多
关键词 太阳风 电荷交换 X射线辐射因子
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磁声波对辐射带电子的弹跳共振散射效应
12
作者 陆鹏 曹兴 +2 位作者 马新 倪彬彬 罗陶荣 《地球物理学报》 北大核心 2025年第11期4089-4098,共10页
磁声波与电子的弹跳共振相互作用是影响辐射带电子动态演化过程的重要机制.前人的研究大多集中于分析某一典型事件中磁声波对电子的弹跳共振散射效应,然而弹跳共振相互作用过程受到波动幅值、背景磁场和等离子体环境等多种因素的共同影... 磁声波与电子的弹跳共振相互作用是影响辐射带电子动态演化过程的重要机制.前人的研究大多集中于分析某一典型事件中磁声波对电子的弹跳共振散射效应,然而弹跳共振相互作用过程受到波动幅值、背景磁场和等离子体环境等多种因素的共同影响.基于磁声波的统计分布经验模型,本文研究了等离子体层内外不同L-shell处磁声波与辐射带电子的弹跳共振相互作用,量化了其对辐射带电子的投掷角与能量散射效应.结果表明,磁声波可通过弹跳共振有效散射高赤道投掷角处的辐射带电子,且相应的投掷角散射率整体上高于能量散射率.随着Lshell的增大,等离子体层以内磁声波对电子的散射率显著增大,而等离子体层以外磁声波对电子的散射率呈现先增后减的趋势.等离子体层以内磁声波导致的投掷角散射率和能量散射率之间的差距比等离子体层以外更为显著,尤其对于>1 MeV电子.等离子体层以内的磁声波仅能散射90°赤道投掷角附近的电子,而等离子体层以外的磁声波散射电子的投掷角范围更宽(50°~90°).等离子体层以内的磁声波可以有效地将90°赤道投掷角附近的电子散射到较低的投掷角上,而等离子体层以外的磁声波可能导致电子蝴蝶状投掷角分布的产生.本文的研究成果提升了对磁声波与辐射带电子的弹跳共振相互作用机制的理解. 展开更多
关键词 磁声波 波粒相互作用 弹跳共振 辐射带电子 等离子体层
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基于一维残差卷积神经网络的Pi2脉动识别模型 被引量:1
13
作者 张怡悦 邹自明 方少峰 《空间科学学报》 北大核心 2025年第1期66-81,共16页
Pi2脉动是一种不规则的超低频波(Ultra-Low Frequency,ULF),是磁层与电离层耦合的重要瞬态响应,其发生与亚暴爆发有密切的关系.Pi2脉动作为地球磁层中的一种扰动现象,其发生信号隐藏在地磁场分量观测数据中.面对持续增长的观测数据量,... Pi2脉动是一种不规则的超低频波(Ultra-Low Frequency,ULF),是磁层与电离层耦合的重要瞬态响应,其发生与亚暴爆发有密切的关系.Pi2脉动作为地球磁层中的一种扰动现象,其发生信号隐藏在地磁场分量观测数据中.面对持续增长的观测数据量,如何有效地判断某段地磁场分量观测数据中是否有Pi2脉动发生,是构建Pi2脉动识别模型的关键.利用子午工程磁通门磁力仪观测的地磁场分量数据,基于一维残差卷积神经网络(One-Dimensional Residual Convolutional Neural Network,1D-ResCNN),构建了一个端到端的Pi2脉动识别模型,用于判别某段地磁场分量观测数据中是否有Pi2脉动发生.实验结果表明,该模型与现有公开发表的Pi2脉动机器学习识别模型相比,具有更高的识别准确率和更低的虚报率、漏报率. 展开更多
关键词 Pi2脉动 Pi2脉动识别模型 一维残差卷积神经网络
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Combining polar-orbiting and low-inclination satellites-Joint analysis of data from MSS-1 and Swarm 被引量:3
14
作者 Nils Olsen 《Earth and Planetary Physics》 2025年第3期500-510,共11页
This article investigates the combination of magnetic data from the MSS-1 and Swarm satellites for improved investigations of Earth’s magnetic field and Geospace.The study highlights the complementary nature of polar... This article investigates the combination of magnetic data from the MSS-1 and Swarm satellites for improved investigations of Earth’s magnetic field and Geospace.The study highlights the complementary nature of polar-orbiting(Swarm)and low-inclination(MSS-1)satellites in geomagnetic modelling and monitoring large-scale magnetospheric contributions.Data from close encounters between MSS-1 and Swarm(intersatellite distance<100 km)confirm the excellent data quality of the two satellite missions(<1 nT median difference in scalar intensity F)and allow for data calibration and validation and investigations of in-situ ionospheric currents.The reason for a small but consistent difference(F as measured by MSS-1 is 0.5 to 1.0 nT larger than that measured by Swarm)is unknown.Combining MSS-1’s low-inclination data with Swarm’s near-polar observations significantly enhances the spatial-temporal resolution of Earth’s magnetic field models,allowing for new opportunities for studying both rapid core field variations at low latitudes and the local-time dependence of large-scale magnetospheric current systems.A joint analysis of magnetic data from six satellites during the May 2024 geomagnetic storm reveals a clear dawn-dusk asymmetry,with equatorial magnetic disturbances during dusk being approximately 150 nT more negative than during dawn. 展开更多
关键词 MSS-1 satellite geomagnetic field modelling Swarm satellite constellation magnetic storms
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Comprehensive evaluation of the vector magnetic field data from Macao Science Satellite-1A 被引量:1
