FY2G卫星新一代高能带电粒子探测器观测数据分析
2016-11-16王春琴孙越强张坤毅荆涛张焕星李嘉巍张效信韦飞沈国红黄聪梁金宝史春燕
王春琴， 孙越强， 张坤毅, 荆涛， 张焕星， 李嘉巍， 张效信， 韦飞， 沈国红， 黄聪， 梁金宝, 史春燕
1 中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190 2 天基空间环境探测北京市重点实验室， 北京 100190 >3 国家空间天气监测预警中心, 北京 100081
FY2G卫星新一代高能带电粒子探测器观测数据分析
王春琴1,2*， 孙越强1,2， 张坤毅1,2, 荆涛1,2， 张焕星1,2， 李嘉巍3， 张效信3， 韦飞1,2， 沈国红1,2， 黄聪3， 梁金宝1,2, 史春燕1,2
1 中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190 2 天基空间环境探测北京市重点实验室， 北京 100190 >3 国家空间天气监测预警中心, 北京 100081
风云二号系列卫星是我国开展动态空间天气事件和空间环境监测及预警业务的重要观测平台，各系列星上均安装有高能带电粒子探测仪器开展卫星轨道空间带电粒子辐射环境连续实时的动态监测.FY2G卫星于2015年1月发射，星上采用了全新的高能粒子探测器，包括：一台高能电子探测器可监测200 keV->4 MeV的高能电子，一台高能质子重离子探测器可监测4～300 MeV的高能质子，从而实现对带电粒子更宽、更精细能谱的监测.本文给出了FY2G高能带电粒子探测器在2015年1月至2015年10月期间几起典型的带电粒子动态观测结果，结合太阳和地磁活动相关参数，对高能带电粒子通量在亚暴、磁暴和太阳爆发等扰动影响下细节变化过程和特征作出了较为详细的分析描述，展现了FY2G卫星高能带电粒子探测器对轨道空间粒子环境动态变化的准确响应能力，表明观测数据可开展更加精细的轨道粒子环境评估.针对FY2G高能带电粒子探测结果进一步开展了与GOES系列卫星同期观测的比对分析，结果反映出在较小的扰动条件下多星观测到的带电粒子响应和通量变化可基本趋于一致或保持相对稳定的偏差，而扰动条件的显著变化会加大多星观测带电粒子响应和通量变化的差异，这些结果可为今后开展多星数据同化应用提供参考，也为发展磁层对扰动响应的更加复杂的图像提供了新的可能.
FY2G卫星； 高能电子； 高能质子； 地球同步轨道
1 引言
高能带电粒子环境是地球同步轨道卫星遭遇到的重要空间辐射环境，主要来源包括辐射带高能电子和太阳高能带电粒子.高能带电粒子在地球同步轨道空间受太阳活动、地磁活动的影响显著，表现出频繁剧烈的动态变化(Baker,Pulkkinen et al., 1998；Blake et al.,1992；Denton et al.,2006；Li et al.,1999；Reeves et al.,2003).扰动导致的带电粒子注入增强是引发航天活动异常出现的重要环境现象，如在地磁活跃期间，高能电子通量在几小时到几天的时间内出现好几个量级的增强变化，可能会穿透卫星屏蔽导致深层充电出现，而在长时间高通量后还可能会产生放电损害(Baker et al.,1986)；相对偶发的太阳爆发性活动会使得轨道区域出现大量高能质子，这些高能质子可能会通过辐射剂量效应、单粒子效应等对航天飞行任务以及卫星上搭载的敏感元器件造成损害(Baker et al.,1987).卫星出现异常与粒子辐射关系的统计研究表明对于地球同步轨道而言，>10 MeV的高能质子和>2MeV高能电子的持续显著增强是造成该区域卫星异常的重要因素(Baker, Allen et al.,1998；Lucci et al.,2005).因此，地球同步轨道区域高能带电粒子的监测对于保障航天器的在轨正常运行尤为重要.国际上，GOES系列卫星自1986年以来一直在持续开展地球同步轨道的高能带电粒子的实时动态监测.风云二号系列卫星是我国唯一持续长时间开展高能带电粒子探测的地球同步轨道系列卫星，也是目前除GOES系列卫星以外在该轨道高度持续开展空间环境监测的系列卫星.
