利用HRDI/UARS资料分析东亚区域中层大气纬向风气候特征

利用美国高层大气研究卫星(UARS)搭载的高分辨率多普勒测风仪(HRDI)获得的中层大气风场观测资料,对东亚区域中层大气纬向风的垂直分布与变化特征进行了分析研究.多年平均结果显示东亚区域中层大气纬向风具有显著的区域特征,与当前普遍使用的参考大气CIRA-86相比存在显著的不同.在冬季,东亚区域中间层西风急流中心位于25°-35°N之间的75 km高度,与CIRA-86相比,该中心纬度偏南5°,高度偏高10 km;在秋季,东亚区域低热层高度存在一个显著的从赤道到高纬度的东风带,而CIRA-86不存在.分析结果还表明,除了夏季中纬度地区,在东亚区域上空中高层大气各高度上均存在相当显著的区域尺度扰动结构.在热带,低热层高度纬向风无论冬夏,沿纬圈方向都表现出相当显著的不均匀性,夏季这种不均匀性进一步向下扩展到55 km高度.与上述热带扰动特征相比,中纬度地区夏季的纬向风在各个高度沿纬圈相当均匀,但是在冬季,中间层和低热层高度都存在沿纬圈方向显著的纬向风扰动结构.      

磁尾静电离子束流-密度漂移不稳定性的数值研究

本文研究了磁尾等离子体片边界层宽频带静电噪声的产生机制.模型等离子体由暖的背景电子、暖的向地球方向的离子束流和较冷的向尾方向的离子束流组成.结果表明,静电离子束流-密度漂移不稳定性可以在比较宽的频率范围内激发,在低频区大传播角方向上增长率最大,在高频区小传播角方向上增长率也比较大。最大增长率的方向取决于离子束流和密度漂移的速度比值.这些结果与磁尾观测到的宽频带静电噪声特征符合一致.      

武汉上空中层顶区域潮汐的MF雷达观测

利用武汉中频雷达观测数据进行分析,研究2至3月份武汉上空中层顶潮汐结构及其随高度和时间变化的特性.用Lomb-Scargle周期图方法计算的水平风场动态功率谱表明,武汉上空存在持续的周日潮汐,是中层顶区域风场结构的主要成分.周日潮的平均振幅随高度的增加呈先增后减的趋势.大多数情况下,潮汐谱峰对应的频率与定义值有一定的偏移.周日潮水平扰动速度矢量随时问和高度变化的轨迹表明,经向分量的相位比纬向分量的相位超前,潮汐能量向上传播,对应于向下的相位传播速度.计算得出的经向分量和纬向分量的垂直相速度分别为1.10和1.15 km/h.      

中性风和垂直漂移对低纬F区电离层影响初析

利用二维低纬电离层－等离子体层时变理论模式,模拟太阳活动高年春分条件下垂直漂移和中性风强度改变对低纬F区电离层参量的影响.模式在所考察的磁子午面内求解等离子体输运方程,给出离子浓度和速度随纬度、高度、地方时的变化.模式计算结果显示,调整垂直漂移和中性风强度对低纬F区电离层电子浓度的影响与电离层所处磁纬、垂直漂移和中性风作用时段等有关,呈现出一些新特点.结果对分析不同条件下垂直漂移和中性风对低纬F区电离层影响具有一定的指导意义.      

磁层顶通量传输事件轴向统计分析

磁层顶通量传输事件（Flux Transfer Event,FTE）与磁重联相关,其典型特征为磁场法向分量的双极变化.在不同FTE模型里,FTE结构可能为重联的通量管、由多X线重联形成的闭合磁通量绳或者由单X线重联形成的开放磁场环,从而在磁层顶有不同的整体位形.使用一种新的轴向分析方法,对Cluster在一个向阳面磁层顶穿越季观测到的505个FTE进行统计研究.结果表明:在磁层顶中低纬度的侧翼,大多数FTE轴向均为沿磁层磁力线方向即南北方向,少数FTE轴向沿着不同于磁层磁力线方向的东西方向;在高纬磁层顶,大多数FTE轴向沿东西方向,少数FTE轴向沿着磁层磁力线方向即南北方向.这些统计特征有助于重新认识FTE的全球形态.      

