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基于多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发胸腔积液事件的方法

阅读：720发布：2020-05-21

专利汇可以提供基于多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发胸腔积液事件的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发胸腔积液事件的方法，该方法对空间天气事件中多波段观测数据进行联合分析，其中多波段观测数据包括光学观测数据、射电观测数据、高能射线探测数据、日地空间环境参数以及宇宙线流量数据；根据观测数据出现的时间和可能影响地磁场的概率，对采用多波段观测数据的预警概率做出分类和分级，并作为地磁暴诱发胸腔积液事件的预警指标，对该事件进行提前预警；本发明方法具有预报时间早、观测数据多、科学依据合理、预警时间长、效率和准确性高等优点。，下面是基于多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发胸腔积液事件的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发胸腔积液事件的方法，其特征在于：对空间天气事件中多波段观测数据进行联合分析，其中多波段观测数据包括光学观测数据、射电观测数据、高能射线探测数据、日地空间环境参数以及宇宙线流量数据；根据观测数据出现的时间和可能影响地磁场的概率，对多波段观测数据的预警概率做出分类和分级，并作为地磁暴诱发胸腔积液事件的预警指标，对该事件进行提前预警。
2.根据权利要求1所述的基于多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发胸腔积液事件的方法，其特征在于，预警分级指标如下：光学活动区出现和2800MHz频段太阳射电流量上升作为早期预警指标；低频太阳射电流量上升作为中期预警指标；日地空间参数，包括等离子体密度、太阳风风速上升、南向北磁场变化作为中后期预警指标；宇宙线流量下降作为后期或紧急预警指标。
3.根据权利要求1所述的基于多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发胸腔积液事件的方法，其特征在于：所述对地磁暴诱发胸腔积液事件进行提前预警是给予胸腔积液疾病潜在的患者充分的药物干预和治疗有助于降低太阳活动引起的地磁扰动对人类的负面影响。

说明书全文

基于多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发胸腔积液事件的

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发胸腔积液事件的方法，是空间灾害性天气研究中关于太阳活动引起的渗透性胸腔积水病症的预警手段，尤其适用于空间灾害性天气引发的重大相关疾病的预防。

背景技术

[0002] 有证据表明在太阳剧烈活动时期，西日面具有南向磁场的耀斑产生日冕物质抛射（CME）达到地球时会引起地磁场变化，在强的交变电磁场作用下多种生理指标将受到影响，国外研究表明分别在变电站、工业区以及高压输电线附近的居民在心血管疾病、精神类疾病方面会有明显增高的表现。其内在机理，科学界目前认为是人体内离子例如Ca2+、K+、Na2+、OH-在低频交变电磁场情况下会产生谐振或者磁力矩变化情况，这会使得人体内激素分泌水平，生物膜透过水平等发生变化。

[0003] 2012年V. S. Martynyuk等人总结到：在低频交变电磁场作用下首先将引起离子形成共振和极化变化，然后影响亲水-疏水基团的平衡性，然后将改变生物膜和双向脂类透过膜的表面物理动态活性，进而影响生物膜渗透率以及膜蛋白的活性；同时他们认为有两种途径可以阐释生物膜在磁场的变化：1. 正如他们所作的试验：在实验室内的动物检测；但此法仅能在动物身上看到相关现象，推广到临床验证；2.利用大规模的宇宙-地球物理现象，直接统计多年的相关疾病，以期发现有效的内在规律。

[0004] 但V. S. Martynyuk等人尚未在临床中实际观测到在空间天气变化期间相关生物膜病变情况，主要由于国外医院相对规模较小，且生物膜相关疾病不属于急性疾病，为此很难从他们传统的统计急诊数据的办法得到。

[0005] 胸膜作为人体内面积较大的生物膜，其渗透性和多种因素相关。若胸膜的渗透性增加将产生胸水且易于发现。渗出性胸腔积液的产生主要和胸膜渗透性增加有关，其病因包括：结核性、继发于肺炎、癌性胸膜转移等等。很少有患者仅仅因为胸腔积液死亡，但是渗出性胸腔积液的存在将给患者造成明显的临床不适：胸痛、呼吸困难、心悸、发绀等等。若治疗不及时彻底将产生胸膜粘连、增厚、广泛钙化等而致胸廓顺应性下降，肺容积减小，最终呼吸甚至心功能受损。临床上我们注意到一段时间内其发生率会明显增多，甚至入院时不存在胸水，而后出现并需要行胸腔穿刺或胸腔闭式术者。

[0006] 昆明医科大学第一附属医院呼吸内科对2009年-2015年五个时间段胸腔积水疾病的发病率做了全部统计。遴选了第24太阳活动周期内（2009年1月至2014年1月期间）每年2.10-3.10、3.15-4.10、5.1-6.14、9.1-9.25以及11.1-12.5共5个时间段内地磁场环境的年变化与渗出性胸腔积液确诊人数及其所占总入院收治人数的百分比数之间的相关度，发现不同年同一时期内的地磁指数变化与渗出性胸腔积液发病率呈较好的正相关性，相关系数分别达可达1.000（p＜0.001）、0.900（p＜0.05）、0.6000、0.738和1.000(p＜0.001)（Dst–收治确诊人数相关度）和0.667、0.900（p＜0.05）、0.700、1.000(p＜0.001)和1.000(p＜
0.001)（Dst–胸腔积液收治百分比相关度）。

