Radial distribution of the inner magnetosphere plasma pressure using low-altitude satellite data during geomagnetic storm: the March 1-8, 1982 Event
内磁层等离子体压力分布是了解磁暴和亚磁暴等磁层主要过程的关键参数之一。然而，通过高空卫星现场粒子测量获得的压力分布不允许跟踪与风暴和亚暴有关的压力变化，因为这样做所需的时间间隔通常超过了它们的特征时间。相反，低空卫星的快速运动使得有可能利用沉降粒子的通量来反演沿卫星轨道的等离子体压力的准瞬时分布。在这项研究中，我们使用Aureol-3卫星数据等离子体压力估计，和IGRF，Tsyganenko 2001年和Tsyganenko 2004年风暴时间地磁场模型的压力映射到赤道平面。结果发现，在平静的地磁条件下，径向压力分布得到的轮廓，以前从高空测量得到的一致。相反，在磁暴期间，等离子体压力剖面变得更加尖锐，等离子体压力最大值的位置与Dst最小值对应，磁层内静压力最大值与太阳风动压力相关。等离子体压力廓线的增加表明，交换不稳定性可能是磁暴主相发展的重要因素之一。
2007-06-06 physics.geo-ph physics.space-ph
Magnetosphere-Ionosphere Coupling Through E-region Turbulence: Anomalous Conductivities and Frictional Heating
使用基于层流模型的电离层电导的全球磁层MHD代码系统性地高估了风暴期间跨极冠电位，高达两倍。在这些时候，强DC电场穿透到E区域并驱动产生湍流的等离子体不稳定性。这种等离子体密度湍流诱导非线性电流，而相关的静电场波动导致强烈的异常电子加热。这两种效应都会增加全球电离层电导。本文根据本文提出的非线性流理论，导出了描述湍流传导率的修正因子，并计算了湍流摩擦加热率。估计表明，在强磁暴期间，包含异常电导率可以使总彼得森电导增加一倍。这可能有助于解释现有的MHD代码的跨极冠电位的高估。本文提出的湍流传导率和摩擦加热应包括在为空间天气预测建模而开发的全球磁层代码中。
2011-03-15 physics.space-ph
Spatial structure and temporal evolution of energetic particle injections in the inner magnetosphere during the 14 July 2013 substorm event
范艾伦探测器飞行任务最近的结果表明，在地磁暴的整个主要阶段，地球同步轨道内高能离子注入的发生可能非常频繁。因此，了解高能粒子注入的形成和演变是至关重要的，以便量化它们在内磁层的影响。我们提出了一个案例研究的亚暴事件，发生在一个弱风暴$\textit{ Dst }$ $\sim$-40 nT 2013年7月14日。地球同步轨道内的范艾伦探测器B在10分钟内观测到两次高能质子注入，具有不同的双极化特征和持续时间。第一个是一个无色散的，短时间尺度的注入脉冲伴随着尖锐的双极化签名，而第二个是一个分散的，较长的时间尺度的注入脉冲伴随着一个渐进的双极化签名。我们结合地面磁力计数据从各个站和现场粒子和磁场数据从多个卫星在内磁层和近地等离子体片，以确定这些注入的空间范围，其时间演变，以及它们的影响在内磁层。我们的研究结果表明，有不同的空间和时间尺度的注射可以发生在内磁层和描绘的必要性，多点观测的粒子和磁场数据，以确定这些尺度。
2016-06-07 physics.space-ph
Extreme Solar Storm Reveals Causal Interactions in Space Weather
本研究提出信息论框架SolarAurora，利用1980-2024年数据揭示极端太阳风暴中跨强度的因果交互机制，并发现2024年5月北极极光空间因果模式，在预测该年5月及10月事件上准确度优于现有框架。
2025-07-27 astro-ph.EP physics.space-ph
Atomic and Molecular Nitrogen Ions at the Dayside Magnetopause During the 2024 Mother's Day Storm
本文基于MMS-HPCA观测，首次在2024年母亲节风暴期间于日侧外磁层发现原子和分子氮离子及双电荷氮氧离子，并在重离子质量密度超过磁鞘太阳风的条件下确定了磁层顶重联率，证实磁重联仍可发生。
2025-03-11 physics.ins-det physics.plasm-ph physics.space-ph
Terrestrial space weather protection through human-produced mass-loading
本研究提出通过人工质量加载临时改变地球磁层以主动减轻空间天气影响的新范式，经模拟验证现有技术可将重大地磁暴强度降低50%以上，为地球空间天气防护提供了新的主动干预思路。
2025-10-22 physics.space-ph
A Model for Generating Relativistic Electrons in the Earth's Inner Magnetosphere Based on Gyroresonant Wave-Particle Interactions
在磁暴的恢复阶段，内磁层（$3\le L \le 6$）中的相对论性（$>1$ MeV）电子通量增加到超过磁暴前的水平，在磁暴开始后约4天达到峰值。为了解释这些“杀手电子”的产生，提出了一个主要基于增强哨声模式合唱的电子随机加速的模型。在一个准线性的配方，动力学（福克-普朗克）方程的电子能量分布的推导，包括基于回旋共振电子哨声模式波相互作用和平行波传播的能量扩散系数;一个源项表示亚暴产生的（低能量）种子电子;和一个损失项表示电子沉淀由于俯仰角散射哨声模式波和EMIC波。稳态解的电子能量分布的构造，并拟合到一个victially推导出的相对论麦克斯韦分布的高能量的“硬”电子人口在地球同步轨道。该机制预计将是特别有效的一类小型和中型风暴拥有一个长期的恢复阶段，在此期间，许多亚暴发生。
1999-10-13 physics.geo-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
An exploration of the effectiveness of artificial mini-magnetospheres as a potential Solar Storm shelter for long term human space missions
在本文中，我们探讨的有效性，一个人造的微型磁层作为一个潜在的长期人类空间任务的辐射避难所。我们的研究包括等离子体环境对太阳和宇宙射线的高能带电粒子成分的屏蔽效率的差异，这从根本上改变了功率要求。进入的静电电荷被太阳风的自捕获环境等离子体支持的场屏蔽，可能会增加额外的密度。船上产生的人工磁场起着限制和控制的作用。行星际空间中电磁场和电离粒子的类似行为的证据可以通过月球上天然存在的“微型磁层”的增强屏蔽效能的例子来获得。表面磁场的屏蔽效应约为100毫微特斯拉，足以提供有效的屏蔽，防止太阳质子轰击，最终导致月壤可见变色，称为“月球漩涡”。支持证据来自理论，实验室实验和计算机模拟，已经获得了关于这个主题。希望这项工作的结果是提供工具，以便更现实地估计航天器工程师在为长期载人航天飞行任务设计辐射防护时需要处理的资源与有效性和风险。
