辐射带粒子强度的转换

卫星测量发现,在地球高空,许多高能带电粒子被捕获在地磁场中,形成内、外两个辐射带。内、外辐射带中心距离地面分别为3000和20000公里。人造地球卫星和宇宙飞船穿过辐射带时,人和仪器都会受到粒子的损害。研究辐射带粒子强度分布是空间物理学一项重要内容。     

外辐射带不同能量的相对论电子在磁暴期间的变化特征

磁暴期间外辐射带相对论电子环境是当前空间物理学和空间天气学研究的一个热点.磁暴以后外辐射带相对论电子通量既可能增强,也可能减少,这给辐射带环境的预报带来了困难.该研究基于SAMPEX(Solar,Anomalous,and Magnetospheric Particle Explorer)和POES(Polar Orbiting Environmental Satellites)卫星的观测数据,选取了1992年7月至2004年6月期间的84个孤立磁暴,分别研究了0.3~2.5和2.5~14 Me V电子通量在磁暴期间的变化.结果表明,这两个能段的相对论电子在磁暴期间的变化经常有明显的差别.随着电子能量的增高(减小),磁暴恢复相期间观测到电子通量比暴前减少(增强)的可能性明显增大.对于0.3~2.5Me V的电子,在约为82%的孤立磁暴的恢复相期间电子通量增强,而仅有3%的磁暴使电子通量减少;对于2.5~14 Me V电子,仅在37%的孤立磁暴中观测到通量增加,而却有45%的磁暴使电子通量减少.不同能量的相对论电子在磁暴期间通量变化的这种不同特征,是由于其加速和损失过程的差别所导致的.本文的研究结果表明,对外辐射带相对论电子环境应该按不同能段进行建模和预报.0.3~2.5 Me V的电子是外辐射带高能电子的主体,揭示其暴时变化规律对认识和预报外辐射带环境极为重要.     

辐射带粒子强度的转换

卫星测量发现,在地球高空,许多高能带电粒子被捕获在地磁场中,形成内、外两个辐射带。内、外辐射带中心距离地面分别为3000和 20000公里。人造地球卫星和宇宙飞船穿过辐射带时,人和仪器都会受到粒子的损害。研究辐射带粒子强度分布是空间物理学一项重要内容。 辐射带粒子强度分布可以用单向强度和全向强度两种概念描述。在为空间飞行提供环境参数时需用全向强度;在辐射带理论研究中用单向强度较为方便。实际工作里往往要求进行单向强度和全向强度之间的互相转换。本项科研训练就是按有关部门的实际需要进行的,着重研究内辐射带粒子强度的转…     

磁层顶涡旋撕裂模不稳定性的数值模拟:涡旋和磁岛的合并增长

通量传输事件(FTE)是发生在磁层顶的局地瞬时磁场重联现象,它在太阳风向磁层输运能量和质量的过程中可能起着重要作用。Lee-Fu模式是FTE的第一个理论模型。最近刘振兴等提出,涡旋重联也可能形成FTE的磁涡旋管。涡旋重联是由涡旋撕裂模不稳定性(VITM)引起的,其饱和后准定常渐进状态在二维情况下由大尺度涡旋和同心磁岛     

Cluster星簇对中磁尾尾瓣持续磁重联观测研究

当行星际磁场持续南向时, 磁尾尾瓣区积蓄大量的磁能, 出现强的晨昏电场. 此时中磁尾磁重联进行得深入持久, 在等离子体片闭合磁场和等离子体被带出重联区之后, 尾瓣区的磁场和等离子体不断进入重联区, 这种重联过程称之为“持续尾瓣重联”(CLR). 分析2001~2003年期间欧空局Cluster星簇对中磁尾的观测数据, 发现CLR除导致磁场形态改变和产生高速流外, 重联区出现空泡, 多数空泡中等离子体密度和温度下降两个数量级(少数为一个数量级). 空泡结束后, 密度较重联前低, 温度略有升高. CLR的持续时间一般为几十分钟, 它同行星际磁场持续南向发生的强亚暴有很好的相关性.     