发明内容

[0007] 本发明的目的是提供一种基于多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发胸腔积液事件的方法，该方法是针对太阳活动时期对渗透性胸腔积水病症进行预警的一种有效手段，旨在利用太阳活动中显著的多重观测数据，对即将引起的地磁扰动进行时间推测，进而对可能发生的渗透性胸腔积水病症做出有效的预警判断。

[0008] 针对空间天气事件中地磁暴诱发胸腔积液这一潜在人体健康影响因素进行有针对性的数据分析、预警预报，太阳爆发导致的空间天气事件中多波段观测数据均有异常表现，其反应为大光学活动区出现、X-ray流量上升、2800MHz频段和低频太阳射电流量上升、日地空间参数（包括：等离子体密度、太阳风风速上升、南向北磁场变化）以及宇宙线流量参数变化，采用多重观测数据可以提高预警时间和准确性等，同时有效的规范化数据有助于空间天气相关业务的开展。

[0009] 本发明方法对空间天气事件中多波段观测数据进行联合分析，其中多波段观测数据包括光学观测数据、射电观测数据、高能射线探测数据、日地空间环境参数以及宇宙线流量数据；根据观测数据出现的时间和可能影响地磁场的概率，对多波段观测数据的预警概率做出分类和分级，并作为地磁暴诱发胸腔积液事件的预警指标，对该事件进行提前预警。

[0010] 根据空间天气研究结论，根据不同的观测数据出现的时间和可能影响地磁场的概率将上述多重观测数据的预警概率做出分类和分级，概率从低到高和预警分级指标如下：光学活动区出现和2800MHz频段太阳射电流量上升作为早期预警指标，低频太阳射电流量上升作为中期预警指标，日地空间参数，包括：等离子体密度、太阳风风速上升、南向北磁场变化作为中后期，宇宙线流量下降作为后期或紧急预警指标，最后地磁暴指数作为验证指标不计入方案内。

[0011] 所述对地磁暴诱发胸腔积液事件进行提前预警是给予胸腔积液疾病潜在的患者充分的药物干预和治疗有助于降低太阳活动引起的地磁扰动对人类的负面影响。

[0012] 本发明的研究方案是：对多重太阳观测数据的分级：1、光学活动区+2800MHz太阳射电流量监测方法：
直接通过光学观测确定日面大活动区，黑子数目，做出早期预报（图1），通过该图像可以观测到太阳耀斑、谱斑和暗条等太阳活动现象；
太阳10.7厘米波长（2800-2840MHz，视无线电环境而定）的射电辐射通量是表征太阳活动水平的一个重要参量，称为太阳F107指数（图2）。

[0013] 由于太阳黑子的周期具有从几日到世纪的周期变化，且其面积和数量也具有相同的周期变化，在太阳射电太阳10.7厘米波长（2800MHz）和黑子的变化具有很高的相关性，足以反映太阳长期活动和日地效应的变化。为此，太阳在2800MHz上的射电辐射通量是表征太阳活动水平的一个重要参数，在空间、天文等研究领域称为太阳F107指数，单位为SFU（太阳流量单位，Solar Flux Unit），1SFU=10-22w Hz-1m-2），其一般范围在60到300之间。

[0014] F107指数和太阳黑子数有很好的对应关系；在太阳活动峰年，太阳F107指数通常会超过200，在较短的时间范围内还可能高达300，因此，常用F107 指数划分太阳活动的总体水平；一般情况下，平均F107指数高于180的年份称为典型的太阳活动峰年，平均F107指数低于90的年份称为典型的太阳活动谷年。

[0015] 2、米波---十米波等低频太阳射电观测该方法可探测距离远远大于其他探测方式，同时低频射电天文监测空间天气事件不受刮风、下雨、天阴等自然环境影响，具有光学等其他监测手段不可比拟的优势，且具有全天候监测的特点；
太阳活动在低频无线电上的观测数据反映了太阳活动等离子体抛射物CME在日地空间传播过程中重要的物理特性。CME中等离子体发射频率与等离子体密度之间随着CME物质远离太阳，其发射出来的无线电频率也在随之降低，为此太阳物理界一致认为地基太阳射电望远镜所能观测到的无线电爆发频率越低，CME物质离我们就越近。目前由于地球电离层阻挡，地基射电望远镜只能观测到15MHz频率以上的射电天文信号，约两到三个太阳半径高度；如图3所示。

[0016] 根据电磁波与等离子体在自由空间中的速度关系，电磁波是按照光速传播的，而等离子体是按照明显小于光速的速度传播的（约300km/h 1000km/h），则我们总是先探测到~低频电磁波的异动，两到三天以后等离子体物质才能到达地球引起地球的地磁爆发。