15
作者 XinYi Rang Chao Xiong +7 位作者 YuYang Huang ChunYu Xu FengJue Wang BoHao Qian Fan Yin SiShan Song Keke Zhang PengFei Liu 《Earth and Planetary Physics》 2025年第3期521-531,共11页
In this study,we present a comprehensive evaluation of the magnetic field measurements from the Vector Field Magnetometer(VFM)aboard the recently launched Macao Science Satellite-1(MSS-1).One-year data from November 2... In this study,we present a comprehensive evaluation of the magnetic field measurements from the Vector Field Magnetometer(VFM)aboard the recently launched Macao Science Satellite-1(MSS-1).One-year data from November 2,2023,to November 1,2024,are considered.The MSS-1 flies with a low inclination(41°)and is designed to provide high-resolution magnetic field measurements,especially for monitoring the evolution of the South Atlantic Anomaly.Earlier studies confirmed the possibility of using MSS-1A data to model the Earth’s main magnetic field(e.g.,Jiang Y et al.,2024).Therefore,in this study we focus on the magnetic signatures related to the external field,which are primarily associated with magnetospheric and ionospheric currents.The global distributions of the magnetic residuals from MSS-1A show a pattern consistent with that derived from the European Space Agency’s Swarm A satellite.A statistical survey of the conjugated observations(withΔt<5 min andΔR<150 km)between the two satellites showed that the difference between their magnetic residuals is within±3 nanoteslas.By separating the magnetic residuals at the noon and midnight hours,we see that the MSS-1A data can effectively capture features of the magnetospheric and ionospheric currents,such as the magnetospheric ring current and ionospheric equatorial electrojet.Moreover,the magnetic residuals from MSS-1A show a diamagnetic effect caused by post-sunset equatorial plasma bubbles,which also suggests that the MSS-1A data have the potential to reveal the ionospheric structures.The comprehensive evaluations performed within this study demonstrate that the MSS-1A provides high-quality magnetic field data reaching the level of the Swarm satellite,which enables a deeper understanding of the modeling of Earth’s magnetic field as well as monitoring of the magnetic environment. 展开更多
关键词 MSS satellite magnetic field residuals ring current equatorial electrojet diamagnetic effect
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In-flight calibration of the fluxgate magnetometer on Macao Science Satellite-1 被引量:1
16
作者 YiXin Qiu Ying Zhang +8 位作者 YaSong Ge AiMin Du ShuQuan Sun Lin Zhao Hao Luo Lei Wang Lin Tian Zhi Li Xiao Feng 《Earth and Planetary Physics》 2025年第3期511-520,共10页
High-precision magnetic field measurements are crucial for understanding Earth’s internal structure,space environment,and dynamic geomagnetic variations.Data from the Fluxgate Magnetometer (FGM) on the Macao Science ... High-precision magnetic field measurements are crucial for understanding Earth’s internal structure,space environment,and dynamic geomagnetic variations.Data from the Fluxgate Magnetometer (FGM) on the Macao Science Satellite-1A (MSS-1A),added to data from other space-based magnetometers,should increase significantly the ability of scientists to observe changes in Earth’s magnetic field over time and space.Additionally,the MSS-1A’s FGM is intended to help identify magnetic disturbances affecting the spacecraft itself.This report focuses on the in-flight calibration of the MSS-1 FGM.A scalar calibration,independent of geomagnetic field models,was