利用多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发心脑血管事件的方法专利检索-太阳风星风天文学专利检索查询-专利查询网

利用多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发心脑血管事件的方法

阅读：88发布：2020-07-02

专利汇可以提供利用多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发心脑血管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利用多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发心脑血管事件的方法，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，并作为地磁暴诱发心脑血管事件的预警指标，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。，下面是利用多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发心脑血管事件的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种利用多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发心脑血管事件的方法，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，并作为地磁暴诱发心脑血管事件的预警指标，对该事件进行提前预警。
2.根据权利要求1所述的利用多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发心脑血管事件的方法，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所述的利用多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发心脑血管事件的方法，其特征在于：所述的对地磁暴诱发心脑血管事件进行提前预警是给予心脑血管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

利用多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发心脑血管事件的

方法

技术领域

[0001] 本项发明涉及一种利用多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发心脑血管事件的方法，其是空间灾害性天气研究中关于太阳活动引起的心脑血管事件的预警方法，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] 剧烈太阳爆发和CME是空间灾害天气的驱动源（Coronal Mass Ejections，日冕物质抛射），也是直接影响人类近地空间环境特别是地磁场变化最重要的因素。研究太阳活动规律并对它进行监测和预报，已经成为全球共同关心的一个重大课题，同时对国民经济发展、国家安全和人类生活具有重要的实用意义。

[0003] 人体磁场是在地球磁场这一个大背景下产生、维持的。这2个磁场之间必定存在着相互作用。研究表明人体确实与电磁场发生着相互作用，细胞膜是电磁场对细胞作用的靶点。静息细胞膜电位是维持细胞生命活力的基础指标,确保细胞内外维持正常生理状态的离子分布。安静时活细胞的膜电位约为70mV ,癌变或死亡细胞的膜电位将会发生变化。在外加电场作用下,细胞膜电位发生变化,偏离静息膜电位,引起离子通道的开关状态发生改变,影响细胞膜对离子的选择通透性,从而导致相应的离子发生跨膜运动,致使细胞内外离子浓度发生变化而偏离正常的离子分布平衡状态,引起细胞产生各种有利于或不利于其存活的生化和生理状态的改变。

[0004] 地空关系--太阳活动--空间天气变化是诱发地球物理环境尤其是人体周围地磁场--电离层变化的主要因素。研究太阳活动规律并对地磁场变化进行监测和预报，已经成为全球共同关心的一个重大课题。就目前而言，生物地球物理学是地球物理学与生物学的前沿交义，就整体研究水平而言，生物地球物理研究目前还处于观测和数据积累的阶段，理论、方法、技术和机制研究仍很缺乏。围绕重要科学问题，在研究思路上还需要强调多学科联合，加强实验室模拟和数值模拟的综合研究。在技术层面上还需要研发新技术、新方法和新装备，大力提高生物地球物理学研究的能力和水平。

[0005] 从上世纪60年代开始国外科学界开始注意到太阳活动诱发的空间天气事件对人类的健康可能有潜在影响，其代表有Friedman 等人于1963年、1965年以及B.J. Lipa等人于1976年在《Nature》上多篇文章, 通过比对在空间天气事件中典型的地磁爆发事件当日、随后几日内心脑梗、精神类疾病医院日收治人数相对于地磁宁静期的变化情况，就发现了在地磁活动期间上述疾病的日平均收治率较之于地磁宁静期有明显上升。

[0006] 从那时候开始国外对空间天气变化导致的心血管事件的已经开展了多年的研究：现在集中发现受到影响的人体健康指标主要体现在心血管事件方面。

[0007] E. Stoupel.J.等人于1995-1997年研究了太阳质子数流量、2800MHz波段流量与心梗、脑卒中之间的关系，得出2800MHz太阳射电流量变化与心血管疾病的正相关性最高 (0.56, P<0.001) ；S. Dimitrova等人与2009年通过监测86名健康志愿者在地磁活动当天及前后三天内的血压变化，得出结论：极强地磁活动前一天人体舒张压和收缩压都有明显的改变，为心血管疾病带来了隐患；2010年Ch. Katsavriasp等人发现：ST及NST段抬高的急性冠状动脉综合症的月发病率均与CME和耀斑（flare）有很强的正相关性最高可达（0.84，p<0.001）。

[0008] 另外一些研究也证实，当太阳活动致地磁明显变化时，人体正常生物节律即受到影响，机体将产生应激反应以适应新的环境。同时，心血管的相关指标将会发生变化，如血压升高，心率增快，心律失常、心衰的发病率增加等，该假设已被国外动物实验所证实。

[0009] 国内也有少量相关科学研究成果，1995年曾治权等人通过比对太阳活动多种指标参数，包括2800MHz太阳活动流量，太阳耀斑数，太阳黑子相对数与冠心病、脑卒中之间关系，其中2800MHz太阳射电流量变化与两种疾病发病率的正相关性最高（相关度达到0.618和0.591）。

