地球磁鞘中磁场起伏特性的分布

本文利用行星际起伏通过激波后的变化的MHD模型, 具体讨论了地球磁鞘中磁场起伏特性在黄道面内的分布.主要结果是:(1)行星际磁场起伏的强度和各向异性在磁鞘中被显著放大;(2)行星际磁场基本位于黄道面内时, 磁鞘中磁场起伏特性(强度、相对起伏和各向异性等)呈现明显的晨一昏不对称性, 早晨侧(准平行激波)显著地高于黄昏侧(准垂直激波);(3)行星际磁场方向对磁场起伏特性在磁鞘中的分布有强烈的控制作用, 早晨侧响应灵敏, 黄昏侧反响不大.相对地讲, 黄昏侧的磁活动较之早晨侧稳定;(4)行星际磁场转南的增强将导致磁鞘中磁场起伏的最大区域自黄道面低纬向北极高纬移动, 南-北不对称性磁活动随之加强, 最强大致出现在磁场与黄道面相交成大约45°时, 而晨-昏不对称性的强弱程度则发生相反变化;(5)行星际磁场的相对起伏增加, 晨-昏不对称性反随之减弱.磁鞘中磁场起伏分布的特性与卫星观测大体符合, 是磁顶、边界层某些晨-管不对称性出现的可能起因之一.      

利用特征速度讨论磁流体力学激波特性

本文用作者在文[1]中引入的特征速度U_*作为磁流体力学激波的基本强度参数,解析地讨论了磁流体力学激波的种类和特性;详细地讨论了磁场强度跃变比h随特征马赫数平方M_*2=U_*2/C₁2的函数的变化;给出介质密度、压力、法向和切向速度[u_x]/C₁和[u_y]/C₁跃变比的结果,最后,讨论了包括励磁和消磁激波在内的垂直和平行磁流体力学激波的极限情形。      

行星际起伏向磁层顶的输运

时间尺度为分钟数量级的太阳风速度和行星际磁场大幅度扰动实际上始终存在于行星际空间的。这些扰动一直传输到紧贴磁层边界面外侧的区域。它们在磁鞘等离子体和磁层顶的相互作用过程中可能起很重要的作用。行星际起伏中的磁场分量在通过地球弓激波时首先经历一次跳跃,然后一部分扰动被带到磁层边界面处。在边界面附近磁场扰动幅度被大大地放大了。弓激波上游的太阳风条件控制了放大因子。本文所作的数值模拟研究结果表明,如果上游有大幅度的扰动,在边界面附近就有大幅度的Alfven起伏的磁场分量。当上游磁场接近垂直于日地联线时,放大因子变得相当大,而且放大因子随上游的等离子体β值和/或Alfven马赫数的增加而增加。上游各向异性对放大因子的影响不大。在磁层边界附近存在大幅度起伏表明这里不存在稳定的片流。      

IMF北向时太阳风粒子向磁层输运的试验粒子模拟研究

以ACE卫星实时观测数据驱动的全球磁流体模拟为背景场,选取2003年10月22－24日行星际磁场（IMF）持续北向的事件,使用试验粒子方法,对太阳风粒子向磁层输运的过程进行模拟研究,分析北向IMF下太阳风粒子注入磁层过程中粒子在磁层内的空间分布和时间演化特征。IMF北向期间,进入环电流区域的粒子在晨侧区域的密度大于昏侧,且晨侧的粒子分布范围更广。背阳面磁鞘中的太阳风粒子可以通过低纬边界层进入磁层,但很难通过南北侧磁层顶进入磁层。进入磁尾的太阳风粒子聚集形成冷而密的等离子体片（CDPS）,模拟中CDPS的空间分布和密度大小与观测数据符合。在IMF长时间北向期间,磁尾的粒子数量呈现随时间增长的趋势,并存在约20 min的小幅度准周期变化和约5~6 h的较大幅度的准周期变化。      

行星际磁场对磁尾场向电流发生率的影响

利用Cluster卫星的磁场和等离子体探测数据, 研究了行星际磁场(IMF)时钟角(clock angle) Φ和锥角(cone angle) θ对磁尾等离子体片边界层(PSBL)区场向电流发生率的影响. 当时钟角Φ >0时, 磁尾场向电流 的发生率较高, 这表明磁尾场向电流的发生与昏向太阳风条件更为密切; 当 90°<|Φ|<180°时, 场向电流的发生率较高, 这表明 场向电流的发生与南向IMF更为密切. 当锥角θ <30°时(即IMF与 日地连线夹角较小时)场向电流的发生率较低. 而当θ> 30°时, 场向电流在90°<|Φ|<180°的情况下发生率明显增大, 这说明南向IMF情况下, 场向电流发生率明显增大. 但是当|Φ|<90°时 (北向IMF情况下), 尽管θ很大, 场向电流的发生率并未明显增大. 当θ>70°时, 且在140°< < i>Φ<160°的行星 际磁场条件下, 磁尾等离子体片边界层区场向电流的发生率最大.      

