基于偏振测量和遗传算法的太阳日冕物质抛射三维重构研究

We study the three dimensional dynamics of CME using the method of polarimetric reconstruction which is improved by us. Since the weight location of every CME pixel along the corresponding line of sight can be calculated by the polarimetric reconstruction, we are able to obtain the overall and regional CME parameters: speed, force, kinetic energy and so on. We then study the evolution of these parameters affected by the coronal magnetic field...We firstly present a new method for CME reconstruction based on genetic algorithm. At the beginning, we calculate electron number of every CME pixel. Then we obtain the constrained line of sight by the usage of CME image from other point of view. The electrons of each CME pixel are randomly redistributed on the constrained line of sight. The genetic algorithm is then used to optimize the location of electrons. At last, we obtain the electron distribution for the best projected brightness...Toth et al. presented the Space Weather Modeling Framework (SWMF) to execute the simulation from solar corona to upper atmosphere of the Earth. We will put the CME reconstructed by polarimetric measurements and genetic algorithm into the SWMF and obtain the integrated CME with both plasmas and magnetic field. Then we are able to study the geo-effectiveness of the ICME.

本项目使用申请人改进后的CME偏振重构方法研究CME在日冕中的三维动力学演化。由于偏振重构可以得到每个像素点对应视线上CME物质的平均位置，因此我们可以计算CME的整体和分区域参数：速度、受力、动能等，研究这些参数在日冕磁场影响下的变化规律。..本项目首次提出基于遗传算法的CME重构方法。该方法首先计算某个 STEREO视角下每个CME像素点对应视线上的电子个数，在另一视角图像约束下得到长度有限的视线线段，将前一视角得到的电子随机分布于这些视线线段上，使用遗传算法对这些电子分布进行遗传操作，最后得到与实测亮度最接近的电子分布。..Toth等于2005年提出的空间天气建模框架（SWMF）可以实现从太阳日冕到地球上层大气的MHD模拟，本项目将会使用偏振和遗传重构得到的三维CME作为SWMF的输入，得到完整的既有重构CME的等离子体又有流绳磁场的三维CME，更准确地研究ICME的对地有效性。

日冕物质抛射(CME)是太阳活动的重要组成部分和空间天气的重要源头。三维重构方法使用二维的日冕仪观测图像还原CME的三维分布，有利于更准确地研究CME的演化规律。本项目完善了自主提出的基于遗传算法的三维重构方法，得到了CME的三维电子密度分布；提出了基于GL98解析模型的三维重构方法，得到了CME的三维电子密度、磁场及速度场分布。我们使用上述两种方法重构所得的三维CME作为磁流体力学数值模拟平台Space Weather Modeling Framework （SWMF）的输入，通过SWMF中日冕模块和内日球层模块的耦合，模拟了CME对太阳风的电子密度、磁场及速度场的扰动情况。我们将地球第一拉格朗日点处的模拟值与ACE探测器的就地测量值进行对比，发现模拟的CME到达地球时间与 ACE测量得到的时间相差约5小时，模拟的行星际磁场Z分量出现负值也与实际测量一致。本项目的研究结果加深了对日地空间中CME传播规律的认识，有助于提高CME对地有效性的预报水平。