[0010] Juraj Gmitrov等人于2007年对兔子进行了动、静两种电磁场的照射实验，其中动态的交变磁场实验完全模仿了地磁暴环境，他们的实验结果证实在地磁暴环境下，实验兔的微循环和动脉压力反射敏感性均发生降低的现象，这是心血管事件发生的主要前兆表现。为此有人推测：地磁场的变化带动生物体内在磁场的变化，影响了动物体内亲疏水基团-的相互作用，改变金属离子的电离程度，使游离OH 和H2O2的比例变化，使神经内分泌体系受影响，血压心率改变，血液的粘性和凝固性受到影响，导致心血管疾病在内的一系列疾病的发生、发展。

[0011] 太阳剧烈活动和日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection, CME)现象是导致地磁变化直接因素，研究这种因素与人体健康的关系，尤其是研究其对心血管疾病发病的影响：临床特征和转归，为健康预报和诊断治疗提供依据，已经成为全球共同关心的一个重大课题，对国民经济发展、国家安全和人类生活具有重要的实用意义。

[0012] 宇宙线的福布希下降（cosmic ray Forbush Decrease，简称 FD）现象空间天气事件中的一种典型事件，它是由于太阳活动中巨型耀斑将日冕物质抛射到近日地空间中，对宇宙线产生了遮挡而观测到的宇宙线流量下降，通过监测宇宙线的变化可以获知日地空间中等离子体密度变化，进而推测地磁活动发生时间。

[0013] 为此Dorman, L.I等人通过观察FD现象和心血管事件之间的变化关系获得了地磁场变化时刻与心梗，脑卒中发病率上升时间先后顺序：一般情况下FD现象发生于心脑梗事件前15-20小时内，这就为采用FD现象预警该类事件提供了理论依据。

[0014] 但FD现象出现到地磁暴发生之间的时间较短，通过基于监测FD推测地磁活动变化约为15-20个小时，此时间段从心血管事件预防的角度而言，不具备实用价值。太阳活动之前和早期总是存在一定的观测特征，包括在光学观测中的日面大耀斑出现，2800MHz射电流量和X射线流量的增强，低频太阳射电出现异常频谱等，经过近十年的发展国际上已经建立了完备的观测体系，且这些数据都是国内目前可以及时获得的，如何分析这些不同观测数据与心血管事件发病之间的关系，在临床上从心血管事件发病机理上探寻影响因素，这在国内国际上相关研究还处于空白阶段。

[0015] 通过技术手段在太阳爆发到地磁活动的期间对人体心血管事件的发生进行预警和健康预报，在此基础上研究干预手段，将是地球物理研究对心血管这一人类重大疾病的预防和控制有重要意义。

发明内容

[0016] 本发明的目的是提供一种利用多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发心脑血管事件的方法，该方法是针对太阳活动时期对诱发的心脑血管事件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，进而对可能发生的心脑血管事件做出有效的预警判断。

[0017] 针对空间天气事件中地磁暴诱发人体心脑血管事件这一潜在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（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，采用上述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。

[0018] 本发明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，并作为地磁暴诱发心脑血管事件的预警指标，对该事件进行提前预警。

[0019] 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预警指标，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。

[0020] 所述的对地磁暴诱发心脑血管事件进行提前预警是给予心脑血管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。

[0021] 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
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（见图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）。

[0022] 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。

[0023] 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。

[0024] 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。

[0025] 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，而等离子体是按照大大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。

[0026] 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）。

[0027] 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。

[0028] 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）。

[0029] 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。

[0030] 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心脑血管事件中预警时间、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
。

[0031] 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心脑血管事件，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。

[0032] 本发明具有预报时间早，观测数据多，科学依据合理等特点。

[0033] 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心脑血管事件的预防准备。
附图说明

[0034] 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

[0035] 实施例1：本利用多重空间天气观测数据预警地磁暴诱发心脑血管事件的方法，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，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，并作为地磁暴诱发心脑血管事件的预警指标，对该事件进行提前预警。

[0036] 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，并通过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。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种采用无质损磁动力推进的深空探测器	2020-05-22	249
月球卫星太阳风低能离子探测器实时数据的处理方法	2020-05-16	603
月球卫星太阳风低能离子探测器实时数据的处理方法	2020-05-17	196
网际协议服务水平协定路由器自动配置	2020-05-26	605
太阳风干燥房	2020-05-11	879
一种采用无质损磁光双帆组合推进的深空探测器	2020-05-22	819
使用边完成比的路径探测	2020-05-27	232
一种太阳风发电设备	2020-05-12	557
一种计算中低纬度地区电网中的地磁感应电流的方法	2020-05-19	299
太阳风能发电机	2020-05-13	704