磁云边界层与间断的观测研究

利用WIND飞船的磁场和等离子体观测数据,分析了1995年2月至2003年8月之间82个磁云中的边界层事件.我们认为(1)磁云边界层中方向间断DD(Directional Discontinuity)类型中RD(Rotational Discontinuity),TD(Tangential Discontinuity),ED(Either Discontinuity),ND(NeitherDiscontinuity)的分布为37:18:44:1(%),与背景太阳风中的分布51:12:35:2(%)不同;主要区别在于RD与TD的比例变化. (2)磁云边界层的内外边界切向间断的比例很高,占总数的20%,而且两侧的密度和温度平均相对变化分别为|△N/N|=0.24和|△T/T|=0.19,大于边界层内部的平均值,显示了更多的切向间断特征;此外,磁云边界层中方向间断的出现频次约为太阳风中的1.87倍. (3)磁云边界层中方向间断的法向分布在θ-φ平面中不是随机分布,而是以θ=-24.90°,φ=217.49°为几何中心,主要是指向远离太阳的方向,而不是简单的各向同性分布.初步结果表明,间断是磁云边界层中的重要结构,它有着不同于背景太阳风间断类型比,为诊断磁云边界层的形成机理提供了依据.      

镜模波识别方法研究及其在火星磁鞘中的应用

镜模波是温度各向异性等离子体中的一种波动结构,根据磁场和离子分布及波动特性可以进行识别.本文对比了只使用磁场数据与同时使用磁场及离子数据两种识别方法,分析了两类方法的特点.只使用磁场数据的方法基于磁场强度变化大、方向沿背景磁场的特征,通常使用磁场强度的波动幅度ΔB/|B|以及磁场变化方向与背景磁场的夹角θ_min,θ_max作为参数;同时使用磁场及粒子数据的方法利用的是磁场纵波特性、总压平衡和波动在等离子体坐标系下静止的特征.使用两种方法对MAVEN卫星在火星磁鞘内的数据进行识别,结果表明在某些情况下,只使用磁场数据会导致对镜模波的误判.通过研究改变上述参数阈值时识别结果的变化,发现当θ_min> 40°,θ_max < 40°,ΔB/|B|> 80%时,只用磁场数据可取得较好的识别效果.      

黄道面内行星际激波相互碰撞作用过程研究—间距效应

本文用两维半MHD数值模型,模拟研究了不同间距的两扰动源所产生的激波在行星际空间黄道面内的相互碰撞过程。在内边界(18R_s),两扰动中心的间距取为24°、36°、48°、54°、72°、120°,模拟了两激波速度均为1000km/s和2000km/s两种情形。结果表明:1.速度为1000km/s的两中等激波,相距24°时,在1AU以内强烈相互作用而汇合成一新激波;相距36°时,在1AU附近发生汇合,但尚可分辨;相距48°时,在1AU以内有相互作用,但可近似认为是独立传播的;相距72°时,将独立向前传播。2.速眨为2000km/s的两强激波,相距≤48°时,将强烈汇合成一新激波;相距54°时,在1AU附近产生汇合,但尚可分辨;相距72°时,相互作用不足以汇合成新的激波;相距120°时,其传播相互独立地进行。并给出了上述情形下两激波汇合的时间和位置,详细比较了汇合激波与相同能量的单激波的等离子体特性。     

行星际磁场时钟角与地球磁层开放磁通的关系

地球磁层开放磁通F_pc是研究磁层动力学过程的重要参数之一,其与日侧和夜侧磁尾的磁场重联具有密切关系. 日侧重联率控制稳定状态下磁层开放磁通的大小,主要受各种太阳风条件的影响. 其中,行星际磁场（IMF）的时钟角是影响日侧重联率的一个重要因素. 通过全球MHD模拟,研究了行星际磁场时钟角θ_c与地球磁层开放磁通F_pc 之间的关系. 结果表明,开放磁通F_pc随着行星际磁场时钟角 θ_c逐渐接近180°（纯南向）而逐渐增加,两者之间的关系近似为F_pc∝sin3/2（θ_c/2）. 由于表征行星际磁场与地球磁场剪切程度的θ_c影响日侧重联率,从而控制F_pc,该关系反映了二者之间的物理联系.      