风云二号系列卫星早期利用一台探测仪器已成功开展了轨道空间10～30 MeV、30～100 MeV和100～300 MeV的高能质子和>350 keV、>2 MeV的高能电子的探测，这些探测结果已很好应用在了我国空间环境保障业务以及相关的科学研究工作中(Lin et al., 2000; Zhao et al.,2003；Wei et al.,2014).FY2G卫星星上新一代能量粒子探测仪器由高能电子探测器和高能质子探测器两台单机组成.新的探测仪器拓宽了对带电粒子的能谱观测、能道划分也更为精细，其中高能电子探测低能端扩展到200 keV，高能段在>2 MeV的基础上扩展了2个能段，分别为>3 MeV和>4 MeV;高能质子则在较低能端延伸到4 MeV.本文给出了FY2G卫星新一代高能粒子探测器在轨期间初步获得的典型观测结果，详细描述了带电粒子的动态响应过程和变化特征，并对探测结果开展了深入的多星联合观测比对分析.当下识别带电粒子出现的过程、区域和时间作为开展科学研究的主要课题，这些观测结果的获得将有助于进一步揭示带电粒子动态变化，更全面地反映粒子的加速、传播和损失等物理过程，从而更好地服务于空间天气监测预警业务.
2 仪器和数据
高能质子重离子探测器采用由5片半导体传感器组成的望远镜系统进行粒子能谱探测.高能电子探测器使用2组望远镜系统分别用于测量0.2～1.5 MeV的电子和大于1.5 MeV的电子.高能质子重离子探测器和高能电子0.2～1.5 MeV探测器在准直器前端入射窗口处设置了一块偏转低能电子的磁铁，用于屏蔽流量较大的低能电子入射对传感器造成干扰，提高了仪器抗背景辐射的能力，仪器相关指标见表1.
探测仪器进行了系统的地面定标，以确保探测数据准确有效，主要定标内容包括探测器能档定标(能档范围和能档测量精度定标)、粒子鉴别验证试验、计数定标试验、传感器特性及张角测试、磁场偏转能力测试等.FY2G卫星高能粒子各探测仪器的几何因子计算做了改进，旧有的几何因子数值计算主要基于简单的仪器结构(圆柱或圆台)展开几何运算，且不考虑带电粒子在传感其中的具体物理过程以及干扰因素的影响等.FY2G高能粒子探测器使用蒙卡模拟的方法 (Zhang et al.,2014)，考虑粒子与物质相互作用过程中的能损涨落、弹性散射、分辨率等诸多过程，同时考虑了斜入射和穿越粒子的干扰，更加准确的评估出各传感器的响应，这对于准确的带电粒子定量预报很重要(Horne et al.,2013).
表1 仪器有关指标Table 1 Performance of particle instruments on FY2G
注：FY2G为高速自旋卫星，仪器安装在卫星的腰带部分，观测粒子为近全向通量平均值的时空分布.