performed to correct offsets,sensitivities,and misalignment angles of the FGM.Using seven months of data,we find that the in-flight calibration parameters show good stability.We determined Euler angles describing the rotational relationship between the FGM and the Advanced Stellar Compass (ASC) coordinate system using two approaches:calibration with the CHAOS-7 geomagnetic field model,and simultaneous estimation of Euler angles and Gaussian spherical harmonic coefficients through self-consistent modeling.The accuracy of Euler angles describing the rotation was better than 18 arcsec.The calibrated FGM data exhibit good agreement with the calibrated data of the Vector Field Magnetometer (VFM),which is the primary vector magnetometer of the satellite.These calibration efforts have significantly improved the accuracy of the FGM measurements,which are now providing reliable data for geomagnetic field studies that promise to advance our understanding of the Earth’s magnetic environment. 展开更多
关键词 Macao Science Satellite-1(MSS-1) in-flight calibration Euler angles estimation geomagnetic fields model fluxgate magnetometer
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Comprehensive analysis of noise in Macao Science Satellite-1 vector magnetometer data 被引量:1
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作者 SiShan Song Fan Yin +4 位作者 Qin Yan Hermann Lühr Chao Xiong Yi Jiang PengFei Liu 《Earth and Planetary Physics》 2025年第3期532-540,共9页
The Macao Science Satellite-1(known as MSS-1)is the first scientific exploration satellite that was designed to measure the Earth's low latitude magnetic field at high resolution and with high precision by collect... The Macao Science Satellite-1(known as MSS-1)is the first scientific exploration satellite that was designed to measure the Earth's low latitude magnetic field at high resolution and with high precision by collecting data in a near-equatorial orbit.Magnetic field data from MSS-1's onboard Vector Fluxgate Magnetometer(VFM),collected at a sample rate of 50 Hz,allows us to detect and investigate sources of magnetic data contamination,from DC to relevant Nyquist frequency.Here we report two types of artificial disturbances in the VFM data.One is V-shaped events concentrated at night,with frequencies sweeping from the Nyquist frequency down to zero and back up.The other is 5-Hz events(ones that exhibit a distinct 5 Hz spectrum peak);these events are always accompanied by intervals of spiky signals,and are clearly related to the attitude control of the satellite.Our analyses show that VFM noise levels in daytime are systematically lower than in nighttime.The daily average noise levels exhibit a period of about 52 days.The V-shaped events are strongly correlated with higher VFM noise levels. 展开更多
关键词 Macao Science Satellite-1 Vector Fluxgate Magnetometer artificial disturbances noise features
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Analysis for the results of geomagnetic storms measured by Macao Science Satellite-1 被引量:1
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作者 HaiSheng Ji Dong Li +2 位作者 HongBo Yao JianPing Li YanJie Zhang 《Earth and Planetary Physics》 2025年第3期752-759,共8页