2014-06-05 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
A Hyperbolic Decay of the Dst Index during the Recovery Phase of Intense Geomagnetic Storms
人们通常认为再现磁层恢复相，如Dst指数所示，是指数函数。然而，磁层在最初的几个小时内比在后期恢复阶段恢复得更快。磁层响应的早期陡度和后期平滑度是一个特征，它导致了用双曲线衰减函数代替指数函数来再现恢复阶段的建议。对1963-2006年强风暴的恢复阶段进行了叠加历元分析，将风暴按强度分为5个子集。双曲线衰减函数再现实验数据比指数函数做任何子集的风暴，这表明dDst/dt和Dst之间的非线性耦合。此外，这种数学函数，其中Dst指数的减少程度取决于时间，允许解释不同的生命周期的物理机制中涉及的恢复阶段，并提供了新的见解Dst指数的建模。
2014-05-20 astro-ph.EP physics.geo-ph physics.space-ph
Dependence of Intensities of Major Geomagnetic Storms (Dst $\le$ -100 nT) on Associated Solar Wind Parameters
地磁暴是带有南向磁场的太阳风与磁层持续相互作用的结果。为研究不同太阳风参数对大磁暴强度的影响，利用1998 - 2006年发生的67次大磁暴，计算了大磁暴强度与南行星际磁场$B_s$时间积分的相关系数，相关磁暴主相期间的太阳风电场（$E_y$）和注入函数（Q）。SYM-H $_{min}$表示伴随的大磁暴强度，I（$B_z$）、I（$E_y$）和I（Q）分别表示伴随的大磁暴主相期间$B_z$、$E_y$和Q的时间积分。I（$B_z$）和SYM-H $_{min}$之间的推导出的CC为0.33，而I（$E_y$）和SYM-H $_{min}$之间的CC为0.57，I（Q）和SYM-H $_{min}$之间的CC为0.86。结果表明，除了南向磁场和太阳风速度外，太阳风动压或太阳风密度对太阳风能量向磁层的传递起着重要作用。具有强地球有效性的太阳风需要太阳风动态压力$>$ 3 nPa或太阳风密度$>3$ nPa $/V_{sw}^2$。大而长的持续时间$B_s$本身并不能确保一个大的地磁暴，特别是如果太阳风动压非常低，因为大而长的持续时间Bs不是一个充分的条件，只是触发一个大的地磁暴的必要条件。
2020-03-06 astro-ph.EP physics.space-ph
Relativistic electron precipitation events driven by solar wind impact on the Earth's magnetosphere
本研究利用ELFIN立方卫星首次直接观测到太阳风瞬变驱动的两起相对论电子沉降事件，分别对应黄昏侧电磁离子回旋波和黎明侧哨声模波的散射作用，证实了太阳风瞬变对高能电子损失及电离层动力学的重要影响。
2023-11-04 physics.plasm-ph physics.space-ph
Prediction of SYMH and ASYH indices for geomagnetic storms of solar cycle 24 including recent St. Patrick's day, 2015 storm using NARX neural network
人工神经网络（ANN）在预测磁暴、亚暴等磁层/电离层不规则过程中取得了很好的效果。SYMH和ASYH指数代表环电流的纵向对称和非对称分量。在这里，试图开发一个预测模型，这些指标使用人工神经网络。环电流状态取决于它的过去的条件，因此，有必要考虑其历史的预测。考虑到这种影响，非线性自回归网络与外源输入（NARX）的实现。该网络考虑30分钟的输入历史和120分钟的输出反馈。太阳风参数主要是速度、密度和行星际磁场作为输入。使用1998-2013年磁暴期间最小SYMH <-85 nT的SYMH和ASYH指数作为训练两个独立网络的目标。我们提出了SYMH和ASYH指数在9个太阳活动周的地磁风暴，包括最近最大的风暴发生在圣帕特里克节，2015年的预测。目前的预测模型再现了SYMH和ASYH指数的整个时间剖面，在噪声水平范围内有~ 10-30分钟的小变化，表明行星际源和磁层过去状态的重要贡献。因此，开发的网络可以预测SYMH和ASYH指数约一个小时前，提供实时上游太阳风数据。然而，在大风暴的主相期间，残差（经模拟）被发现是大的，这表明内部因素的影响，如磁层过程
2017-03-30 physics.space-ph
Jupiter's X-ray aurora during UV dawn storms and injections as observed by XMM-Newton, Hubble, and Hisaki
我们介绍了2019年9月由XMM-牛顿，哈勃太空望远镜（HST）和Hisaki卫星同时进行的木星北极光多波长观测的结果。HST图像在观测期间多次捕捉到远紫外极光中的黎明风暴和注入事件。由内部驱动器引起的发生在中间磁层的磁重联被认为是开始产生这些特征的原因。磁力线随后发生形变，从重联点注入热的磁层等离子体进入内磁层。久木在黎明风暴和注入事件的最后出现期间观察到黎明侧木卫一等离子体环（IPT）中的脉冲增亮，这证明大规模等离子体注入穿透了6-9 RJ（木星半径）之间的中心IPT。极紫外极光变亮，XMM-牛顿探测到硬X射线极光计数率增加，表明电子沉淀增加。黎明的风暴和注入并没有改变软X射线极光的亮度，也没有“打开”它通常观察到的准周期性脉动。对X射线极光的光谱分析表明，造成软X射线极光的沉淀离子是离子成因的，并且需要幂律连续体来拟合光谱的硬X射线部分。与黎明风暴和注入相一致的光谱需要两个幂律连续体才能得到良好的拟合。
2021-07-30 astro-ph.EP physics.space-ph
Effects of the May 2024 Solar Storm on the Earth's Radiation Belts Observed by CALET on the International Space Station
Louisiana State University（路易斯安那州立大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；Catholic University of America（美利坚天主教大学）；University of Colorado（科罗拉多大学）；Okinawa Institute of Science and Technology（冲绳科学技术大学院大学）；Shinshu University（信州大学）；Waseda University（早稻田大学）；Japan Aerospace Exploration Agency（日本宇宙航空研究开发机构）
2024年5月太阳风暴对地球辐射带的影响，通过国际空间站CALET观测到新的高能电子存储环及南大西洋异常区域磁通量变化。
2026-02-03 physics.space-ph