磁云边界层中的重联慢激波观测分析

在Petschek模型中，排空区边界处的一对慢激波是能量耗散的重要机制.已有大量行星际空间的Petschek型磁场重联排空区观测事件被报道，但是只有少量的排空区边界处观测到了慢激波.针对一例位于磁云边界层中的Petschek型磁场重联排空区观测事件，在排空区靠近磁云一侧边界处证认了一例慢激波.激波跃变层两侧的磁场和等离子体参数满足Rankine-Hugoniot关系，且激波上下游的中间马赫数均小于1，上游的慢马赫数为2.94（>1），下游的慢马赫数为0.65（<1），符合慢激波的观测特征.磁云内部的等离子体β值很低，局地阿尔芬速度高，同时磁云边界层中可能发生丰富的磁场重联活动，这可能是磁云前边界处慢激波形成的原因.      

自动网络测试系统

本文介绍计量院研制的自动网络参数测试系统。它被用作网络参数国家标准装置。为了提高测量准确度,系统硬件采用了多项先进技术方案,同时研制了新的功能更强的系统应用软件。测试系统工作频带:100～2000MHz,量程可达70dB。反射系数测量不确定度△Г≤±1.5×10~(-3)(1+A) △φ≤±(0.2+tg~(-1)(0.0015)/Г)°.传输系数测量不确定度△A≤±(1×10~(-2)+5×10~(-4)A)dB,Aθ≤±0.2° A<40dB。     

2008年4月24日行星际激波事件相关联的超热电子90°投掷角的增强

利用测试粒子数值模拟的方法研究了与STEREO-A卫星观测到的2008年4月24日行星际激波事件相关联的超热电子90°投掷角的增强.根据激波到达前给定时刻超热电子的观测分布,拟合得到不同投掷角的初始分布函数;在给定的激波参数下,采用时间向后的方法计算特定能道上激波下游超热电子的投掷角分布.由于超热电子具有较高的共振频率,模拟采用的磁场湍流谱包含了低能电子发生共振的耗散区.对以215.76,151.67,106.63,eV为中心的三个能道进行了模拟.结果表明,不同能道上超热电子在激波下游的投掷角分布均在90°投掷角附近出现峰值,呈现出明显的90°投掷角增强,这与观测结果符合得很好.可以认为在激波对电子的加速过程中,电子与湍流耗散区的共振对90°投掷角的增强具有重要作用.      

基于SABER的平流层顶温度的时空特征分析

利用SABER探测器2002—2017年超过一个太阳活动周的数据,以大气垂直方向上40～60km的最大温度作为平流层顶温度（T_sp）,分析50°S—50°N T_sp的时空分布特征.结果表明:T_sp具有明显的纬度特征和季节特征,在赤道和南北半球夏季温度较高,而在南北半球冬季的40°—50°纬度附近温度有最低值.再利用EOF方法分析T_sp,发现其第一模态的解释率达91%,且时间系数与平流层顶高度相关性最大,为-0.75,与平流层顶臭氧体积混合比相关性约0.49,与日地距离相关性为0.44,与太阳活动性（太阳活动指数,太阳黑子数）的相关性约0.33.依据该相关关系,进一步分析各变量原始场,发现T_sp和平流层顶臭氧体积混合比的纬度变化近似相反;与日地距离的季节变化有明显的负相关,约-0.81,且这种相关性与日地距离有弱的正相关关系;年平均T_sp在2002—2017年的变化约为2K,与F_10.7的相关系数为0.6,在南北纬20°附近与太阳活动指数F_10.7的相关性最大,约0.74.      

中低纬电离层不同季节地磁暴响应的事例分析

利用中国中低纬台站漠河（53.5°N,122.3°E）、北京（40.3°N,116.2°E）、武汉（30.5°N,114.2°E）和三亚（18.3°N,109.6°E）的电离层观测数据,对比分析了4个台站电离层参数在2015年不同季节4个地磁扰动事件期间的变化特征.结果表明,4个磁暴事件期间电离层的响应特征并不完全一致,有着明显的季节特征,春季、夏季和秋季电离层以负相扰动为主,冬季以正相扰动为主.分析发现,中性成分O/N₂的降低与电离层负相扰动有关,但三亚地区的负相扰动还与扰动发电机电场相关.正相扰动的机制在不同事件中并不相同,穿透电场可能是引起春季磁暴事件期间电离层短时正暴效应的原因,而冬季长时间的正暴效应则是扰动电场和中性风共同作用的结果.      

