[论文解读] CMEs during the Two Activity Peaks in Cycle 24 and their Space Weather Consequences

N. Gopalswamy, P. Mäkelä+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 14, 2015

Solar and Space Plasma Dynamics被引用 15

一句话总结

本研究比较了太阳活动第24周期两个太阳黑子数峰值期（2012年和2014年）的日冕物质抛射（CMEs）与空间天气事件。尽管2014年的太阳黑子数更高，2012年峰值期却产生了更多高能CMEs、更大的太阳高能粒子事件以及更强的地磁暴。与星际型II型射电爆发相关的CME在2012年（1543 km/s）明显快于2014年（1201 km/s），表明首次峰值期的空间天气影响更强。

ABSTRACT

We report on a comparison between space weather events that occurred around the two peaks in the sunspot number (SSN) during solar cycle 24. The two SSN peaks occurred in the years 2012 and 2014. Even though SSN was larger during the second peak, we find that there were more space weather events during the first peak. The space weather events we considered are large solar energetic particle (SEP) events and major geomagnetic storms associated with coronal mass ejections (CMEs). We also considered interplanetary type II radio bursts, which are indicative of energetic CMEs driving shocks. When we compared the CME properties between the two SSN peaks, we find that more energetic CMEs occurred during the 2012 peak. In particular, we find that CMEs accompanying IP type II bursts had an average speed of 1543 km/s during the 2012 peak compared to 1201 km/s during the 2014 peak. This result is consistent with the reduction in the average speed of the general population of CMEs during the second peak. All SEP events were associated with the interplanetary type II bursts, which are better than halo CMEs as indicators of space weather. The comparison between the two peaks also revealed that the discordant behavior between the CME rate and SSN was more pronounced during the second peak. None of the 14 disk-center halo CMEs was associated with a major storm in 2014. The lone major storm in 2014 was due to the intensification of the (southward) magnetic field in the associated magnetic cloud by a shock that caught up and propagated into the magnetic cloud.

研究动机与目标

• 比较太阳活动第24周期两个峰值期的空间天气事件，特别是大型太阳高能粒子（SEP）事件与重大地磁暴。
• 研究高太阳活动期间日冕物质抛射（CME）特性与空间天气强度之间的关系。
• 评估星际型II型射电爆发与白羊状CME作为重大空间天气事件预测指标的有效性。
• 理解太阳活动第24周期第二峰值期太阳黑子数上升但CME能量下降的矛盾现象。

提出的方法

• 利用太阳与星际观测数据，分析2012年和2014年两个太阳黑子数峰值期检测到的CMEs。
• 比较CME速度，特别是与星际型II型射电爆发相关的CME，后者表明激波驱动的CME。
• 将CME特性与空间天气事件（包括重大地磁暴与SEP事件）进行相关性分析。
• 利用原位磁场数据评估磁云中向南的Bz分量在触发风暴中的作用。
• 对两个峰值期的CME频率、CME速度及空间天气事件频率进行统计比较。
• 评估位于太阳圆面中心的白羊状CME作为重大空间天气事件预测指标的有效性，并与星际型II型爆发进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何2012年峰值期尽管太阳黑子数低于2014年，却产生了更显著的空间天气事件？
• RQ2 CME速度与空间天气强度之间存在何种关系，特别是与星际型II型射电爆发相关的CME？
• RQ3 为何2014年尽管太阳活动水平高，却未出现与圆面中心白羊状CME相关联的重大地磁暴？
• RQ4 与白羊状CME相比，星际型II型射电爆发在预测重大空间天气事件方面有多有效？
• RQ5 如何解释观测到的太阳活动第24周期第二峰值期CME平均速度与能量下降的现象？

主要发现

• 与星际型II型射电爆发相关的CME在2012年峰值期的平均速度为1543 km/s，显著高于2014年峰值期的1201 km/s。
• 尽管2014年太阳黑子数更高，但重大地磁暴与大型太阳高能粒子（SEP）事件的数量在2012年峰值期更多。
• 所有SEP事件均与星际型II型射电爆发相关，表明此类爆发比白羊状CME更能有效预测空间天气。
• 2014年唯一的重大地磁暴是由激波压缩增强磁云中向南的磁场引起的，而非源自白羊状CME。
• 太阳黑子数上升与CME能量下降之间的矛盾在第二峰值期更为显著，2014年未观测到与圆面中心白羊状CME相关联的重大地磁暴。
• 一般CME群体在2014年峰值期表现出平均速度下降，与尽管活动水平高但CME总能量整体下降的现象一致。