Quasi-planar ICME sheath: a cause of first two-step extreme geomagnetic storm of 25th solar cycle observed on 23 April 2023
本文研究第25太阳活动周2023年4月23日的两步极端地磁暴，发现准平面磁结构（PMS）导致的弱绝热膨胀增强了南向磁场分量，从而高效驱动地磁暴。
2024-01-12 astro-ph.SR physics.space-ph
The Pattern of Solar Wind-Magnetosphere Interaction and Its Universality
地球磁层的多尺度膨胀和收缩解释了磁暴-亚暴关系的基本问题。这种磁层行为与宇宙的3D-快-内振荡动力学分形结构模型一致。这种类似分形的结构解释了最近和最遥远的宇宙之间令人困惑的相似性，以及所观测到的星系分布的计算分形维数。引入的动态分维d（r）和统一力的公式/ F（r）= ma（r）=常数/[r]exp（d（r））/为定性和定量建模提供了新的基本框架。描述了基于动态分形的评估和预测。
2005-06-14 physics.gen-ph physics.space-ph
Catalogs of solar wind types and their role in solar-terrestrial physics
本文通过对比Qiu等人与参考目录，发现约20%-28%的太阳风类型识别有误，建议采用科学界公认的目录以确保磁暴行星际驱动因素分析的可靠性。
2024-12-14 physics.space-ph
Interhemispheric differences in field-aligned currents, ground magnetic perturbations, and TEC during the geomagnetic storms of May and October 2024
Indian Institute of Geomagnetism（印度地磁研究所）；Institute of Astronomy Space and Earth Science（天体空间与地球科学研究所）
研究对比2024年5月G5和10月G4地磁暴，发现尽管太阳风驱动相似，MI耦合系统在FAC形态、共轭磁扰动及TEC分布上呈现显著暴间与半球差异，归因于中尺度变率和不对称电流闭合。
2026-09-29 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
Peculiarities of the Solar-Wind/Magnetosphere Coupling in the Era of Solar Grand Minimum
本研究利用1976-2019年OMNI数据库数据，分析第21-24太阳活动周太阳风及相关参数变化，发现太阳活动极小期时代CIR引发磁暴占比上升，且太阳风参数降低可能改变太阳风与磁层的相互作用性质。
2022-05-15 astro-ph.SR physics.space-ph
Storm-Time Cusp Precipitation: Insights from TRACERS Multi-Crossing Observations
University of Iowa（爱荷华大学）；Southwest Research Institute（西南研究所）；University of Texas, San Antonio（得克萨斯大学圣安东尼奥分校）；Space Sciences Laboratory, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校空间科学实验室）；Solar Physics Laboratory, NASA Goddard Space Flight Center（NASA戈达德太空飞行中心太阳物理实验室）；University of Maryland, Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩县分校）；Laboratory for Atmospheric and Space Physics, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室）；University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
利用TRACERS低高度离子和电子测量数据，结合太阳风和地磁条件，研究2025年9月30日地磁暴期间极尖的演化，揭示暴时极尖形态和纬度受IMF驱动的重联几何控制，并强调实际路径长度对定量重联率估计的重要性。
2026-05-28 physics.space-ph
On the impact of the geospace environment on solar-lithosphere coupling and earthquake occurrence
我们发现，在磁暴在磁层内部产生新的辐射带后大约两个月，在新产生的辐射带的磁场线足迹附近可能发生增加的地震活动性。1991年3月24日，释放和辐射效应组合卫星（CRRES）在一次地磁风暴后探测到一个新的辐射带。此后不久，1991年5月30日，在地磁L~2.69线的足迹内，阿拉斯加发生了7.0级强烈地震。此外，2012年10月28日，在加拿大L~3.3足迹附近发生了一次7.8级强烈地震，该足迹靠近2012年9月3日地磁风暴后由“范艾伦探测器”卫星探测到的新辐射带的磁力线。由于2015年6月21日的磁暴，在L~1.5-1.8附近新形成的辐射带的磁场线足迹附近，地震活动性也有所增加。我们论证了两种可能的太阳-岩石圈耦合过程：（1）伴随地震孕育过程的岩石圈扰动可以改变全球电路（GEC）中的电场，导致电离层扰动的出现;反之亦然的机制（ii）太阳风在磁层和电离层中产生的扰动，可以改变GEC中的电场，这将导致岩石圈出现扰动
2022-02-17 physics.geo-ph physics.space-ph
Sun-Earth connection Event of Super Geomagnetic Storm on March 31, 2001: the Importance of Solar Wind Density
2001年3月29日，在NOAA太阳活动区9393（N20 W19）观测到了一次X1.7级耀斑和一次日冕日冕物质抛射，预计速度为942 km/s。当CME到达地球时，它引发了一场超级地磁风暴（以下简称超级风暴）。我们发现日冕物质抛射总是按照不同能量质子的强度-时间分布向地球方向移动。考虑L1点太阳风的延迟地磁效应，利用SYM-H指数，分析了2001年3月31日超级风暴主相的太阳风参数。根据SYM-H指数在超级风暴主位相期间的变化特征，将超级风暴主位相分为两个阶段。对比研究了引起这两部分的太阳风参数，发现除了南向磁场和太阳风速度外，太阳风密度对太阳风能量向磁层的传递起着重要作用。
2019-10-16 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
What is Unusual about the Third Largest Geomagnetic Storm of Solar Cycle 24?