[0017] 太阳米波---十米波段发生爆发后，根据等离子体运动速度，地磁暴会发生于该爆发后2-3天内(图4)。

[0018] 3、根据太阳风相关参数推测日地空间情况等离子体物质进入到日地空间后会引起太阳风相关参数一系列的变化，经ACE(Advance Composition Explorer)卫星观察，可以知道太阳风目前状态。

[0019] 在空间天气事件中，由于不同CME内在的物理性质不尽相同，其引起太阳风参数变化也不尽相同，为此在研究中引入了太阳风动态压D（solar wind dynamic pressure）（图5）：
（1）
其中，N为等离子体密度（1/cm³）；V为太阳风速（㎞/s）。

[0020] 4、宇宙线福布希下降的观测根据天体物理研究表明福布希下降是由于太阳活动中巨型耀斑将CME物质抛射到日地空间中对宇宙线进行了遮挡而造成的流量下降，通过观测宇宙线的福布希下降可以获知日地空间中等离子体密度变化，如图6所示；
从其发现到地磁暴发生存在不超过20小时的预警时间，该现象可以作为地磁爆发的紧急预警信号。

[0021] 从上述何种观测数据，不同的观测在预警、预报地磁爆发诱发的胸腔积液事件中预警时间、概率是不同的，总结于表1：表1各种观测数据的预警时间及其预警概率比较
本发明的效果是：
1、根据早、中、中-后、后期等多级观测数据定义预警指标，数据可靠；
2、其中早期的预警信息可以提前4天以上，预警地磁爆发诱发的胸腔积液事件，具有较长的预警时间；
3、其中中-后、后期预警指标具有较高的准确性。

[0022] 本发明具有预报时间早、观测数据多、科学依据合理等特点；1、采用的日面光学观测数据和2800MHz太阳射电流量值，其是太阳活动早期最重要和直观的表征；
2、随后采用的太阳低频射电爆发数据，其是一直日冕物质抛射现象的重要早期表征；
根据不同物质的传播速度，射电信号总是先于日冕抛射物到达，进而射电爆发现象总是先于地磁爆发现象发生；
3、在随后的日地空间收到CME的影响中，可以通过空间物理参数来推断CME的内在强度、速度等信息，进而推知可能发生的地磁暴事件的时间、等级等参数；
4、在随后的宇宙线流量变化即福布希现象是CME逼近地球的重要指示，作为紧急预警指标；
5、在上述观测数据的时间差内可以做好渗透性胸腔积水病症预防的准备。
附图说明

[0023] 图1是日面Hα图像；图2是太阳射电2800MHz长期流量变化；
图3是不同的微波爆发频率对应于不同的等离子体抛射高度；
图4是不同微波频率可探测CME的运动高度示意图；
图5是ACE卫星的太阳风参数：密度（p/cm3）、风速（km/s）、温度（K）；
图6是太阳爆发抛射物与福布希下降的关系。

具体实施方式

[0024] 实施例1：本基于多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发胸腔积液事件的方法，针对太阳爆发导致的空间天气事件中多波段观测数据有异常表现，对空间天气事件中多波段观测数据进行联合分析，多波段观测数据包括光学观测、射电观测、高能射线探测、日地空间环境相关参数以及宇宙线流量等多种数据；根据观测数据出现的时间和可能影响地磁场的概率，对多波段观测数据的预警概率做出分类和分级，并作为地磁暴诱发胸腔积液事件的预警指标，对该事件进行提前预警。

[0025] 首先，太阳光学观测数据和2800MHz 太阳射电流量值可以从国家卫星气象中心空间天气预报网站（http://www.nsmc.org.cn/NSMC/Home/Index.html）获取；在发现日面出现较大的光学活动区后，即可发出早期预警信号，但是可能发生的地磁暴概率不高；其次，在发现光学大耀斑和2800MHz 太阳射电流量值异常后，通过日本野边山太阳射电频谱仪的观测数据（http://sunbase.nict.go.jp/solar/denpa/realtime_ymg.html）获取低频太阳射电频谱信息，如果发生低频太阳射电爆发，则可以发出中期预警信号；
然后，在低频太阳射电爆发后，通过美国国家海洋和大气管理局天气预报网站，其中的太阳风参数主页：http://www.swpc.noaa.gov/products/ace-real-time-solar-wind获取每天太阳风中的相关物理参数信息，包括：等离子体密度、太阳风风速上升、南向北磁场等情况，通过等离子体密度、太阳风风速计算得到太阳风动态压D，同时南向北磁场振荡振幅也会在同时有所增加，此时可以发出中后期预警信号，表示CME物质已经进入日地空间，并产生相应的扰动；
然后，通过中国科学院国家空间科学研究中心的宇宙线观测网站：http://
www.sepc.ac.cn/cosmicRays_chn.php获取当前宇宙线流量信息，当发现流量下降时，可以推断目前CME物质已经接近地球，发出后期/紧急预警信息，此时距地磁暴只有不足20小时；
最后，通过中国科学院国家空间科学研究中心的地磁场观测数据网站：http://www.sepc.ac.cn/dstModel_chn.php获取地磁场Dst指数信息，和http://www.sepc.ac.cn/Kp3HPred_chn.php获取地磁场Kp指数信息，作为时候验证信息。

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