3 典型观测现象
3.1 高能电子和亚暴
图1自上而下分别给出FY2G卫星观测到的高能电子各道通量(200～300 keV、400～500 keV、600～800 keV、1000～1500 keV、>2 MeV、>3 MeV和>4 MeV)在2015年1月23日至2月2日期间随地方时演化,相应的亚暴AE指数和磁暴Dst指数变化.图中可以看出高能电子各道通量均表现出明显的昼夜变化特征，在接近地方时正午通量最强，而在地方时午夜附近通量最弱.这一特征主要由于卫星运行轨道空间的地磁场不对称所导致，在向日侧地磁场被压缩呈现类似偶极结构，而在午夜则被拉伸呈现长长的拖尾状结构，这使得赤道捕获粒子漂移径迹相对于在偶极场中的漂移径迹而言，在日侧向外移动，在夜侧则向内移动，而带电粒子通量具有典型的强的向内径向梯度特性，即在向内的漂移轨道上的粒子通量更大，从而造成日侧产生高的通量，夜侧产生低的通量 (Reeves et al.,1998).环境扰动会加剧高能电子随地方时分布的差异，通过图中给定时间段对应的地磁活动Dst指数和AE指数变化可以知道，这段时间内的|Dst_min|<50 nT(Dst_min指磁暴Dst最小值)，表明仅有较弱的磁暴发生(磁暴强弱的划分：DST<-200 nT为大磁暴，-200 nT
图1 FY2G卫星高能电子各道5分钟平均通量随Dst指数、AE指数地方时演化(N代表地方时正午；M代表地方时午夜.1区、2区和3区反映不同地方时高能电子的亚暴响应)Fig.1 Variations of 5-min average electrons flux from FY2G associated with Dst and AE values (N, M means noon and midnight separately in local time. Response to substorms showed in section1/2/3)
利用FY2G高能电子8s时间分辨数据给出了图1中2区亚暴期间夜侧高能电子通量随地方时演化的展开图.在图中阴影部分1对应2015-02-01地方时22∶10—23∶30之间，受亚暴影响高能电子各道通量表现出如下变化特征：开始通量出现显著减少，而后在23∶10左右逐渐恢复到通量减少前的水平，接近23∶30又出现一次通量的显著减少.亚暴期间高能电子通量的显著减少与在亚暴影响下磁尾结构发生的一系列变化有关，在亚暴发生期间等离子体片开始变薄，对于处在地球同步轨道的卫星而言，等离子体片变薄等效于卫星穿越漂移壳，在磁尾午夜部分，等离子体变得最薄，因此穿越径向梯度出现了能量粒子通量显著减少.随后随着等离子
体片逐渐变厚，通量恢复到暴前水平(Geoffrey et al.,1994).接着上述23∶30电子通量出现减少后，在图中阴影部分2中观测到不同于阴影部分1的电子各道通量恢复和演化现象，200～800 keV高能电子各道通量表现出同时快速增强，通量明显超过亚暴前水平(2月1日22∶00以前)，随后高能电子通量随时间演化呈现出与能量相关的色散传播现象.这一现象可能源自该轨道粒子通量对于太阳风动压的响应，太阳风动压增强会导致磁层突变或急始脉冲，使得带电粒子径向传输过程中保持第一不变量守恒从而出现通量突然快速增长(Vampola et al.,1992；Lee et al.,2005；Kim et al.,1997；Blake et al.,1997；Reeves et al.,1999)，增强的带电粒子留存在地球同步轨道，在随后的漂移过程中便会出现能量色散变化，这一观测结果反映出亚暴期间夜侧带电粒子通量更为复杂的变化过程(图2).