我们报告了第24太阳周期第三大地磁风暴（2018年8月26日）的太阳和行星际（IP）原因。起源于静止暗条区的日冕物质抛射（CME）在1天文单位时约5天后成为440 km/s的磁云（MC）。延长CME加速（约24小时）与爆发后的拱廊强度和重新连接的流量的时间剖面相吻合。Chen等人（2019）获得了较低的速度，因为他们假设CME在大约12小时后不会加速。在暗条通道附近存在多个冕洞以及来自它们的高速风似乎具有在日冕和IP介质中产生复杂旋转的综合效应，从而导致高倾角MC。在主相的DST时间分布显着陡峭（风暴强度迅速增加）一致的密度增加（突出的材料）在MC的下半部分。利用综合内磁层-电离层（CIMI）模型的模拟结果表明，较高的环电流能量的结果在MC较大的动态压力。此外，Dst指数与环电流注入的主相时间积分高度相关，包括密度，与模拟一致。如果在行星际磁场向南的间歇期间，下垫面MC具有复杂的密度结构，则在风暴主相会发展出复杂的时间结构。我们认为，风暴的高强度是由于CME的长时间加速、复杂的自转和1-au MC的高密度造成的。
2022-07-24 astro-ph.SR physics.space-ph
Analog ensemble forecasts of solar wind parameters: Quantification of the predictability and time-domain spectral performance
本研究针对太阳风多尺度特性预报需求，采用AnEn方法开展近地太阳风参数预报，提出谱约简法解决平均法的小尺度功率损失问题，验证了其在时域、频域的性能优势及作为模型诊断基准的价值。
2025-06-15 physics.space-ph
The Sun and Space Weather
自20世纪90年代初以来，空间天气研究的爆炸式增长部分是由于空间和地面仪器对太阳扰动的前所未有的、统一的和扩展的观测。来自太阳闭合磁场区的日冕物质抛射（CME）和来自太阳开放磁场区的高速流（HSS）是造成空间天气的主要原因。CME和HSS的主要后果是它们能够引起磁暴和加速粒子。由日冕物质抛射驱动的冲击加速的粒子可能对人类及其在太空中的技术结构构成危险。CME和HSS相关流相互作用区域产生的地磁风暴也会导致磁层内的粒子通电，这可能对磁层中运行的卫星产生严重影响。太阳耀斑是太阳磁能释放的另一个方面，主要特征是从无线电波到伽马射线的各种波长的电磁辐射突然增强。耀斑是造成电离层突然扰动和地球磁场迅速扰动的原因。在耀斑期间加速的非热电子可以发出强烈的微波辐射，可以淹没航天器和雷达信号。这篇评论文章总结了理解太阳变化和空间天气之间联系的主要里程碑。
2022-11-13 astro-ph.SR physics.space-ph
Temporal Correlation between Ionospheric Storm-Enhanced Density Plume and Plasmaspheric Plume Occurrence
Laboratory for Atmospheric and Space Physics, University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室）；Haystack Observatory, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院海斯塔克天文台）；Department of Atmospheric and Oceanic Sciences, University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校大气与海洋科学系）；Space Science Department, Southwest Research Institute（西南研究所空间科学部）；Department of Physics and Astronomy, University of Texas at San Antonio（得克萨斯大学圣安东尼奥分校物理与天文学系）；Stochastic Research Institute（随机性研究所）；University of New Mexico（新墨西哥大学）；Astrophysical and Planetary Sciences Department, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校天体物理与行星科学系）
本研究通过统计2010-2024年75次磁暴数据，发现电离层SED羽流与等离子体层羽流在时间上同步发生，并利用机器学习诊断揭示其与太阳风及地磁活动峰值相关，为磁层-电离层耦合提供新见解。
2026-09-30 physics.comp-ph physics.geo-ph physics.space-ph
Oxygen and hydrogen ion abundance in the near-Earth magnetosphere: Statistical results on the response to the geomagnetic and solar wind activity conditions
离子的组成对地球磁层等离子体的基本性质起着至关重要的作用。本文研究了近地球磁层中-10 RE<XGSE}< 10 RE范围内的氢氧比。这些结果是根据7年来从集群卫星上的RAPID和CIS仪器在~10 keV至~955 keV能量范围内进行的离子通量测量得出的。我们发现：（1）~10 keV氢离子与地磁条件和行星际磁场变化只有微弱的相关性。（2）在磁暴或亚磁暴的扰动阶段，~10 keV O+离子强度比>274 keV O+离子强度对氢离子强度的影响更大;（3）与~10 keV离子相比，>274 keV的O+离子在生长阶段表现出最强的加速作用，而在膨胀阶段本身则没有。（4）电离层离子流出强度的平静时间和扰动时间之比与在近地球磁层中观测到的>274 keV的情况相似。因此，在扰动时间内高能离子强度的增加更可能是由于电离层源的强化而不是更有效的加速。总之，近地球磁层中的磁共振过程是质量相关的，并且对较重的离子更有效。
2012-10-16 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Statistical Analysis of Solar Events Associated with Storm Sudden Commencements over One Year of Solar Maximum during Cycle 23: Propagation from the Sun to the Earth and Effects