太阳高能粒子观测特征经向分布统计

基于多卫星联合观测数据,筛选了2006年12月至2017年10月期间122个太阳高能粒子（SEP）事件及其伴随的日冕物质抛射（CME）,分析了SEP事件属性随相对经度的变化、与CME属性之间相关性的经向分布以及与Fe/O比值的关联.研究结果显示:低Fe/O类事件的峰值通量I_p通常更高,伴随CME更大,但通量上升速度较慢,且其D_u（持续时间）和I_p与CME速度呈现更强的相关性;SEP特征时间T_O（CME爆发至SEP事件爆发）与T_R（SEP事件爆发至半峰值）随相对经度增加而增大,D_u与I_p随相对经度增加而减小,通量上升斜率K在±90°范围内自东向西递减;SEP事件属性与伴随CME属性的相关性随相对经度的改变有明显变化,在磁连接好的位置,T_O与CME速度等属性呈现负相关,T_R与CME速度等属性呈现正相关,D_u,I_p与CME速度之间的相关性更强.研究结果进一步表明,SEP事件观测属性既与CME参数相关,同时又具有很强的经度依赖性,在磁连接越好的位置卫星观测到的SEP事件强度越高,SEP观测参数受CME的影响越大,这对大型SEP事件的预报很有意义.此外,高Fe/O类SEP事件与CME相关性的减弱暗示了耀斑加速、种子粒子源等因素的影响.      

Global Hybrid Simulation of Magnetic Reconnection in the Magnetosheath

A three-dimensional (3-D) global hybrid simulation is carried out for the generation and structure of magnetic reconnection in the magnetosheath due to interaction of an interplanetary Tangential Discontinuity (TD) with the bow shock and magnetosphere. Runs are performed for solar wind TDs possessing different initial half-widths. As the TD propagates through the bow shock toward the magnetopause, it is greatly narrowed by a two-step compression processes, a "shock compression' followed by a subsequent ``convective compression'. In cases with a relatively thin solar wind TD, 3-D patchy reconnection is initiated in the transmitted TD, forming magnetosheath flux ropes. Multiple components of ion particles are present in the velocity distribution in the magnetosheath merging, accompanied by ion heating. For cases with a relatively wide initial TD, a dominant single X-line appears in the subsolar magnetosheath after the transmitted TD is narrowed. A shock analysis is performed for the detailed structure of magnetic reconnection in the magnetosheath. Rotational Discontinuity (RD)/Time-Dependent Intermediate Shock (TDIS) are found to dominate the reconnection layer, which and some weak slow shocks are responsible for the ion heating and acceleration.      

行星际激波对地球磁层的压缩效应分析

2004 年11月9日WIND飞船探测到一个典型的行星际激波. 激波前行星际磁场为持续约50 min的弱南向磁场, 越过激波面, 磁场发生北向偏转且太阳风动压脉冲增强. 在此强动压脉冲增强结构作用下, 磁层被压缩至一个很小的区域. 激波作用于磁层时引起地球同步轨道 各区域高能粒子通量的响应, 但是不同磁地方时的高能粒子通量的响应不同, 表现出双模式扰动, 即在晨昏两侧各能段的电子和质子通量显著增强, 在子夜侧发生类似于亚暴的无色散粒子注入现象. 扰动从向阳面传输到背阳面, 向阳面粒子通量最先增强, 随后背阳面靠近晨昏两侧, 粒子通量开始增强, 最后子夜侧粒子通量表现出无色散高能粒子注入的特点. 另外, 在靠近正午侧, 质子通量先于电子通量发生响应, 在子夜侧电子通量则先于质子通量发生响应. 利用位于向阳面正午两侧的GOES-10 和 GOES-12卫星观测数据发现, 激波作用于磁层时靠近晨侧的磁场变化表现出简单压缩效应, 而靠近昏侧的磁场变化则显然不同, Bx分量减弱, Bz分量几乎减为零, 而By分量则显著增强. 此外, 位于近地磁尾低纬尾瓣区的TC-1卫星观测到激波触发的尾瓣SI现象.      

太阳风动压脉冲结构与地磁急始关系研究

针对1994-2011年的363例地磁急始事件,基于太阳风动压脉冲（DPP）结构自动识别算法确定是否有相应的太阳风动压脉冲结构事件与其相关联,进而针对太阳风动压脉冲结构地磁急始关联事件进行统计分析研究.研究结果显示:91%的地磁急始事件与DPP事件相关联,53%的地磁急始事件与行星际激波相关联,这表明太阳风动压脉冲结构是引起地磁急始更普遍的原因;引起地磁急始的太阳风动压脉冲结构事件约70%发生在行星际日冕物质抛射、共转相互作用区以及行星际日冕物质抛射和/或共转相互作用区相互作用形成的复杂抛射物等大尺度太阳风扰动结构中,且其平均动压变化幅度为3.9nPa,强太阳风动压脉冲结构事件占全体事件的42%;地磁急始事件变化幅度与太阳风动压脉冲变化幅度以及上下游动压平方根差之间存在明显的相关关系,相关系数分别为0.79和0.82,并且行星际磁场南向时相关性更强;太阳风动压脉冲结构事件持续时间、传播速度、动压变化幅度对地磁急始事件的持续时间有一定影响,但这些参数与地磁急始事件的相关关系较弱.研究结果可为基于太阳风动压脉冲结构特征参数开展地磁急始预报提供研究基础.      