3.2 高能电子和磁暴
在2015-03-17—18日、06-22—23日爆发了本太阳活动周最大的两次强地磁暴，Dst指数分别在世界时2015-03-17约22∶00(FY2G卫星地方时为18日的4∶00左右)和6月23日约4∶00(FY2G卫星地方时10∶00左右)达到最小值，对应数值为-223 nT和-195 nT，并伴随高强度的持续性亚暴活动，AE指数峰值超过了1000 nT.图3(a,b)分别给出2015年3月、6月磁暴发生期间高能电子低能段600～800 keV、高能电子高能段2 MeV、>3 MeV、>4 MeV各个能道5 min平均通量及相应的磁暴Dst指数和亚暴AE指数.从图中可以看出两起强磁暴均引发了高能电子通量增强现象，>2 MeV的高能电子峰值通量持续超过103cm-2·s-1·sr-1，构成相对论电子增强事件，>3 MeV、>4 MeV的高能电子峰值通量也出现了显著的增长.比较两起事件中各能道高能电子的通量响应过程可以看出，>2 MeV、>3 MeV和>4 MeV能量较高的高能电子通量在磁暴主相期间均出现下降，但3月暴前对应电子通量水平已接近环境本底，因此对应磁暴主相的通量下降并没有6月显著，粒子通量在主相的减少可由向外径向扩散或磁层顶阴影绝热传输解释(Kim et al.,1997).600～800 keV较低能量的高能电子由于受到亚暴电子注入的影响，通量下降并不明显，尤其在3月磁暴主相期间，发生在FY2G卫星地方时午夜附近的强亚暴使得该轨道600～800 keV的电子产生明显的注入，其通量不降反升.在整个磁暴恢复相阶段，>2 MeV高能电子通量开始恢复并显著增强，但电子通量表现出不同的上升时间尺度.3月磁暴恢复相阶段，高能电子通量达到峰值表现出持续4天的较为缓慢的增强趋势，即在3月19日电子通量出现增强直到3月22日通量达到峰值.6月磁暴恢复相阶段，高能电子表现出更快时间尺度的增强，6月24日电子通量增强到通量达到峰值仅持续了1天的时间，在25日峰值通量超过104cm-2·s-1·sr-1.两种增强可能源于地球同步轨道内的一定位置的相同的初始加速事件的电子传输，但源自不同的传输过程，因此导致了不同的通量上升时间尺度：第一种电子通量缓慢增强更为典型，可能源于带电粒子的缓慢的扩散过程(Blake et al.,1997)，而第二种增强的出现可能与磁层压缩有关，源于伴随磁层压缩的短时、准绝热的传输，这一传输导致峰值通量出现在磁层被压缩最强的地方时近午时(Reeves et al.,1999).
图2 亚暴期间夜侧FY2G卫星高能电子通量减少、恢复、快速注入增长和色散传播Fig.2 Electron flux sharp increase and energy dispersion observed by FY2G
3.3 太阳质子事件
较多的、高强度的太阳质子事件通常出现太阳活动的峰年期间(Smart et al.,1989).2015年开始进入第24周太阳活动周的下降相，自2015年1月至2015年9月期间，FY2G监测到两起>10 MeV高能质子通量超过10pfu((1pfu=proton/(cm2ssr))达到太阳质子事件水平(目前国际上公认的太阳质子事件确认标准：质子事件的开始定义为地球同步轨道能量>10 MeV质子通量初始3个连续的通量超过或等于10PFU的数据点；事件结束定义为>10 MeV质子通量超过或等于10PFU的最后时间.) 图4红色曲线为FY2G高能质子实测能谱拟合得到的>10 MeV高能质子通量时序分布，第一起质子事件开始时间在6月18日11∶00(世界时)左右，14∶00左右达到峰值约为16/(cm2ssr)，10∶00左右事件结束，高能质子通量在整个事件期间表现出较为平滑的变化.第二起事件开始于21日20∶35左右(世界时)，在22日19∶00左右高能质子通量出现短时跳变到峰值通量近1000/(cm2ssr)，第二起事件高能质子通量在演化过程中表现出小幅起伏变化.通常认为在地球同步轨道观测到太阳质子通量最有效的来源为太阳耀斑和行星际激波，即太阳高能质子会在耀斑发展过程中被加速或被伴随日冕物质抛射传播产生的激波加速(Enriquez et al.,1995).FY2G同期太阳X射线流量的观测结果表明在两起质子事件发生前均伴随太阳X射线耀斑的发生(图4黑色线条表示3.1～26.1 keV太阳X射线流量观测结果，太阳X射线流量的脉冲式增强表明耀斑发生).对于第二次事件中质子通量快速增强则可能是由于行星际激波抵达地球同步轨道产生的影响所致，这与CME的行星际扰动相关联.