以2002年ISGI列出的32个风暴突发事件（SSCs）为出发点，根据观测资料（传播时间、速度比较、磁场旋转方向、无线电波）进行多判据分析，将它们与太阳源联系起来。我们确定了它们在行星际介质中的影响，并研究了地球电离和中性环境的响应。我们发现28个SSC与44个日冕物质抛射（CME）有关，其中15个与一个独特的CME有关，13个与一系列的多个CME有关，其中19个与晕CME有关; 19个速度大于1000 km/s的最快CME中有12个是晕CME。如果日冕物质抛射是晕日冕物质抛射，则SSC发生的概率为75%。两个日冕物质抛射之间的复杂相互作用和它们的轨迹的修改已经使用联合白光和多波长无线电观测进行了研究。在导致32个SSC的激波之后，L1处的太阳风结构是12个磁云（MC），6个没有MC结构的行星际CME（ICME），4个不能明确归类为ICME的其他结构，5个共转或流相互作用区（CIR/SIR）和4个孤立的激波事件;注意，一个CIR导致两个SSC。2002年3个或更多MC目录中列出的11个MC与SSC有关。对于与MC有关的3个最强磁暴，我们注意到2个Dst的突然增加，在鞘的到来和MC本身的到来。对地球影响最大的事件是MC，因为其中92%会引发中等或强烈的风暴，其次是ICME（33%）。在最好的情况下，CIR/SIR只会引起弱风暴。我们发现，这些地球效应事件（ICME或MC）触发或加强地…
2018-03-20 astro-ph.SR physics.space-ph
Dynamics and solar wind control of the recovery of strong geomagnetic storms
本文通过分析57次CMEs/CIRs触发的强磁暴，发现耦合函数ρ^{1/2}Ey及ρ^{1/2}v^{4/3}B对恢复阶段衰减率具有关键控制作用，揭示了太阳风对磁暴恢复过程的动态调控机制。
2024-07-02 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Muon Excess at Sea Level during the Progress of a Geomagnetic Storm and High Speed Stream Impact Near the Time of Eath's Heliospheric Sheet Crossing
在这篇文章中，我们提出了在地面水平的μ子通量变化之间的关联研究结果，由\textit{\textit{New-Tupi}} μ子望远镜（$22^0 53'00''S,\; 43^0 06'13'W$ ;海拔3米）和2015年8月25日至29日的磁暴登记，由于日冕物质抛射（CME）对地球磁层的影响，该磁暴已经肆虐了几天。一系列事件始于2015年8月22日21：19 UTC的M3.5 X射线级耀斑。\textit{\textit{New-Tupi}} μ子望远镜观测到了由这场磁暴引发的福布什减少（FD），于2015年8月26日开始。2015年8月28日，在地球穿过日光层电流片（HCS）后，航天器和地面探测器观测到粒子通量增加。所观察到的峰值与高速流（HSS）的影响在时间上一致。我们研究这种增加，已观察到的显着性超过1.5%的地面探测器在不同的刚性制度。我们还估计了注入地球的能量注量的下限。此外，我们认为这种增加的起源，如加速粒子的冲击波的前面的HSS和HCS交叉的聚焦效果。我们的研究结果显示了可能的证据，一个长期的高能（高达GeV的能量）粒子注入地球大气系统内，由HSS驱动。在大多数情况下，这些注入的粒子被引导到极性区域。然而，来自光谱的高能量尾部的颗粒可以到达中纬度，并且这可能对大气化学产生影响，例如，NOx物质的产生可能增加并且可能导致臭氧消耗增加。这一专题需要进一步研究。
2017-06-01 astro-ph.SR physics.space-ph
Unprecedented Multipoint Observation of Spatially Varying ICME Turbulence of Different Ages during October 2024 Extreme Solar Storm at 1 AU
Space Physics Laboratory, Vikram Sarabhai Space Centre, Indian Space Research Organization（印度空间研究组织维克拉姆萨拉巴伊航天中心空间物理实验室）；Department of Physics, University of Kerala（喀拉拉大学物理系）；National Institute for Astrophysics, Institute for Space Astrophysics and Planetology（意大利国家天体物理研究所空间天体物理学与行星科学研究所）；Centre for Space Science and Technology, Indian Institute of Technology Roorkee（印度鲁尔凯理工学院空间科学与技术中心）；Physical Research Laboratory（物理研究实验室）
本文通过多卫星观测揭示了2024年10月极端太阳风暴中ICME湍流的空间变化特征，分析了不同距离下的湍流成熟度和各向异性，发现激波诱导能量注入显著改变了鞘湍流，并指出磁重联等内部过程对ICME演化的影响。
2026-04-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The April 2023 SYM-H = -233 nT Geomagnetic Storm: A Classical Event
本研究分析2023年4月双峰强地磁暴的驱动源、磁层-电离层能量耗散、辐射带电子通量变化及赤道电离层异常调制特征，明确各物理过程的关联与量化特征。
2024-09-12 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
A magnetic cloud prediction model for forecasting space weather relevant properties of Earth-directed coronal mass ejections
日冕物质抛射（CME）是太阳中的高能风暴，其导致行星际空间中的大规模磁云（MC）喷出，这些磁云包含增强的磁场，并且场方向一致地变化。地磁扰动的严重程度取决于行星际磁场（IMF）的方向和强度，以及风暴通过的速度和持续时间。当IMF方向持续向南时，日光层环境和地球磁层之间的耦合最强。预测这种地球定向日冕物质抛射的磁剖面对于估计其地磁影响至关重要。我们的目标是建立和整合各种技术，以发展一个全面的磁云预测（MCP）模型，可以预测磁场矢量，地球影响时间，速度和太阳风暴通过的持续时间。我们的计划的一个新颖之处是能够预测风暴的通过时间，而不依赖于计算密集型，时间依赖的动力学方程。我们的方法进行了验证，通过比较MCP模型输出与观测的10个MC在1 AU。在我们的样本中，我们发现，8个MC的预测和观察到的磁剖面之间的均方根偏差小于0.1，并通过持续时间的7个MC属于预测范围内。基于这种方法的成功，我们得出结论，预测的近地球的MC属性的基础上分析和建模的近太阳日冕物质抛射观测是一个可行的努力与空间天气评估的潜在利益。
2022-07-10 astro-ph.SR physics.space-ph
PAMELA's measurements of geomagnetic cutoff variations during the 14 December 2006 storm
