太阳耀斑中的质子模型解析

太阳耀斑质子模型主要有SOLPRO模型和JPL92模型。第一个模型即有关太阳耀斑质子模型简单易用，该模型是依据第20个太阳活动周期（1964—1975年）期间卫星测量数据提出的，但该模型只包括粗略的置信度水平估计，如其对下一个太阳活动周期（第21活动周期）强度的预计低于实际数值。随后，美国科学家King（1974）和Stassinopoulos（1975）对第20个太阳活动周期测量数据进行了更为详尽的概率分析，给出了更为精确的太阳耀斑质子模型，即称为SOLPRO模型，在SOLPRO模型中，太阳耀斑质子通量表示为几个参数的函数，这几个参数分别为置信度水平Q（百分数）、任务周期T（月）及质子能量（MeV）。在改进的太阳耀斑质子模型中，对飞行任务期间的离子通量的概率表达方式进行了完善，超越任务总通量水平的概率被表示为任务周期和离子能量的函数关系式。SOLPRO模型的主要特征包括了对“普通”和“反常大型事件”太阳耀斑的区分，以及“反常大型事件”太阳耀斑发生的概率计算方式。值得说明的是，在太阳活动第20周期内，只观测到了一次“反常大型事件”太阳耀斑，即1972年8月发生的大型太阳耀斑事件，但这次大型太阳耀斑事件的质子通量却占了太阳活动第20周期内质子通量总数的很大部分，质子能量大于10 MeV（E＞10 MeV）的占69%，质子能量大于60 MeV（E＞60 MeV）的占84%。

SOLPRO模型是基于连续的一组卫星测量数据而提出的，这些数据涵盖了从1972年“反常大型事件”到第20太阳活动周期内的所有测量结果，基于相关测量数据分析表明，偏离各向同性分布的通常只有百分之几或更少，所以在建模分析中，认为所有通量数据是各向同性的。这种各向同性分布应用到行星际空间和大部分磁层空间是可行的，也许在低地球轨道高度时，由于地球大气层影响，这种各向同性分布并不适用。

在使用SOLPRO模型时，有两个重要事项要注意：首先，模型计算结果不能保证在第20太阳活动周期内观测到的总通量水平也会发生在其他太阳活动周期内；其次，没有可靠的方法来预测单个太阳耀斑事件在时间和通量水平上的分布情况，计算结果只能是近似应用。

JPL92模型是采用三个太阳周期（20，21，22，）的测试数据，通过数据处理和建模，提出的一个统计模型。该模型主要用于空间任务分析中对质子通量的预示计算。模型中考虑的质子能量范围分别为E＞10 MeV和E＞30 MeV两种情况，模型中使用的数据设置是早期模型（SOLPRO模型）使用数据长度的3倍，因而模型的可靠度进一步有所提高。在JPL92模型中，由于在使用的三个太阳周期（20，21，22，）的测试数据中，周期幅度和积分质子通量之间并不存在一定的相关性，所以模型预示不依赖于所期望的最大太阳黑子数，而且建模依据的数据集不需要区分“普通”事件和“异常大”事件。基于数据的进一步分析，当太阳黑子的最大时期被定义为0.1年时，质子注量增强危险期将从太阳黑子达到最大值的前2年一直延长到最大值的后4年，即JPL92模型预期的质子注量增强的危险期为7年。(www.xing528.com)

下面进一步介绍在单粒子翻转率计算软件包中涉及的空间辐射环境模型的应用，特别是描述太阳粒子事件（SPE）的模型应用情况。

在CRÈME96计算软件包中，基于1989年10月对太阳粒子事件（SPE）的10次测量结果，原来在CRÈME86计算软件包中SPE模型被替换为3个最坏情况模型，这3个模型分别为最坏周模型（worst-week model）、最坏天模型（worst-day model）和峰值通量模型（peak flux model）。一周最坏情况的模型是基于1989年10月19日至27日期间180小时的测量数据而建立，最坏一天情况的模型是基于1989年10月20日至21日期间18小时的测量数据而建立，峰值通量模型是基于1989年10月20日最高的5分钟平均质子通量，且在使用质子数据对最坏天重离子通量率进行标度的基础上而建立。所有这些模型都是99%置信度水平下的最坏情况。有一点必须注意，CRÈME96计算软件包中SPE模型是基于相关能量范围内的数据建立的，不像MACREE等计算软件包中SPE模型。CRÈME96计算软件包中SPE模型要比CHIME计算软件包中SPE模型考虑得严重，所以采用CRÈME96计算得出的单粒子翻转率明显提高。最后应当说明的是，CRÈME96计算软件包中，当涉及低地球轨道的地磁传输时，考虑了太阳质子事件中的重离子电离电荷态的影响；例如，28.5°倾角的低地球轨道上，针对具有较高单粒子翻转阈值的电子器件来说，考虑了电离电荷态（一般认为离子电离为裸核）的影响后，预示的单粒子翻转率要高出一个数量级。

在其他单粒子翻转计算软件包中，诸如SPACE RADIATION软件、SPENVIS网站软件等，其中针对SPE模型可以有几种选择方式，如针对长期型太阳粒子事件，有King模型、JPL模型、对JPL模型修订后提出的Xapsos模型；针对短期型太阳粒子事件，有CRÈME86模型、CRÈME96模型及Xapsos模型。在开放式单粒子翻转率计算软件包OMERE中，针对太阳粒子事件模型的使用有很大的不同，主要体现在对SPE事件中的峰值通量和任务期间的积分通量的表述模型方面。这些模型包括了SOLPRO模型、ESP模型、CRÈME86模型、CRÈME96模型及JPL91模型。在OMERE软件包中，对JPL91模型进行了能量范围的拓展，其采用指数函数的方式将能量范围扩展为0.5～100 MeV。另外，在OMERE软件包中包括了几个新开发的SPE环境模型，诸如SPOF（Solar Proton ONERA Fluence）模型、IOFLAR（所有元素的谱分布都采用能量的幂指数方式拟合）模型、最坏通量率模型，该模型基于1974年到2002年期间，IMP8卫星和GOES卫星测量的结果而提出；另外，针对1972年到2003年期间发生的单个大型SPE事件，也给出了一系列相关的描述模型。