弧狀極光事件檢測及其物理發(fā)生機制研究.pdf

1、極光是地球高緯地區(qū)磁層的高能帶電粒子和中性粒子發(fā)生碰撞后產(chǎn)生的大氣發(fā)光現(xiàn)象，還是一種由太陽風(fēng)、磁層和電離層相互耦合造成的物理過程。人們通過對極光形態(tài)及其演化過程的系統(tǒng)觀測，發(fā)現(xiàn)不同形態(tài)的極光圖像能夠反映出不同的物理過程。弧狀極光是日側(cè)極光的一個重要形式，它的發(fā)生和分布與地磁活動和磁層中的脈動現(xiàn)象相關(guān)。基于此，本文系統(tǒng)地研究了弧狀極光事件的檢測及其物理發(fā)生機制。
　　首先，針對已有的弧狀極光檢測方法處理整幅圖像時包含未拍攝到極光的區(qū)

2、域帶來的冗余性，提出一種基于環(huán)形局部方向模式特征（RLDP）的弧狀極光分類方法。該方法先將圖像進行局部方向模式（LDP）編碼得到LDP圖像，將其劃分成極坐標系中的多個環(huán)形區(qū)域，再對LDP圖像按環(huán)形區(qū)域進行特征提取及自動調(diào)節(jié)譜聚類。實驗結(jié)果表明，相較于其它弧狀極光特征提取方法，用環(huán)形局部方向模式特征提取方法可以更準確地檢測出弧狀極光序列的發(fā)生和結(jié)束時刻。
　　其次，針對弧狀極光序列的檢測問題，提出一種基于環(huán)扇形分塊SRLDP的弧狀極

3、光序列檢測方法。該方法先按照極光序列在時間域的前后關(guān)系，提取出極光序列最突出的方向值表示為序列局部方向模式（SLDP）圖像；然后將其劃分成極坐標系中的多個環(huán)扇形區(qū)域，再按環(huán)扇形區(qū)域進行特征提取及自動調(diào)節(jié)譜聚類，來檢測弧狀極光序列。實驗結(jié)果表明，用此特征提取方法表示的極光序列特征，能夠得到更好的檢測效果。
　　最后，針對弧狀極光物理發(fā)生機制的研究問題，分別提出了基于梯度方向直方圖（HOG）均值的弧狀極光檢測方法和基于扇形分塊的弧狀極

4、光檢測方法。前者通過提取極光圖像的梯度方向直方圖特征均值，調(diào)節(jié)閾值來檢測弧狀極光；后者通過將圖像劃分為扇形區(qū)域并求其亮度均值，用均值差進行弧狀極光檢測。利用已有DMSP衛(wèi)星數(shù)據(jù)可以得出，極光發(fā)生時間段內(nèi)的電子能量通量和電子平均能量的大小會隨著極光形態(tài)的變化呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。用兩種弧狀極光檢測方法檢測得到每個時間段內(nèi)弧狀極光的發(fā)生，并分析了弧狀極光發(fā)生與 OMNI數(shù)據(jù)得到的行星際磁場三分量之間的關(guān)系。實驗結(jié)果顯示，發(fā)生弧狀極光的時間區(qū)