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太阳高能粒子(SEP)在行星际中传播过程是空间物理研究的一项重要课题,日冕物质抛射(CME)驱动的激波是太阳高能粒子源中很典型的一种。在多卫星联合观测下研究日冕物质抛射驱动的激波加速的太阳高能粒子的传播,对了解太阳高能粒子的特性具有重要的意义。 本文对太阳高能粒子的三维聚焦传播模型进行进一步的研究,并运用由此发展的激波粒子传播(SPTC)程序,通过单个典型粒子事件以及多个具有共同特性粒子事件统计的观测数据分析,对三维Parker场中,由日冕物质抛射驱动激波作为源发出的太阳高能粒子的传播过程进行研究,得到的数值模拟结果与观测数据做对比,研究行星际空间不同位置观测到的太阳高能粒子的通量以及时间尺度、峰值强度等问题,分析出观测内在的物理机制。主要研究内容如下: 对于传统的单个典型粒子事件,本文选取了2012年7月23日高能粒子事件进行数值模拟研究。2012年7月23日,从太阳上爆发了一个极强、超速的日冕物质抛射事件,它由STEREO A、STEREO B和ACE等多卫星联合观测到。先利用Parker螺旋磁场模型定量的分析行星际中CME驱动激波的传播和被联合卫星观测到的相应的太阳高能粒子通量之间的关系。然后通过解决日冕物质抛射驱动的激波作为源发出的太阳高能粒子传播方程,在观测数据的基础上,对此事件进行数值模拟,通过定性的计算分析,数值模拟结果与观测符合的很好,这为了解观测背后的物理机制提供帮助。 对于多个具有共同特性粒子事件,本文选择S.W.Kahler et al.(2013)的一项观测数据分析做数值模拟对比研究。S.W.Kahler最近通过分析观测数据研究了与日冕物质抛射相关的太阳高能粒子事件的时间尺度。他们将SEP事件的时间尺度分为几种:从CME爆发到SEP通量开始出现的初始时间命名为TO,从SEP通量观测图谱初始到半峰值的上升时间被命名为TR,SEP强度高于半峰值的时间段被命名为TD。在本篇工作中,将行星际日冕物质抛射驱动的激波作为能量粒子源来解决SEP的传输方程,在我们的模型假设下,我们的数值模拟可以达到与Kahler对卫星数据的分析相类似的结论,也就是TD的加权平均值随CME速度和宽度增加而增加。另外,从数值模拟结果还可以进一步得到结论,即TD直接依赖于CME速度而独立于CME宽度,而此结论观测分析没有得到。 通过两种不同方法对太阳高能粒子通量初始时刻进行研究,一种是数值模拟方法,即数值模拟中取第一颗粒子出现的时刻来确定,另一种是观测背景方法,即太阳高能粒子通量随时间变化的观测图上,背景值与上升值的拐点时刻来确定。Kahler(2013)定义的SEP时间尺度TO、TR(其定义见上段)都与SEP通量初始时刻相关,本文通过解决将CME驱动激波作为源的粒子输运方程,对SEP传播进行数值模拟,并对两种方法下得到的SEP时间尺度TR、TO的数值模拟值与观测进行对比,得出与观测一致的结论,即TR随CME速度宽度增加而增加。TO由于影响因素较复杂,并没有很好的规律性。另外,当源位置经度距离观测者较远的时候,影响时间尺度TR、TO的因素较多,确定SEP通量初始时刻的不同方法对其影响不大;当源位置经度距离观测者较近的时候,观测背景方法下的数值模拟与观测更加符合。 对于多个具有共同特性粒子事件,本文对之前提出的一种统计的数值模拟方法进行进一步总结,即将观测事件根据几个指标进行分类排序,并通过寻找每一分组的中值作为特征值的方法,将上百个事件提炼成为几个特征事件进行数值模拟,简化了数值模拟时间,同时得以控制单一变量考察其对研究量的影响。并运用此方法对太阳高能粒子峰值强度与CME速度以及位置经度的相关性做了研究,对比观测数据分析得出相一致的结论。该方法弥补了观测分析无法拆分开来考察单因素对事件影响的缺陷。同时也化简了对大量单个事件数值模拟的次数。该方法是数值模拟与观测分析研究的很好的结合。