[论文解读] Forbush Decreases during the DeepMin and MiniMax of Solar Cycle 24

Dimitra Lingri, H. Mavromichalaki+5 more|arXiv (Cornell University)|Dec 28, 2016

Solar and Space Plasma Dynamics被引用 3

一句话总结

本研究基于2008年1月至2014年12月太阳活动周24深极小期与准极大期期间的中子监测器数据及IZMIRAN FD数据库，分析了749次银河宇宙射线强度的福比许下降（FDs）。研究识别出前兆信号，特别是特定渐近经度范围内的宇宙射线强度预下降，为FDs预测提供了工具，其中58个高各向异性事件中有7个显示出可检测的前兆，而2014年单独记录了45%的FDs事件。

ABSTRACT

After a prolong and deep solar minimum at the end of solar cycle 23, the current cycle 24 is one of the lowest cycles. The two periods of deep minimum and mini-maximum of the cycle 24 are connected by a period of increasing solar activity. In this work, the Forbush decreases of cosmic ray intensity during the period from January 2008 to December 2014 are studied. A statistical analysis of 749 events using the IZMIRAN database of Forbush effects obtained by processing the data of the worldwide neutron monitor network using the global survey method is performed. A further study of the events that happened on the Sun and affected the interplanetary space, and finally provoked the decreases of the galactic cosmic rays near Earth is performed. A statistical analysis of the amplitude of the cosmic ray decreases with solar and geomagnetic parameters is carried out. The results will be useful for space weather studies and especially for Forbush decreases forecasting.

研究动机与目标

• 研究太阳活动周24低活动期（包括深极小期与准极大期）期间宇宙射线强度福比许下降（FDs）的统计行为。
• 考察FD幅度与太阳及日间空间参数（如CME速度、太阳风速度及地磁指数Dst）之间的关系。
• 识别并表征可能用于FDs早期预报的前兆信号，特别是宇宙射线强度的预下降与预上升。
• 评估环形站方法（RS方法）在冲击到达前检测异常宇宙射线各向异性的有效性，基于高分辨率中子监测器数据。

提出的方法

• 利用NMDB数据库提供的50个全球中子监测站的逐小时、气压校正后的宇宙射线强度数据。
• 应用全球调查法（GSM）计算10 GV刚度下宇宙射线各向异性的第一谐波，以量化强度变化。
• 从IZMIRAN数据库中提取FD事件，聚焦于幅度大于2%的事件，并选取114个幅度大于2%及15个幅度大于5%的事件进行详细分析。
• 采用环形站（RS）方法检测经向上的前兆模式，使用各向异性阈值（Axy > 0.9%），并要求冲击前为平静的星际空间条件。
• 将FD事件与太阳及日间空间数据进行相关分析，包括CME（来自SOHO/LASCO）、太阳耀斑（GOES）以及ACE/Wind和OMNI数据库提供的IMF参数。
• 选取2013年3月17日事件作为案例研究，利用渐近经度-时间图与各向异性剖面图可视化前兆行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 在太阳活动周24深极小期与准极大期期间，宇宙射线强度福比许下降的统计分布如何？
• RQ2 FD幅度与太阳风速度、CME速度及地磁指数（如Dst）之间有何相关性？
• RQ3 是否能可靠地在FD发生前检测到前兆信号（特别是宇宙射线强度的预下降与预上升）？
• RQ4 异常宇宙射线各向异性水平（Axy > 0.9%）在多大程度上先于FD事件出现？其与日间空间冲击到达的关系如何？
• RQ5 CME及其伴随冲击在产生大振幅FDs中起什么作用？其特性如何影响FD幅度？

主要发现

• 2008至2014年间记录的749次FD事件中，仅有114次幅度大于2%，其中90次发生在准极大期（2012–2014年），而2014年单独记录了45%（45起）的事件。
• 未发现FD幅度与太阳风或CME速度之间存在显著相关性，表明其他因素（如磁场结构或冲击几何形态）可能主导幅度变化。
• 在满足各向异性标准（Axy > 0.9%）的58次FD事件中，仅有7次显示出可检测的前兆信号，表明此类前兆虽稀少但可能具有预报价值。
• 2013年3月17日事件表现出清晰前兆：在冲击到达前约24小时，于狭窄经度范围（0°–180°）内出现超过2.25%的预下降。
• 2013年3月17日事件在10 GV处的FD幅度为4.6%，与强日间空间冲击及相应的Dst下降-75 nT一致。
• 预下降出现在狭窄经度区域，而预上升则出现在更广范围，支持宇宙射线在冲击通过前经历局部化、方向性调制的观点。