反物质探索和轻核天体物理学卫星实验有效载荷的数据被用于测量2006年12月14日地磁暴期间高能（>80 MeV）质子的地磁截止值。在相对较短的时间尺度上，对应于航天器轨道周期（94分钟），研究了截止纬度作为刚性函数的变化。将估计的截止值与根据地球磁层动态经验模型通过轨迹追踪方法获得的截止值进行了比较。我们发现在截止纬度的显着变化，在风暴的主要阶段，在最低的刚性约7度的最大抑制。观察到的地磁屏蔽的减少及其时间演变与磁层配置的变化有关，研究了行星际磁场、太阳风和地磁参数的作用。PAMELA的结果代表了第一次直接测量具有亚GeV和GeV区域动能的质子的地磁截止值。
2016-03-03 astro-ph.EP hep-ex physics.space-ph
The Solar and Geomagnetic Storms in May 2024: A Flash Data Report
本研究量化了2024年5月由AR 13664引发的强太阳与地磁风暴，该活动区产生多次X级耀斑和ICME，导致Dst指数降至-412 nT，并重建了极光边界，确认了电离层密度的全球增强。
2024-11-18 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Pressure balance at the magnetopause: Experimental studies
磁层顶的压力平衡一方面是由磁鞘中的磁场和等离子体形成的，另一方面是由磁层内的等离子体形成的。在偶极子地球磁场位形和绕磁层流动的气体动力学太阳风的方法中，压力平衡预言磁层顶距离R依赖于太阳风动力压力Pd，是一个幂次函数R ~ Pd^alpha，其中指数alpha=-1/6。在实际的磁层中，磁场是由其他来源所贡献的：查普曼-费拉罗电流系统、场向电流、尾电流和暴时环电流。这些来源的净贡献取决于特定的磁层区域，并随太阳风条件和地磁活动而变化。因此，压力平衡的参数，包括功率指数α，取决于在磁层顶和地磁活动的本地位置。此外，太阳风能量向磁鞘的非线性传递会影响压力平衡，特别是对于行星际磁场矢量与太阳风等离子体流一致的太阳弓激波形成的准径向区域。
2011-10-24 astro-ph.EP physics.data-an physics.plasm-ph
Artificial Intelligence Could Have Predicted All Space Weather Events Associated with the May 2024 Superstorm
本研究利用AI模型（包括Vision Transformer、视频深度学习和物理驱动模型）预测2024年5月超级风暴相关事件，实现了高精度预测，展示了AI在空间天气预报中的巨大潜力。
2025-01-24 astro-ph.SR physics.space-ph
Interplanetary Causes and Impacts of the 2024 May Superstorm on the Geosphere: An Overview
本文综述了2024年5月超级地磁风暴的行星际成因及其对地球空间的多重影响，指出该风暴由三步主相发展构成，引发了同步轨道电子通量下降、宇宙射线减少及极端地磁感应电流等效应。
2024-08-27 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Peculiar solar sources and geospace disturbances on 20-26 August 2018
2018年8月26日，在接近太阳活动周期24的最低点时，突然发生了一场意想不到的强烈地磁暴。它的Dst指数达到-174 nT，是该周期中第三大最强烈的风暴。分析表明，它是由8月20日发生在太阳盘中央部分的两步长灯丝喷发引发的。喷发伴随着两个大规模的发散带和相当大规模的昏暗，随后是相对较弱但明显的地球定向日冕物质抛射。在日冕内部，它们的速度估计非常低，约为200-360公里/秒。行星际瞬变现象显然是在两股高速太阳风流之间传播的，这两股太阳风流起源于一个双分量冕洞，因此它们的膨胀是有限的。由此产生的喷出物仅在8月25日到达地球，并带来了一个意想不到的强磁场，Bt ~ 18.2 nT，主要是负Bz分量，几乎相同的强度。地球空间风暴还表现为一种特殊的福布什减少（FD）的形式。它的大小约为1.5%，这对于观测到的G3级GMS来说相当小。该事件的主要不寻常特征是在FD背景上记录到比事件前水平增强高达3%的大型正爆发。我们认为，这些爆发主要是由一个异常大，多变的宇宙射线各向异性结合降低地磁截止刚度扰动地球的磁层的周期最小的条件下。
2019-12-17 astro-ph.SR physics.space-ph
Low-Latitude Auroras: Insights from 23 April 2023 Solar Storm
本研究结合多航天器原位粒子数据与地磁观测，分析2023年4月印度Hanle观测到的低纬度红极光，明确极光未抵达印度，解释了其由极光卵高处发射及卵区向赤道微扩导致的成因，深化了对低纬度极光的认识。
2024-04-25 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
History of solar wind and space plasma physics revisited
苏格兰哲学家J. A. 1858年，布朗在日地物理学中提出了几个开创性的、非凡的观点。他能或多或少正确地预测19世纪中叶太阳风、太阳磁场、太阳黑子活动和地磁暴的性质和起源。Broun首次将电离气体在放电管中行为的实验结果应用于空间物理，可以认为是天体物理学等离子体物理的开端。在这种情况下，他试图解释等离子体相互作用的太阳风与彗星的尾巴和地球的磁层。Broun在1858年和后来在1874年提出的大多数假设或假说在20世纪太空时代到来后被重新发现。
2013-01-09 physics.hist-ph physics.space-ph
Eastward Transients in the Dayside Ionosphere II: A Parallel-plate Capacitor-Like Effect
本文通过对比2023年4月与2024年5月两次地磁暴事件，发现日侧电离层尖点区赤道侧存在东向移动的电场结构，提出其由波粒相互作用或质子沉降激发湍流霍尔电流，形成平行板电容器效应，挑战了传统极向移动解释，指出该现象可能是地磁暴的常见特征。
2025-10-10 astro-ph.EP physics.geo-ph physics.space-ph
Field Aligned Currents and Auroral Precipitation During the Terrestrial Alfven Wing State
本文利用MAGE模拟与AMPERE数据研究亚阿尔文速太阳风下地球阿尔文翼的场向电流生成机制及极光沉降，揭示其独特的磁地方时分布特征，并为系外行星极光研究提供新见解。
2025-05-07 physics.space-ph
What frequencies of standing surface waves can the subsolar magnetopause support?