图3 强磁暴期间FY2G高能电子典型能道通量响应变化
图4 FY2G卫星太阳耀斑和太阳质子事件观测结果
4 与GOES卫星比对分析
带电粒子动态变化主要取决于一系列的参数，如地磁活动、电子能量、空间位置以及强烈变化的时间要素.通过多个地球同步轨道卫星数据比对分析可以对观测结果进行相互检验，可以提供对于不同地方时的更加全面覆盖的同时观测.GOES系列卫星目前有GOES13和GOES15两颗卫星开展轨道空间高能带电粒子的探测.FY2G卫星、GOES13和GOES15卫星详细位置信息见表2，GOES卫星为三轴稳定卫星，每颗卫星分别开展沿轨道东西两个方向、投掷角在90°附近的带电粒子方向通量监测；FY2G卫星为自旋稳定卫星，探测粒子几乎覆盖全空间，监测数据反映全空间平均带电粒子方向通量.
表2 不同卫星位置信息Table 2 Satellites locations
4.1 高能电子观测比对分析
地球同步轨道空间高能电子受地磁场的调制影响地方时分布差异显著，FY2G、GOES15和GOES13三颗卫星在轨定点位置不同，意味着不同卫星在同一时间观测到的电子通量源自不同地方时，当FY2G卫星观测到局地正午的强高能电子通量分布时，GOES15、GOES13卫星同时观测到的则是局地午夜附近较低高能电子通量分布.FY2G、GOES15和GOES13卫星均直接开展轨道空间>2 MeV的高能电子探测，观测粒子数据时间均为世界时，依据卫星的定点位置需将数据时间按表2转换成地方时.图5给出了三颗卫星6月16—30日观测到的>2 MeV高能电子通量地方时分布，可以看出即便转换到相同的地方时，由于磁场位形(尤其是在扰动期间)差异，卫星之间所处不同经度、不同磁纬度等因素的差异，三颗卫星观测到的通量仍存在明显差异，通常情况下分布在日侧的点，由于磁场更加偶极化，这一地方时观测到的粒子通量差异较其他地方时要小，三颗卫星在日侧观测到的高能电子通量表现出相对稳定的系统偏差；分布在夜侧的点，因为磁场在夜侧被极大拉升，且局地强烈扰动频繁，三颗卫星观测到的高能电子通量常表现出较大的差异.在文中3.2节我们知道6月22—23日的强磁暴期间，FY2G卫星观测到了>2 MeV高能电子通量快速增强，图5中可以看到GOES15、GOES13两颗卫星也观测到了类似现象，但增强现象使得不同位置的卫星在日侧相同地方时观测到的粒子通量差异显著加大(图5阴影区域).此起快速增强事件的可能解释归因于磁层压缩，而地方时近午时是压缩最强的区域，因此当卫星运行至地方时午时附近将最先观测到受磁层压
图5 多卫星高能电子地方时观测结果(N表征地方时正午)Fig.5 Electrons local time distribution of multi-satellites (N means noon in local time)
缩极大影响下的高能电子通量变化，三颗卫星观测到的高能电子通量出现增强的时间分布可以知道，GOES13、GOES15两颗卫星最先观测到了高能电子通量的增强，而FY2G卫星滞后于GOES卫星观测到了高能电子通量的增强，这表明在扰动发生期间GOES两颗卫星更接近地方时午时附近，而FY2G卫星与GOES系列卫星超过10个小时的时差意味着FY2G卫星在扰动发生期间远离地方时日侧，因此只有当FY2G卫星随后运行至地方时午时附近才观测到了高能电子通量的增强.