低纬(海南)电离层等离子体漂移对地磁活动的响应

利用2003-2016年期间子午工程海南站（19.5°N,109.1°E）数字测高仪观测到的电离层等离子体漂移数据,分析了高低两种太阳活动条件下纬向和垂直向漂移对近磁静、中等磁扰和强磁扰三种地磁活动水平的响应特性.结果表明:日间纬向漂移各季节均以西向为主,随地磁活动无明显变化,白天日出附近和夜间漂移在各季节均以东向为主,随地磁活动增强而减弱,减弱程度在分季最大,在夏季最小;日间垂直漂移在零值附近变化,且不受地磁活动和季节影响,日落附近漂移仅在分季受到地磁活动的抑制,午夜前垂直漂移在分季受到抑制,在冬季因强磁扰而反向,夏季无明显规律,子夜至日出后垂直漂移在各季节随地磁活动增强而减小.与赤道区Jicamarca相比,两地漂移对地磁活动的响应相近,但在幅度和相位上存在差异,这可能是两地区的地理位置、背景电场和风场结构等不同造成的.      

中心等离子体片的地向对流型高速流

在GSM坐标系下, 利用TC-1卫星和Cluster/C1卫星上4s分辨率的磁场和热离子探测数据, 对中心等离子体片内的地向对流型高速流进行了统计研究(-19 Re < x< -9 Re, |y| < 10 Re, |z|< 5 Re). 统计结果表明, 地向对流型高速流会在15 Re以内出现``刹车', 在11.5 Re附近时出现``缺失'. 进一步对其速度特征进行统计分析. 结果显示, 在中心等离子体片内的高速流, 其运动方向主要为地向, 晨昏和南北方向的运动明显较弱; 在对流型高速流的地向输运过程中, 其峰值速度没有明显的下降; 在近地13 Re以内, 等离子体片内的地向对流型高速流具有较强的垂直磁力线运动速度. 这意味着对流型高速流在近地15 Re以内的“刹车”不是由高速流晨昏或南北方向的偏转造成的. 高速流在11.5 Re附近时出现的``缺失'可能与在15 Re以内出现``刹车'密切相关. TC-1卫星和Cluster卫星的观测为了解中磁尾重联高速流地向输运过程及亚暴膨胀相触发提供了重要的观测依据.      

北美与东亚中纬地区电离层TEC变化的EOF建模和分析

考察了北美(30°N-50°N, 140°W-50°W)与东亚 (42.5°N-57.5°N, 65°E-140°E) 中纬地区电离层总电子含量 (TEC)的变化. TEC数据来自美国喷气动力实验室(JPL)约15年的全球电离层图 (Global Ionospheric Map, GIM)数据. 利用经验正交函数(Empirical Orthogonal Functions, EOF)得到上述两地区前三阶本征模及相关时间系数, 分别约占TEC 总变化的99.57%和99.79%. 结果表明, 两地区前三阶EOF分量所表现出的TEC变 化基本一致. 第一阶EOF分量表现为受太阳活动调制的半年变化; 第二阶EOF 分量表现为关于零磁偏线的经向电子浓度东西不对称结构, 计算表明该结构 与受地磁偏角控制的热层纬向水平风引起的等离子体向上漂移密切相关; 第三 阶EOF分量表现为磁倾控制的热层子午向风引起的等离子体向上漂移影响.      

极区夏季中间层半日潮汐的VHF雷达观测

采用德国SOUSYVHF雷达观测数据,研究了极区夏季中间层半日潮汐的结构和变化特征.纬向和经向风的动态Lomb-Scargle谱表明,半日潮是中间层高度上占支配地位的波动,其谱峰对应的频率一般与1/12c·h-1有偏离,说明它们经常处在被扰动状态.稳定的半日潮振幅随高度增加而迅速增长,在87.9km高度附近达到饱和;经向分量的相位一般比纬向分量的相位超前π/4-π/2,从而水平扰动速度矢量端点随时间变化的轨迹显示出顺时针方向旋转的特征.半日潮汐特征参量在纬向和经向风中随时间的变化在基本趋势一致的基础上显示出一定程度的各向异性.      

