A new forecast method of solar proton events based on X-ray flare peak flux, longitude, and impulsive time

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Solar proton events have been regarded to be very important in that they may cause the damage of spacecrafts and human activities. In this study, we have examined the longitudinal dependence of solar proton events and their relationships with x-ray flares. For this we used NOAA solar energetic particle (SEP) events whose fluxes of > 10 MeV protons are greater than or equal to 10 particles cm^(-2) sec^(-1) ster^(-1) from 1976 to 2006, and their associated X-ray flare data. As a result, we found 166 proton events associated with major flares; 85 events associated with X-class flares and 81 events associated with M-class flares. Then we examined the fraction of proton events relative to total major X-ray flares and its longitudinal dependence. We found that about only 3.5% (1.9% for M-class and 21.3% for X-class) of the flares are associated with the proton events. We found that this fraction strongly depends on longitude; for example, the fraction for 30°W < L ≤ 90°W is about three times larger than that for 30°E < L ≤ 90°E. We also note that the occurrence probability of solar proton events for flares with long duration (≥ 0.3 hours) is about 2 (X-class flare) to 7 (M-class flare) times larger than that for flares with short duration (< 0.3 hours). In addition, the relationship between X-ray flares peak fluxes and protons fluxes as well as its correlation coefficient are strongly dependent on longitude, for example the correlation (r=0.68) for 30°E < L ≤ 90°E is much larger than that (r=0.39) for 30°W < L ≤ 90°W. Finally, we suggest a new proton event forecast method with two-steps : (1) solar proton occurrence probability prediction according to the contingency tables depending on its associated flare strength, longitude, and impulsive time, (2) solar proton peak flux prediction using the result of a multiple linear regression method for three different longitudinal regions.

국문 초록 (Abstract)

태양으로부터 나오는 고에너지 입자는 우주환경의 중요한 요소 중 하나이다. 이 입자들은 인공위성이나 탐사선 고장의 원인이 되기도 하며 우주인에게도 직접적인 피해를 줄 수 있다. 본 연구에서는 고에너지 입자의 태양 경도별 분포에 따른 특성과 플레어의 관계에 대해 연구하였다. 이를 위해 1976년부터 2006년까지 10MeV이상의 에너지를 가진 입자가 10개 cm^(-2) sec^(-1) ster^(-1) 이상 입사할 경우를 고에너지 입자로 정의한 NOAA의 태양 고에너지 입자 리스트와 GOES위성의 X-ray 플레어 데이터를 사용하였다. 여기에서 X-class 플레어와 연관된 85개의 이벤트와 M-class 플레어와 연관이 있는 81개의 이벤트 총 166개를 선별하였다. 이를 이용하여 X-ray 플레어가 발생하였을 경우에 고에너지 입자 이벤트가 발생할 확률을 태양 경도별로 분석해 보았는데 1976년부터 2006년까지 발생한 플레어 중 3.49% (X-class: 21.25%, M-class: 1.89%)가 태양 고에너지 입자 이벤트와 관련이 있다는 것을 확인하였다. 또한 태양표면의 서쪽(30°W < L ≤ 90°W)에서 고에너지 입자가 발생할 확률이 동쪽(30°E < L ≤ 90°E)보다 3배정도 높다는 것을 확인하였다. 그리고 플레어의 지속기간이 긴 이벤트(≥ 0.3 hours)가 플레어의 지속기간이 짧은 이벤트(< 0.3 hours)보다 고에너지 입자가 발생할 확률이 X-class 플레어가 발생할 경우에 약 2배, M-class 플레어가 발생할 경우 7배 정도 높은 것을 확인하였다. 그리고 플레어의 최대 플럭스와 고에너지 입자의 플러스 사이의 관계를 태양경도별로 보았을 때, 동쪽지역(30°E < L ≤ 90°E)에서는 높은 상관관계(r=0.68)를 보이는 반면 서쪽지역에서는 낮은 상관관계(r=0.39)를 보였다. 우리는 이 연구 결과를 통하여 새로운 방법의 태양 고에너지 입자 예측 모델을 제안 하고자 한다. 첫 번째로 플레어 최대 플럭스와 경도, 그리고 지속기간을 이용한 태양 고에너지 입자의 발생 비율 예측, 그리고 플레어 최대 플럭스와 경도, 그리고 지속기간의 함수를 이용한 태양 고에너지 최대 플럭스 예측이다.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1. Introduction = 1
• Chapter 2. Solar protons = 3
• 2.1 Types = 3
• 2.2 Longitudinal dependence = 8
• Chapter 3. Data and analysis = 12
• Chapter 4. Result and discussion = 14
• 4.1 Proton occurrence probability = 14
• 4.2 Relationship between proton peak flux and flare peak = 19
• 4.3 Prediction of the proton peak flux = 24
• 4.4 Rise time on Ap index = 29
• Chapter 5. Summary and conclusion = 34
• Bibliography = 38
• 초록 = 43
• 감사의 글 = 44