有人提出，太阳下磁层顶可能支持自己的本征模，由传播的表面波组成，这些表面波在北/南电离层反射形成驻波。虽然这些所谓的Kruskal-Schwartzschild（KS）模式的本征频率已在典型条件下估计，在整个范围的太阳风条件下的频率的潜在分布是未知的。使用模型的磁层和磁鞘适用于整个太阳周期的太阳风数据的价值，我们进行飞行时间计算产生的KS模式频率的数据库。在非风暴时间或北向行星际磁场（IMF），最可能的基频计算为$0.64_{-0.12}^{+0.03}$兆赫，与以前的估计和间接观测证据，这样的太阳磁层顶的驻波。然而，分布表现出显着的扩展（顺序$\pm$ 0.3mHz）表明，KS模式频率，特别是高次谐波，应根据太阳风的条件有很大的不同。这种大的传播观测统计的影响进行了讨论。太阳下磁层顶本征频率主要取决于太阳风速度、IMF向南分量和Dst指数，后两者是由于重联对磁层的侵蚀，而前者是表面波相速度表达式的影响。最后，MPSE的可能发生被证明是由偶极倾角控制。
2015-04-23 physics.geo-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Verification of high-speed solar wind stream forecasts using operational solar wind models
从冕洞发出的高速太阳风流经常撞击地球的磁层，造成经常性的中等水平的地磁暴活动。因此，模拟高速太阳风流是成功预报空间天气的一个基本要素。在这里，我们评估高速流预测经验太阳风预测（ESWF）和半经验Wang-Sheeley-Arge（WSA）模型的基础上，从ACE航天器的原位等离子体测量2011年至2014年。虽然ESWF利用太阳动力学观测站/大气成像组件图像中观测到的冕洞面积与近地环境下太阳风特性之间的经验关系，但WSA模型建立了从光球层延伸到日冕的开放磁场线的特性与背景太阳风条件之间的联系。我们发现，这两个太阳风模型都能够预测观测到的太阳风速度的大尺度特征（均方根误差，RMSE $\approx$ 100 km/s），但往往高估（ESWF）或低估（WSA）高速太阳风流的数量（威胁评分，TS $\approx$ 0.37）。预测的高速流显示出典型的不确定性，在约1天的到达时间和不确定性，在约100公里/秒的速度。一般的优点和缺点的调查太阳风模型进行诊断和概述。
2016-07-24 physics.space-ph
UK White Paper on Magnetic Reconnection
英国发布白皮书，提出未来十年磁重联研究的九项优先目标，并指导理论、模拟和基础设施投资，以维持其在该领域的领先地位。
2025-12-12 astro-ph.IM astro-ph.SR physics.plasm-ph
Employing the coupled EUHFORIA-OpenGGCM model to predict CME geoeffectiveness
本文通过将 EUHFORIA 与 OpenGGCM 耦合，利用模拟太阳风时间序列提前 1–2 天预测 Dst 和极光指数，显著早于基于 L1 实测数据的 1–2 小时预测，并用两个地磁有效 CME 事件和 DTW 技术验证了模型性能。
2024-03-28 astro-ph.SR physics.space-ph
Timing of the solar wind propagation delay between L1 and Earth based on machine learning
由于地磁感应电流造成的全球导航卫星系统定位错误、航天器运行故障和电力中断是源自空间天气的严重威胁。提前了解对现代社会的潜在影响是许多最终用户应用的关键。这不仅包括严重地磁暴的时间，还包括极纬亚暴爆发的预测。在这项研究中，我们的目标是有助于空间天气影响的时间问题，并提出了一种新的方法来预测拉格朗日点L1和地球之间的太阳风传播延迟的机器学习的基础上，特别是决策树模型。传播延迟是从高级成分探测器（ACE）探测到的行星际不连续性的识别和地面磁强计记录的磁层中随后的突然开始测量的。根据这一原理建立了一个包含380个行星际激波的传播延迟数据库。该特征集由六个特征组成，每个特征的三个分量是L1周围ACE的太阳风速度和位置。将机器学习结果与平坦传播延迟和基于太阳风不连续性法向矢量（矢量延迟）的方法进行了比较。ML模型相对于实测太阳风传播延迟的RMSE为4.5 min，比物理平面和矢量延迟模型分别高50%和15%。为了提高训练GB模型预测的置信度，我们执行性能验证，提供特征重要性，并使用Shapley值分析特征对模型输出的影响。机器学习方法的主要优点是在应用方面的简单性。在训练之后，来自仅一个ACE数据点的输入必须被馈送到用于预测的算法中。
2021-06-28 physics.space-ph
PAMELA's measurements of geomagnetic cutoff variations during solar energetic particle events
PAMELA卫星实验的数据被用来测量2006年12月13日和14日太阳粒子事件期间高能（$\gtrsim$ 80 MeV）质子的地磁截止。在相对较短的时间尺度上，对应于单个航天器轨道（约94分钟），研究了截止纬度作为刚性函数的变化。将估计的截止值与根据地球磁层动态经验模型采用轨迹跟踪方法获得的截止值进行了交叉核对。我们发现在截止纬度的显着变化，在风暴的主要阶段的$\sim$ 80兆电子伏的质子与约6度的最大抑制。将观测到的地磁屏蔽的减少及其时间演变与磁层结构的变化进行了比较，研究了IMF、太阳风和地磁（Kp、Dst和Sym-H指数）变量的作用及其与PAMELA截止结果的相关性。
2015-11-02 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Modeling of geocoronal solar wind charge exchange events detected with Suzaku