基于MST雷达数据的中纬对流层和低平流层大气行星波研究

通过分析中国河北香河站MST (Mesosphere-Stratosphere-Troposphere)雷达 2012-2014年的水平风场数据, 研究了北半球中纬地区对流层和低平流层 (Troposphere and Lower Stratosphere, TLS)区域大气行星波的特性. 谱分 析发现, 在这一区域准16天波和准10天波占据主导地位, 准16天波更为显著. 在 对流层区域, 行星波具有丰富的频谱成分, 活动具有间断性, 持续时间一般不 超过三个月, 并没有明显的季节性变化特征, 其中纬向分量的振幅大于经向分量. 在 平流层区域(高度17km以上), 行星波一般出现在冬季, 并且主要在纬向分量中. 通常平流层区域的振幅要小于对流层区域. 结合MERRA再分析资料分 析了强行星波传播特性, 结果表明: 2014年2-3月纬向分量中的准16天波垂 直向上传播, 垂直波长约为64km, 纬圈波数约为2, 纬向传播方向自西向东, 水平波长约为15324.7km, 对应的相速度为11.1m·s-1 (向东为正); 2014年5月纬向分量中的准10天波在10~18km高度范围内向下传播, 垂直波长约为50km, 纬圈波数约为1, 传播方向自西向东, 水平波长约为 30649.4km, 对应相速为35.5m·s-1.      

不同上边界条件下的极区电离层数值模拟

利用一维自洽的极区电离层模型,研究了沿磁力线方向不同电离层-磁层耦合条件下极区电离层的响应.此模型在110-610km的电离层空间区域内,综合求解描述极区电离层的连续性方程、动量方程和能量方程,以得到电离层数值解.研究发现,上边界条件在200 km以上的高度能显著地影响电离层参量的形态.较高的O+上行速度对应较低的F层峰值和较高的电子温度.不同边界O+上行速度对应的温度高度剖面完全不同.200km以上电子温度高度剖面不但由来自磁层的热流通量所控制,同时还受到场向O+速度的影响.对利用电离层模型研究电离层内部物理过程提出了建议.      

Transient effects of solar energetic particle flux enhancements on the inner magnetosphere of the earth

In one type of space weather, the sun emits intermittent enhancements of solar energetic particle (SEP) fluxes. A fraction of these fluxes that reach the envelope of geospace can be injected into the magnetospheric particle confinement region after transiting the geomagnetic tail domain, the polar cleft/cusp region, or directly through the front side magnetopause. Common for these processes is that they provide inward diffusive “leakage” whenever the immediate external flux environment is more intense than in the outer trapping region. Conversely, following injection events outward leakage can also occur whereby the confinement region becomes a source of Magnetosheath particles. Numerical modeling has been carried out to investigate the effects on the ambient fluxes in the Earth's radiation belts from this effect.     

High-energy neutrinos from powerful radio galaxies

In order to explore mechanisms for the production of radio lobes from radio galaxies, we propose observational tests involving neutrinos at E ≥ 4 TeV. Among the mechanisms that have been suggested are: an explosive burst of energy that has been stored in or near the galactic nucleus; diffusive escape of particles from the vicinity of the galactic nucleus into plasmons; a beam from the galactic core that interacts with the circumgalactic medium; and black holes or spinars ejected from the galactic nucleus by a gravitational slingshot mechanism. As an example, we estimate neutrino fluxes from Cen A. The annual neutrino event rate at energies above 4 TeV is ≈ 10²–10³ for a DUMAND-type dectector if relativistic particles are temporarily stored near the galactic nucleus, and if these have a differential energy spectrum with exponent –2.0. With a similar exponent, but allowing free escape from the galaxy, the fluxes are about 10 times lower.     

Using gamma-ray burst prompt emission to probe relativistic shock acceleration

It is widely accepted that the prompt transient signal in the 10 keV–10 GeV band from gamma-ray bursts (GRBs) arises from multiple shocks internal to the ultra-relativistic expansion. The detailed understanding of the dissipation and accompanying acceleration at these shocks is a currently topical subject. This paper explores the relationship between GRB prompt emission spectra and the electron (or ion) acceleration properties at the relativistic shocks that pertain to GRB models. The focus is on the array of possible high-energy power-law indices in accelerated populations, highlighting how spectra above 1 MeV can probe the field obliquity in GRB internal shocks, and the character of hydromagnetic turbulence in their environs. It is emphasized that diffusive shock acceleration theory generates no canonical spectrum at relativistic MHD discontinuities. This diversity is commensurate with the significant range of spectral indices discerned in prompt burst emission. Such system diagnostics are now being enhanced by the broad-band spectral coverage of bursts by the Fermi Gamma-Ray Space Telescope; while the Gamma-Ray Burst Monitor (GBM) provides key diagnostics on the lower energy portions of the particle population, the focus here is on constraints in the non-thermal, power-law regime of the particle distribution that are provided by the Large Area Telescope (LAT).     