4.2 太阳能量粒子事件比对分析
太阳能量粒子在磁层中的传输受太阳活动和地磁场的调制影响.图6(a—c)分别给出3.3节中太阳能量粒子事件发生期间FY2G、GOES15两颗卫星(东向和西向)观测到的4～9 MeV、9～15 MeV和15～40 MeV高能质子通量时间演化，并给出同期ACE卫星观测到的1.06～1.9 MeV高能质子通量数据反映太阳质子通量在磁层外的时间变化特征.图6(d—h)分别给出太阳风活动相关参数数据(包括太阳风密度、太阳风速度和太阳风动压)、行星际磁场数据、磁层亚暴AE指数数据，图中线性中断部分源于数据缺失.在6月18日至6月20日高能质子通量出现增强的事件1中，太阳风动压值持续处于1 nPa附近；行星际磁场Bz值分布在0值附近，无显著的南北向分量增强；磁层亚暴AE指数最大约400 nT左右.此次事件高能质子通量增强幅度较小，仅持续约一天的时间通量即下降到10 cm-2·s-1·sr-1, 高能质子各道通量水平大体呈现GOES15西向通量较高，FY2G通量次之，GOES15东向通量最小，随着能量的增强通量水平差异减小.事件2高能质子通量出现显著增强，在事件上升期太阳风动压出现增强，行星际磁场Bz在0值附近出现小幅的起伏变化，但亚暴活动水平相对较低，AE指数峰值仅约100 nT左右，不同卫星观测到的高能质子通量水平差异大体与事件1相似， GOES15西向观测质子通量表现出与同期ACE观测到的质子通量更相似的变化，GOES15东向观测质子通量和FY2G质子通量在此期间还表现出小尺度的起伏变化，起伏变化幅度随能量的增加而减小.22日5∶40—5∶45之间，FY2G卫星和GOES卫星东向观测到的4～9 MeV较低能量质子通量均出现显著跳变，通量出现近一个量级的突增，三组高能质子通量水平达到一致，直至6月23日3∶00左右三组高能质子观测通量水平持续保持基本一致，在此期间三组数据不同能量的高能质子表现出与ACE观测相似的通量起伏变化.在上述观测期间太阳风动压、行星际磁场Bz值以及AE指数均表现出较为剧烈的变化，自22日5∶45至23日5∶00左右太阳风动压出现持续显著增强，峰值超过40 nPa；伴随强的持续的行星际磁场起伏变化和强的AE指数(AE指数峰值超过1000 nT).23日3∶00至23日14∶00左右，尽管太阳风动压已显著减弱，但AE指数仍保持峰值超过1000 nT的较高水平，且行星际出现持续较强的南向，三组高能质子通量水平仍趋于一致，与ACE观测到的相对平滑演化不同，三组质子通量出现小尺度的起伏变化.23日14∶00后通量持续减少期间三组高能质子通量表现出震荡变化，高能质子间或出现通量水平一致的现象，在此期间太阳风动压在0.4～5 nPa之间起伏变化，AE指数也存在频繁起伏，行星际磁场无明显Bz南北向变化.
上述三组高能质子观测通量之间的强度差异可能源自太阳质子通量在磁层中传输 的‘东西’效应影响，‘东西’效应取决于太阳质子在磁层传输中的截止刚度，GOES15卫星西向观测的高能质子其引导中心位于地球同步轨道外侧，等效于处于其地磁截止的外面，可观测到相对这一截止外部的高能质子(Boyntonl et al.,2013; Rodriguez et al.,2010)，东向观测的高能质子其引导中心位于地球同步轨道内侧，等效于观测到的是内部的高能质子，而FY2G卫星为高速自转卫星，其观测的高能质子是内外部高能质子的综合平均，由此可以解释卫星观测到的三组高能质子通量水平差异.能量更高的质子其地磁截止越向磁层内深入因此观测到的不同能量质子通量表现出随着能量增强起伏变化逐渐减小的现象.太阳风动压会将地磁截止向内磁层移动(Boynton1 et al.,2013；Rodriguez et al.,2010)，在强的太阳风动压的影响下日下点磁层顶位置可能出现在地球同步轨道以内或接近这一位置，从而使得各能道通量强度趋于一致并达到相同的峰值水平，并表现出与ACE一致的起伏变化.伴随低太阳风动压和持续较强的AE指数三组高能质子通量水平仍出现的趋于一致的现象，表明与亚暴相关的磁尾布局增强了在低太阳风动压条件下的太阳质子向更低L进入的机会(Boynton1 et al.,2013；Rodriguez et al.,2010)，从而使得内部通量与外部通量水平达到一致.后续高能质子通量在减少期间的震荡变化则可能与太阳风动压的起伏存在一定的关联.
