由CME驱动的激波加速产生的太阳高能粒子在近日冕源区的三维分布模式

The solar energetic particle (SEP) events associated with CME-driven shocks can produce particles with energy of many tens MeV/n and sometimes even up to 10 GeV/n, which could last for several days and are a great concern of near-Earth space weather environment. In this investigation we start with some typical suprathermal seed particle and/or pre-accelerated particle populations. We will use focused transport model with self-consistent treatment of wave-particle interaction to model particle injection and acceleration by CME-driven shock in one step. With SIP-CESE MHD solar wind model of CME shock propagation, we can determine the spatial and temporal variation of SEP source particle at the entire interface to the interplanetary magnetic field. The model production can be inputted into 3-D SEP transport code for calculation of SEP at Earth or other locations and for comparison with observations by multiple spacecraft. With comprehensive studies of SEP acceleration and propagation, we hope to enhance our understanding to the physics of SEP events. This study is expected to lay a firm foundation for development of the physical SEP prediction model in our future research.

由CME驱动的激波加速引起的太阳高能粒子（SEP）事件可以造成近地空间持续数天的高达数十MeV/n甚至GeV/n能量的灾害性粒子辐射扰动。本项目计划开发用于计算近日冕源区CME驱动的激波加速产生的SEPs的三维分布数值模式。新的模式将以三维SIP-CESE太阳风磁流体模式模拟CME驱动的激波的传播过程，并且发展波粒子相互作用自耦合处理的各向异性激波加速模式模拟种子离子的注入和加速过程。该分布模式和已开发的高能粒子在三维日球层磁场中的传播模式联合可以用于计算近地空间任意位置SEP的强度、各向异性和能谱分布，并与多卫星观测数据比较，兹以此验证该模式的可靠性和精度。该模式的开发有助于我们更深层次理解SEP在日球层中的传播和加速的物理机制，并且为下一步开发SEP事件物理预报模式奠定基础。

太阳高能粒子(SEP)爆发是极具危害性的一类空间天气事件，高通量的高能粒子可以造成近地空间的灾害性扰动, 足以毁坏行星际空间不受地球磁场保护的卫星及星载设备，威胁宇航员乃至飞行员的生命安全。本项目针对航天领域对太阳高能粒子预报的重大需求，开发融合各向异性激波加速模型、太阳风扰动传播磁流体模型、以及高能粒子在行星际传播模型的SEP物理模型，并研究分析SEP传播和加速的若干前沿物理问题。..本项目初步建立了SEP在太阳风背景场中的加速和传播过程的宏观与微观融合模式，并研究了太阳风压缩区域对SEP在行星际空间中传播的影响,发现聚焦效应对SEP的传播具有重要影响；开发了新的融合波粒子相互作用自耦合处理的各向异性激波加速模式并讨论了斜激波加速超热低能粒子的粒子注入效率问题, 证明各向异性激波加速理论是传统扩散激波加速理论在低能量种子粒子注入情况的扩展；将全日球层磁流体模拟数据与银河宇宙射线传播模型耦合构建出了全日球层的银河宇宙射线传播模型，并将其用于银河宇宙射线在日球层顶附近传播机制的研究, 研究发现日球层尾部的银河宇宙射线粒子是通过平行扩散沿着Parker螺旋场到达了上游日球层头区。在接下来的一两年内，我们将针对典型的缓变型或者混合型 SEP 事件，计算每个事件所对应的SEP 三维分布与观测和其他模式比较，并改进模型。本项目的实施不仅仅对粒子加速理论具有创新意义，同时为未来SEP的预报模式开发打下基础。