THEMIS双卫星对磁尾高速流减速的联合观测简

磁尾等离子体片高速流的运动和减速过程对于磁层粒子的加速、磁场的扰动、磁通量的输运和亚暴的触发以及磁尾电流系统的形成都具有重要意义. 2009年2~4月,THEMIS卫星中的2颗星（THA和THE）在空间中经常具有相近的X_GSM和Y_GSM坐标,但具有差别较大的Z_GSM坐标. 我们利用这种特殊构型的2颗卫星对经过等离子体片中心和边界层附近的高速流进行了联合观测研究. 通过个例和统计分析发现,在89%的地向高速流事件中,距离中性片较远的卫星先观测到高速流,其速度以平行于磁场的分量为主,并且95%的事件中距离中性片较远的卫星所探测到高速流X分量的速度最大值要比在片中心探测到的高速流数值更大. 假设等离子体片边界层附近的平行高速流匀速传播,而对于中心等离子体片的高速流,我们分别应用匀减速模型与突然减速模型进行分析,发现高速流减速起始的位置大部分位于距离地球15 R_e的区域,这与中磁尾重联发生区域比较接近. 此外,统计结果表明等离子体片中心高速流前端往往伴随着明显的偶极化锋面特征,而远离中性片的地方偶极化锋面的特征则不明显.     

磁暴时ULF波多卫星联合观测研究

利用Cluster C1,GOES10,12和Polar四颗卫星的观测数据,研究了在2003年10月31日21：00～23：00 UT磁暴恢复相期间,地球磁层内大尺度ULF波的全球分布特征.数据分析结果表明,位于磁层不同区域的卫星观测到的ULF波的幅度、周期等性质差别很大.对ULF波幅度的全球分布来说,ClusterC1观测到的环向模最强,这可以解释为Cluster C1所在区域内发生了磁力线共振：空腔共振的压缩波模将能量耦合传递给磁力线共振的剪切阿尔芬波,从而观测到了到的很强的环向模.对ULF波周期的全球分布来说,ClusterC1观测到的波的频谱峰值周期最短,同步轨道高度的GOES卫星观测到的峰值周期较长,而位于更远处的Polar卫星观测到的峰值周期最长.Cluster C1在L=11.7～5.3范围内观测到环向模的周期几乎相同.GOES10和Cluster C1的三种波模的平方小波相关分析表明磁力线共振区域在向日面磁层至少扩展了四个地方时的宽度范围.Polar卫星观测的环向模是驻波,而极向模是行波,这可能是开放的磁尾波导模作用的结果.由于在时段内的太阳风速度很高而动压变化不明显,因此推测观测到的ULF波是高速太阳风在磁层顶激发的Kelvin-Helmholtz不稳定性激发的.     

涡旋重联的Hall-MHD模拟及其在高纬磁层顶的应用

应用2.5维可压缩Hall-MHD数值模拟方法研究了高纬磁层顶进入层的磁场重联过程. 当同时考虑Hall效应和流场剪切的效应时, 产生了同心的流体涡旋和磁岛; 在磁层顶两侧看到了等离子体的交换, 磁层顶的边界区趋于模糊; 日下点附近产生的重联结构会在向高纬流动的过程中随着剪切流的增强而产生变化; Hall效应可提高涡旋重联的重联率; Hall效应产生的3维磁场和流场分量在剪切流的作用下重新分布, 使得等离子体交换过程更为复杂. 模拟的结果有助于增进对高纬磁层顶的动力学过程的理解.     

低频天波大气折射效应

证明了当地面大元传播距离、反射高度相同时,线性大气弯曲射线和“等效地球”上空直射线之间几何长度并不相等。探讨了目前低频天波折射修正中存在的问题。用指数大气模式计算了一跳天波的折射效应。     

ULF波及其与能量粒子相互作用研究进展

地球磁层中的超低频波（ultra low frequency wave,简称ULF波）的全球分布特性以及与能量粒子之间的相互作用,如ULF波和粒子之间的共振调制、对能量粒子的加速等问题一直是空间物理研究中的热门问题．深入研究这些问题对于理解太阳风和磁层之间的能量传输,能量粒子加速等机制问题有着很重要的意义．本文简要介绍有关ULF波的全球分布及其与能量粒子之间共振调制的最新观测研究进展,并对将来研究工作中的问题和方向做一个简单的总结和展望．