图6 太阳质子事件演化Fig.6 Solar proton events evolution
5 结论
利用FY2G高能带电粒子探测仪器开机以来观测数据，较为详细的追踪了亚暴、磁暴期间的高能电子响应变化和太阳质子事件期间的高能质子响应变化，发现了不同扰动期间的粒子变化的一些特征，如下：
(1) 亚暴活动在不同地方时对高能电子通量产生不同的影响，亚暴发生在FY2G卫星处于地方时子夜附近，200～800 keV高能电子通量出现剧烈的起伏变化，粒子通量发生显著减少和注入现象；亚暴发生在FY2G卫星处于其他地方时期间，200～800 keV高能电子通量表现出类似锯齿形的通量分布.亚暴期间卫星地方时2015年2月1日23∶30左右观测到200～800 keV高能电子各能道同时、突然快速增强，增强的电子在随后的漂移过程中产生了明显的能量色散变化.
(2) 3月、6月期间两起强磁暴导致>2 MeV的高能电子出现显著增强，电子通量表现出不同的上升时间尺度.3月高能电子通量上升表现出持续4天的缓慢增强趋势，6月高能电子通量上升表现出1—2天的快速增长.
(3) 6月连续观测到两起太阳质子事件，分别出现在6月18日和6月21日，两起事件强度峰值分别约为16/(cm2·s·sr)、1000/(cm2·s·sr)，观测能谱显示未出现>40 MeV的太阳质子.除峰值强度差异外，两起事件在通量的上升期和减少期表现出不同的演化方式，18日的质子通量表现出较为平滑的变化；21日质子通量表现出时间尺度为几个小时的小幅起伏变化.
深入开展与GOES卫星同期观测结果比对分析，发现：
(1) 地磁场位形、卫星观测位置等诸多影响因素使得FY2G、GOES13和GOES15卫星同期观测到的>2 MeV高能电子通量存在显著的地方时差异，转换成相同地方时的通量分布表明：通常在日侧通量差异较小，各卫星观测粒子通量之间存在相对稳定的偏差；在夜侧由于局地磁场的剧烈频繁影响，各卫星观测粒子通量之间差异最大.三颗卫星对6月高能电子的短时增强的观测反映出扰动对地方时日侧的强烈影响，使得观测到的带电粒子通量在日侧差异加大.
(2) 在不同太阳风和地磁亚暴活动条件影响下，FY2G、GOES15卫星观测到高能质子由于地磁截止不同导致的通量演化差异.低太阳风动压和弱亚暴活动期间， FY2G卫星到的质子通量略低于GOES15.强太阳风动压将地磁截止向内磁层移动，从而使得FY2G、GOES15卫星观测到高能质子通量水平基本相当.低太阳风动压和增强的亚暴期间，仍为太阳质子向更低L进入提供了机会，从而使得FY2G观测到的高能质子通量水平基本相当于GOES15卫星.