建立了一个地冠太阳风电荷交换（SWCX）发射模型，并与5个朱雀星探测到的明亮地冠SWCX事件进行了比较。外逸层中性氢分布模型，电荷交换截面，太阳风离子数据与ACE和WIND卫星，和磁场模型的地球磁层都结合起来，以预测随时间变化的日冕SWCX发射取决于朱雀卫星的视线方向。模拟的O VII发射谱线的平均强度与观测到的一致，在五个案例中的四个的三个因素内，除了一个事件中的视线方向是朝向高纬度磁鞘的夜晚一侧，并观察到一个主要的磁暴。O VIII发射谱线被低估了三个或更多的因素，在所有五种情况下。另一方面，模型化的O VII和O VIII光变曲线在通过观察到的和模型化的平均强度之间的比率缩放后再现了观察到的光变曲线。特别是，短期的变化，由于视线方向穿越尖点区域在朱雀卫星的轨道运动进行了复制。这些结果进行了讨论的背景下，模型的不确定性。
2022-11-07 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Spatially high-resolved solar-wind-induced magnetic field on Venus
目前的工作调查金星太阳风诱导磁层在高空间分辨率使用所有金星快车（VEX）磁观测通过无偏统计方法。我们首先评估了VEX磁层凌日期间行星际磁场（IMF）的可预测性，然后在不同IMF条件下绘制了圆柱坐标系中的感应场。我们的高分辨率映射能够解决各种尺度上的结构，从薄的电离层顶和相关的电流的经典全球规模的披着IMF。我们的映射还解决了两个最近报道的结构，一个低电离层磁化的终结者和一个全球性的“循环”结构在附近的磁尾，这两个都没有描绘在经典的披覆配置。在相反的IMF独立的圆柱形磁场的两种结构的报告，我们的研究结果说明了他们的IMF的依赖。在这两种结构中，圆柱形的磁性成分是更强的半球与向上的太阳风电场（$E^{SW}$）比在相反的半球。在向下的$E^{SW}$下，“环”结构甚至断裂，这可归因于朝向$-E^{SW}$缠绕的附加披盖磁场结构。此外，我们的研究结果表明，这两个结构是空间上不相互重叠。低电离层结构出现在一个很窄的区域内，大约在87- 95 $^\circ$太阳天顶角和190- 210 km高度，这意味着未来模拟再现该结构至少需要大约10 km的空间分辨率。我们讨论这个狭窄的结构中的一个考林通道。
2021-10-06 astro-ph.SR physics.space-ph
Linking two consecutive nonmerging magnetic clouds with their solar sources
2005年5月15日，在地球附近观测到一次巨大的行星际日冕物质抛射（ICME）。它引发了太阳活动周期23中最强烈的地磁风暴之一（Dst峰值= -263 nT）。该结构与活动区10759（NOAA编号）的双带耀斑、暗条喷发和日冕物质抛射有关。我们在这里分析的事件序列，从太阳风测量（在1 AU），回到太阳，了解这个地球有效的ICME的起源和演变。从详细的观测研究原位磁场观测和等离子体参数在行星际（IP）介质和使用适当的模型，我们提出了另一种解释的IP观测，不同的那些在以前的研究中讨论。在我们看来，IP结构是由两个非常接近的连续磁云（MC）形成的，它们在通过行星际介质传播的过程中保持了自己的身份。因此，我们确定了两个太阳事件的Hα和EUV发生在源区的MC。太阳和IP事件之间的时间，以及MC轴的方向和它们相关的太阳拱是在很好的协议。此外，行星际射电II型观测允许通过内日光层跟踪多个结构，并确定相互作用区域位于太阳和地球之间。从光球层到行星际空间的观测链与这一假设是一致的。我们的分析允许检测的瞬态的太阳源，并解释了由于运输的两个附加（虽然nonmerging）MC影响磁层的太阳风的非常快的变化。
2012-12-21 astro-ph.SR physics.space-ph
Space Plasma Physics: A Review
本文系统综述了空间等离子体物理与空间天气的核心过程，重点涵盖太阳活动、太阳风、磁层-电离层耦合及行星际现象，旨在提供该领域的全景式认识。
2022-09-29 astro-ph.SR physics.space-ph
Global geomagnetic perturbation forecasting using Deep Learning
Frontier Development Lab（前沿发展实验室）；Inter University Centre for Astronomy and Astrophysics（校际天文与天体物理中心）；University of Oxford（牛津大学）；University of New Hampshire（新罕布什尔大学）；University of Reading（雷丁大学）；Lockheed Martin Advanced Technology Center（洛克希德·马丁先进技术中心）；NVIDIA Corporation（英伟达公司）；SRI International（斯坦福国际研究院）；ASTRA LLC（阿斯特拉有限责任公司）
地磁感应电流（GIC）是由地球磁场的时空变化引起的，而地球磁场的时空变化是由太阳风与地球磁层的相互作用引起的，并对我们依赖技术的社会造成灾难性的破坏。因此，计算模型预测全球GIC与大的预测范围，高空间分辨率和时间节奏是越来越重要的，以执行及时必要的缓解。由于GIC数据是专有的，因此将磁场扰动的水平分量的时间变化性（dB/dt）用作GIC的代表。在这项工作中，我们开发了一个快速的，全球dB/dt预测模型，预测30分钟到未来仅使用太阳风测量作为输入。该模型总结了2个小时的太阳风测量使用门控递归单元，并生成预测的系数，其中折叠与球谐基础，使全球预测。当部署时，我们的模型在一秒内产生结果，并以1分钟的节奏生成水平磁扰动分量的全球预报。我们评估我们的模型在文献中的两个特定的风暴2011年8月5日和2015年3月17日，同时有一个自洽的基准模型集。我们的模型优于，或具有一致的性能与国家的实践高时间节奏的本地和低时间节奏的全球模型，同时也优于/具有可比的性能与基准模型。在高时间节奏和任意空间分辨率下的这种快速推断最终可能使地球上任何地方的dB/dt的准确预警成为可能，从而以知情的方式采取预防措施。
2022-05-12 astro-ph.IM astro-ph.SR cs.LG
