强磁暴期间场向电流分布及其对行星际条件的响应:CHAMP卫星观测

利用CHAMP卫星磁场测量数据, 研究2003年11月超强磁暴期间顶部电离层全球大尺度场向电流分布特征及行星际条件的控制作用. 结果表明: (1) 磁暴期间场向电流密度比平静期大大增强, 昼与夜及冬与夏半球不对称; (2) 发现沿纬度积分的场向电流密度主要受太阳风动力学压强而不是行星际磁场的控制; (3) 磁暴期间场向电流低纬边界向赤道扩展, 最低可达45°MLat; 向阳侧此扩展直接受南向行星际磁场Bz的控制, 相应的行星际-磁层-电离层作用时间尺度约25 min; 当南向IMF B_z小于−30 nT时, 场向电流朝赤道的扩展出现非线性饱和; 而在背阳侧, 这一扩展及恢复, 比行星际参数的变化滞后约3 h, 但与表征磁层环电流的Sym-H指数几乎同步变化; (4) 磁暴主相期间, 背阳侧强场向电流纬度分布范围达25°以上, 并出现多达10片以上的多电流片结构.     

磁暴期间环电流的纬向移动与倾斜现象

赤道环电流理论预言其水平分量磁扰在地面上的纬度分布, 有着以赤道面为中心按照地磁纬度余弦而递减的规律. 然而, 在地磁观测记录中发现, 磁暴期间最大水平分量下降不是发生在赤道地区, 而是发生在中低纬台站, 并且以这一非赤道地区的磁扰为强度中心, 两侧台站的磁扰记录呈现出余弦递减的规律. 上述观测事实暗示着赤道环电流的强度中心(投影纬度)不在赤道面上, 而是发生了整体倾斜或(和)纬向移动. 分析了2000~2004年间的11个大磁暴, 研究了环电流的空间分布特征. 结果表明, 环电流相对于磁赤道面发生倾斜, 倾斜角δ_t≈13~25°, 时常伴随纬向移动δ_s≈0~21.8°. 不同台站水平分量磁扰ΔH_k与纬度φ_k的规律可以表述为ΔH_k=ΔH_maxcos(φ_k-δ), 与观测结果符合较好.     

1998年11月7~8日磁暴的行星际源分析

首先分析了1998年11月7~8日的太阳风特性, 分析结果显示, 日地连线引力平衡点的ACE卫星在11月7日07:33 UT观测到一个激波(以下简称第一个激波), 从激波开始到11月7日22:00 UT为激波之后的鞘区, 随后在11月7日22:00 UT至11月8日11:50 UT之间观测到一个类磁云(MCL)物质, 其中在11月8日04:19 UT观测到另一个激波(以下简称第二个激波), 第二个激波显然进入到类磁云的后半部分, 类磁云前半部分未受第二个激波的影响. 通过对1998年11月7~8日磁暴参数SYM-H的分析, 我们把磁暴的主相分为3个阶段. 第一阶段为从磁暴的急始11月7日08:15 UT到11月7日22:44 UT; 第二个阶段为从11月22:44 UT至11月8日04:51 UT; 第三阶段为从11月8日04:51 UT至11月8日06:21 UT, 其中第二阶段对整个磁暴主相的发展起关键作用. 通过对11月7～8日太阳风特性的分析, 我们得到磁暴主相三阶段的行星际源分别为11月7日07:33UT开始的鞘区、11月7日22:00 UT至11月8日04:19 UT和之间的类磁云前半部分和从11月8日04:19 UT至11月8日05:57 UT之间的激波压缩类磁云后半部分, 其中类磁云的前半部分具有持续时间较强的行星际磁场南向分量, 它对这次磁暴主相的发展起着决定性的作用. 第二个激波压缩类磁云后半部分对磁暴主相发展的贡献远低于类磁云前半部分对磁暴主相的贡献.