安第斯山上空平流层山地波统计特征的AIRS观测研究

利用AIRS红外探测仪在2013—2018年的辐射测量数据,对安第斯山20km,27km,35km及41km高度的山地波进行个例研究和统计分析.观测结果表明安第斯山上空山地波主要发生在5—10月,月平均水平波长、垂直波长及动量通量均没有明显的年际变化.水平波长在5月和10月相比6—9月较小,垂直波长和动量通量5—7月逐渐升高,达到峰值后在8—10月逐渐下降.在20～41km范围内,水平波长从43.5～53.9km缓慢升高至89.3～176.8km,垂直波长从7.4～14.7km上升至7.4～29.7km,动量通量由376.0～801.3mPa显著下降至10.4～239.3mPa.总体而言,山地波在向上传播的过程中,水平波长缓慢增加,在逆风传播的情况下,受到背景风场影响垂直波长随高度升高而增大.动量通量随高度升高显著下降,说明安第斯山山地波向上传播的同时伴有强烈耗散,耗散的能量将储存在背景大气中,对高平流层甚至中间层产生重要影响.      

垂直激波条件下能量粒子加速机制的模拟研究

在具有湍动的磁场和垂直激波条件下对大量测试粒子的轨迹进行了数值计算,研究了激波强度和粒子初始能量对于粒子穿越激波的平均能量变化的影响,分析了漂移加速(SDA)在不同条件下对粒子加速的贡献,并给出了一个与数值结果相符合的漂移加速理论公式△E=amvivup(1-1/s).结果表明,加入磁场湍流后,垂直激波条件下粒子仍主要受到漂移加速作用,而基于粒子引导中心的耗散漂移加速理论在此条件下失效.      

Current sheet with medium scale developed turbulence and the formation of the plasma sheet of Earth''s magnetosphere and solar prominences

A current sheet model with developed medium scale turbulence has been constructed. It is suggested that regular plasma flow in the current sheet is compensated by diffusive flux and plasma mixing, leading to temperature equalization. The analyzed turbulence has the form of electrostatic vortices in which electrons and ions move with the same velocities and hence does not lead to anomalous resistivity and current dissipation. It is possible to determine the plasma pressure dependence on magnetic vector potential and to find the Grad—Shafranov equation solutions. The theory is used to explain the Earth's magnetosphere plasma sheet characteristics. It is taken into account that experimentally observed plasma velocity fluctuations in the Earth's plasma sheet and quiescent prominences are much higher than regular plasma flow velocities. The analysis of turbulent current sheet dynamics after the regular motion weakening allows to construct the prominence formation theory. The decreasing of plasma pressure in the sheet due to diffusion leads to field-aligned plasma flow and plasma tube filling by cold chromospheric plasma by the action of siphon mechanism.     

极区顶部电离层离子上行的太阳活动依赖性研究

利用第23太阳活动周DMSP F12,F13和F15卫星数据,分别对南北半球极区顶部电离层离子上行的太阳活动依赖性进行了研究.结果表明,南北半球上行事件对太阳活动的响应特征基本一致,即高（低）太阳活动时,离子上行通量以及上行数密度较大（小）,但是上行速度及上行发生率较低（高）.以南半球高纬为例,计算得到离子上行通量、数密度、速度及发生率在高低太阳活动条件下的比值分别约为2.26,3.35,0.71,0.51.对离子上行太阳活动依赖性的可能原因进行了分析.不同太阳活动水平下,光致电离及高能粒子沉降的差异会导致电离层离子密度的不同,而电离层离子密度的变化会改变离子elax-elax中性大气之间的碰撞频率,这是影响离子上行发生率的一个重要原因.      

Patterns of variability in γ-ray blazars

Preliminary results of a systematic study on the simultaneous optical-to-X-rays variability in blazars are presented. Data from Swift observations of four bright γ-ray blazars (3C 279, ON +231, S5 0716+71, PKS 2155−304) have been analyzed, compared, and discussed. Specifically, 3C 279 shows a variable flattening in the low energy part of the X-ray spectrum that appears to be confined in a specific X-ray vs optical/UV fluxes region. Some implications are shortly analyzed.