CME地磁扰动事件的模糊预报方法

以1997-2003年期间的73个日冕物质抛射(CME)激波扰动事件和模糊数学为基础,提出了一种预报地磁扰动的方法.该方法以CME事件爆发的日面经纬度、相关地磁扰动事件的渡越时间、地磁扰动指数、IPS观测的太阳风速度跃变量为基础,建立了预报CME地磁扰动事件的μθ,μφ,μT,μM,μ△v从属函数,考虑了CME初始速度对激波到达时间的影响.以这5个从属函数为基础并利用模糊数学对1996-2004年期间73个经行星际闪烁(IPS)观测认证的CME激波引起的地磁扰动事件进行了预报实验.实验结果表明,磁扰开始时间预报的相对误差,△Tpre/Tobs≤30%的事件占总事件数的91.78%,而△Tpre/Tobs＞30%的事件占总事件数的12.33%;磁扰幅度(∑Kp)大小的预报,其相对误差△∑Kp/∑Kpobs≤30%的事件占总事件数的60.27%,相对误差≥50%的事件占总事件数的12.33%.这表明该预报方法对空间灾害性事件地磁扰动的定量预报具有很大应用潜力.      

Statistical properties of the IMF clock angle in the solar wind with northward and southward interplanetary magnetic field based on ACE observation from 1998 to 2009: Dependence on the temporal scale of the solar wind

Utilizing ACE satellite observations from 1998 to 2009, we performed the elaborate study on the properties of the clock angle θ_CA (arctan(By/Bz) (?90° to 90°) of the interplanetary magnetic field (IMF) in the solar wind at 1?AU. The solar wind with northward IMF (NW-IMF) and southward IMF (SW-IMF) are analyzed, independently. Statistical analysis shows that the solar wind with SW-IMF and NW-IMF has similar properties in general, including their durations, the IMF Bz and By components, and the IMF θ_CA. Then, the solar wind with NW-IMF (SW-IMF) is classified into five different temporal scales according to the duration of the NW-IMF (SW-IMF), i.e., very-short wind of 10–30?min, short-scale wind of 0.5–1?h, moderate-scale wind of 1–3?h, long-scale wind of 3–5?h, and super-long wind >5?h. Our analysis reveals that the IMF θ_CA has a distinct decrease with increase of the temporal scale of the solar wind. Next, the solar wind is classified into two groups, i.e., the high-speed solar wind (>450?km/s) and the low-speed solar wind (<450?km/s). Our analysis indicates that the IMF θ_CA depends highly on the solar wind speed. Statistically, high-speed solar wind tends to have larger IMF θ_CA than low-speed solar wind. The evolutions of the solar wind and IMF with the solar activity are further studied, revealing no clear solar variation of the IMF θ_CA. Finally, we analyze the monthly variation of the IMF θ_CA. Superposed epoch result strongly suggests the seasonal variation of the IMF θ_CA.     

Intensity profiles of the multiple scattering light near the cometary nucleus

The multiple scattering of solar radiation in the cometary atmosphere is treated with the method of successive scattering. Referring to in situ measurements of comet Halley about the size and spatial distributions of dust, the optical thickness τ₁ of dust has been estimated, i.e. τ₁=0.03 at wavelength λ=0.62μm in a quiet time, but τ₁=0.3 when the outbursts/jets occur. In the derivation of τ₁, optical properties of dust including a mixing ratio of absorbing to silicate grains, are determined based on the polarimetry of P/Halley at λ=0.62μm observed during the phase angles over Nov. 1985 to May 1986 at the Dodaira Station of Tokyo Astronomical Observatory.

It is found that a temporary enhancement of τ₁ leads an increase of the upward reflected intensity when the surface albedo A of the nucleus is less than 0.04, but the reverse is true when A>0.04. On the other hand, the intensity of the downward radiation at the surface of the nucleus always decreases as an increase of τ₁.