Strong flares and/or coronal mass ejections(CMEs) could bring us disastrous space weather,destroy crucial technology in space,and cause a large-scale blackout during some extreme cases.They frequently cause geomagneti... Strong flares and/or coronal mass ejections(CMEs) could bring us disastrous space weather,destroy crucial technology in space,and cause a large-scale blackout during some extreme cases.They frequently cause geomagnetic storms,which is a sudden disturbance of the Earth's magnetosphere.It is well accepted that CMEs play a dominant role in causing geomagnetic storms by a direct impact,but it is still not very clear regarding their association with solar flares.The association would be helpful for forecasting geomagnetic storms directly from flares,which are much easier to observe.The Macao Science Satellite-1(MSS-1) mission,with the scientific aim of studying the origin and evolution of the geomagnetic field,is able to accurately measure the vector geomagnetic field.Besides,it measures rapid spectral evolution of the solar X-ray irradiance of solar flares.In this study,we analyzed measurements by MSS-1 during a series of X-class flares in October of 2024,and saw the relationship between the flares and the associated geomagnetic storms.The observations support that the major geomagnetic storms tend to be associated with flares' duration in addition to flare class.We also find that long duration ones have radiated more energy in the extreme ultraviolet waveband.Being equally important,our results show that the magnetic fields measured by MSS-1,especially its external(e_(1)^(0)) coefficient,can well be used for monitoring the geomagnetic disturbance. 展开更多
关键词 Macao Science Satellite-1(MSS-1) solar flares geomagnetic storms
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Modeling of the Sq geomagnetic field induced by tidal oscillations of the atmosphere 被引量:1
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作者 WenBo Li DaLi Kong +1 位作者 HongBo Yao Hao Yan 《Earth and Planetary Physics》 2025年第3期711-718,共8页
The Sq(solar quiet)geomagnetic field is generated by the electric currents in the E-region of the ionosphere,driven by the atmospheric tides.It is a critical part of high-precision geomagnetic field modeling.Based on ... The Sq(solar quiet)geomagnetic field is generated by the electric currents in the E-region of the ionosphere,driven by the atmospheric tides.It is a critical part of high-precision geomagnetic field modeling.Based on the classic thermal tide theory and atmospheric electrodynamics,this research,for the first time,developed an Sq geomagnetic field model that is directly built on the physical mechanism of the ionospheric dynamo,which is responsible for daily variations of the geomagnetic field.The performance in Sq geomagnetic field modeling was investigated using the Macao Science Satellite-1(MSS-1)data.Our model can enhance the physics-based framework of comprehensive geomagnetic field modeling for the MSS-1 and ensuing missions. 展开更多
关键词 Macao Science Satellite-1 Sq geomagnetic field atmospheric tides
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基于数据融合及GA-BP算法的GEO高能电子通量预测
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作者 陈建飞 方美华 +2 位作者 吴康 宋定一 王彪 《中国空间科学技术(中英文)》 北大核心 2025年第2期124-132,共9页
为了提高GEO大于2 MeV电子通量提前一天的预测效率,采用基于模拟退火算法和最小二乘拟合的数据融合算法处理GOES系列卫星电子通量数据,以融合后的数据为基础建立遗传算法优化BP神经网络(GA-BP)模型。模型输入参数包括太阳风速度、地磁指... 为了提高GEO大于2 MeV电子通量提前一天的预测效率,采用基于模拟退火算法和最小二乘拟合的数据融合算法处理GOES系列卫星电子通量数据,以融合后的数据为基础建立遗传算法优化BP神经网络(GA-BP)模型。模型输入参数包括太阳风速度、地磁指数(包括SYM/H、Ap、AU、AE、Dst)、大于0.6 MeV电子积分通量和大于2 MeV电子积分历史通量,各参数的时间分辨率均为日均值;同时以1999-2007年的数据为训练集,使用数据融合后的GA-BP模型预测2008-2010年的电子积分通量,将预测结果与其他经典模型的预测结果进行比较。结果表明:采用模拟退火算法将位于75°W区域的卫星数据投影到135°W区域,数据误差变小,融合效果更好;大于2 MeV电子通量提前1天预测效率为0.863,最高预测效率可达0.931,优于以往很多模型的预测精度。 展开更多
关键词 GEO卫星 GA-BP算法 模拟退火算法 数据融合 高能电子通量预测 深层充电
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