通过对FY2G卫星典型动态现象观测结果较为详细的分析描述，表明FY2G卫星高能带电粒子探测器能够准确反映出轨道空间粒子环境动态变化特征，观测数据可开展更加精细的轨道粒子环境评估.不同卫星观测数据比对分析检验了高能带电粒子动态响应的详细信息，反映出开展卫星星载高能带电粒子局地探测的重要性，同时也反映出不同空间位置观测可提供不同地方时的更加全面覆盖的同时观测，通过联合观测可以发展磁层对扰动响应更加复杂的图像，为今后深入研究带电粒子起源、重新分布、损失机制等提供新的可能.不同卫星观测数据比对分析还可以用来指导今后的数据同化应用，为多卫星观测数据一致使用提供必要的参考.本文仅给出了FY2G卫星开机工作初期获得的一些相对典型的动态结果，并就这些结果的动态过程进行了较为细致的描述，凸显了FY2G卫星新一代带电粒子探测仪器探测能力和水平.现阶段，太阳活动相对较弱，带电粒子动态扰动现象并不十分剧烈，今后随着观测数据的更多积累，观测现象的更加丰富，将进一步开展更细化、深入的带电粒的动态响应变化研究，并发展多星联合观测的相关研究工作.
致谢 感谢国家气象局提供了FY2G卫星高能带电粒子实时接收数据，Kyoto大学WDC地磁台站公布的实时Dst指数, NOAA/GOES公布的高能粒子通量资料，感谢ACE/SWEPAM公布的太阳风等离子体、磁场资料.
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(本文编辑 汪海英)
Energetic particle observations on board the FY2G satellite
WANG Chun-Qin1,2*, SUN Yue-Qiang1,2， ZHANG Shen-Yi1,2， JIN Tao1,2, ZHANG Huan-Xin1,2， LI Jia-Wei3， ZHANG Xiao-Xin3， WEI Fei1,2， SHEN Guo-Hong1,2， HUANG Cong3， LIANG Jin-Bao1,2， SHI Chun-Yan1,2
1NationalSpaceScienceCenter,ChineseAcademyofSciences,Beijing100190,China2BeijingKeyLaboratoryofSpaceEnvironmentExploration,Beijing100190,China3NationalSatelliteMeteorologicalCenter,NationalCenterforSpaceWeather,Beijing100081,China
The FY2 series satellites are the principal observational platforms for covering dynamic weather events and the near-earth space environment in China. High energy particle detectors carried on the satellites have provided continuous and simultaneous monitoring of the geosynchronous energetic particle environment. The FY2G satellite is equipped with a new generation of energetic particle detectors, including two instruments for monitoring geostationary altitude incident flux density of protons, alpha particles, and electrons in more extensive and precise range of energy levels. The high energy electrons instrument senses incident flux of 200 keV to greater than 4 MeV high energy electrons with eleven channels. The high energy protons and heavy ions instrument senses incident flux of high energy protons with seven channels from 4 MeV to 300 MeV. The paper presents several representative observations performed from Jan 2015 until Oct 2015 with the new detector aboard on the FY2G satellite. A precise description and preliminary analysis of particle dynamics during disturbances such as magnetic storm, substorm, and solar eruption suggests that the detector can accurately respond to various disturbances and can provide refined particles data. Further comparison of particle dynamic observations of FY2G satellite with GOES series satellites leads us to believe that significant differences exist in particle flux evolvement. It appears that under some conditions the energetic particle fluxes can enter into a coherent level, yet intensive disturbances can cause great difference between observations of the satellites, which can be helpful for data assimilation of multi-satellite as well as further research in more complicated magnetosphere energy particle dynamics.
FY2G satellite; Energetic protons; Energetic electrons; Geostationary orbit (GEO)
10.6038/cjg20160902.
国家自然科学基金(41404149)资助.
王春琴，女，1978年生，博士，主要从事磁层带电粒子探测数据处理分析工作. E-mail:WCQ@nssc.ac.cn
10.6038/cjg20160902
P353
2015-12-04，2016-07-22收修定稿
王春琴， 孙越强， 张坤毅等. 2016. FY2G卫星新一代高能带电粒子探测器观测数据分析. 地球物理学报，59(9):3148-3158,
Wang C Q, Sun Y Q, Zhang S Y，et al. 2016. Energetic particle observations on board the FY2G satellite.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),59(9):3148-3158,doi:10.6038/cjg20160902.