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.      

电离层电场对磁层活动响应时延的模式研究

本文用极盖边界上电离层驱动电位φ₀随时间变化的不同模式计算了场向电流J_∥2及电离层对流电场E的演化过程。计算表明,当φ₀(t)先升后降有极大值时,J_∥2(t)和E(t)也表现出类似的趋势。但它们的极值滞后于φ_0max出现的时刻,即在一段时间内,φ₀虽已开始下降,J_∥2及高纬E却继续增大。一般说,E先于J_∥2达到极值,但相差甚小。φ₀变化形式不同时,滞后时间亦不同。当φ₀陡升缓降时,E、J_∥2的极值相对于φ_0max的时延可超过一小时。这与持续时间较长的磁暴期间所观测到的电离层场强响应时延量级是一致的。时延大小还受电离层电导率的制约。低纬电离层场强的响应与高纬不同,其升降趋势与φ₀同步。      

空间等离子体压力各向异性对磁场重联的影响

基于二维时变可压缩磁流体动力学模拟,数值研究了等离子体压力各向异性对磁场重联的影响,发现一个小的压力各向异性(P_⊥=1.02P_//)即可大大加速磁场重联的发展,这可能是由于磁镜不稳定性与撕裂模不稳定性共同起作用.在P_⊥P_//的情况下,撕裂模受到抑制,电流片中不能形成大型磁岛.      

Akasofu能量耦合函数的数值检验

从太阳风-磁层能量耦合的普遍表达式出发,用34天连续的太阳风观测资料对电磁耦合机制进行了数值检验.结果表明,只有当行星际磁场有南向分量的时候,电磁耦合机制才能近似表示太阳风-磁层能量耦合过程.此时,能量输入率可以表示成p=CB_T2/3V5/3n1/3sin4（θ/2）这个函数与Akasofu能量耦合函数ε=VB2l₀2sin4（θ/2）有一定差别,但与Murayama和Hakamada,Svalgaard,Holzer和Slavin等人的结果一致.本文对影响能量耦合函数计算的几个问题从原始资料、处理方法及物理机制上进行了讨论.      

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.      

关于冲击波在环形磁场中的传播

本文求解了点源爆炸波在环形磁场中传播的非自型问题。以耀斑引起的击波传播为例讨论了解的应用。从中可以看到,磁场扰动呈U形,主要发生在0.5Re—1.0Re的击波区域;行星际磁场的存在使击波到达1AU的时间延长了几个小时;击波必须具有大于磁截止能量E_M=λ₁S2/4π J₀R时(符号意义见内容)才有可能传播到1AU以远的地方,日冕磁场结构对耀斑击波进入行星际空间的传播有重要作用。      

冕洞中的温度分布与阿尔芬涨落能流

基于两个假设即冕洞中的阿尔芬涨落无阻尼传播和日冕温度范围为9×103K—2.5×106K, 首先导出了快发散流管中阿尔芬涨落无阻尼传播特征;然后利用Munro-Jackson观测结果, 通过数值计算, 确定了可接受的冕洞温度分布;同时确定了冕洞中可能存在的冕底阿尔芬涨落能流为5×105—1×106ergs cm-2sec-1。分析表明, 这样大小的能流对加速冕洞等离子体成为高速风流是有效的和足够的。      

Magnetic Field Fluctuations in the Solar Wind, Foreshock and Magnetosheath： Cluster Data Analysis

46 magnetosheath crossing events from the two years (2001.2-2003.1) of Cluster magnetic field measurements are identified and used to investigate the characters of the magnetic field fluctuations in the regions of undisturbed solar wind, foreshock, magnetosheath. The preliminary results indicate the properties of the plasma turbulence in the magnetosheath are strongly controlled by IMF orientation with respect to the bow shock normal. The amplitude of the magnetic field magnitude and direction variations behind quasi-parallel bow shock are larger than those behind quasi-perpendicular bow shock. Almost purely compressional waves are found in quasi-perpendicular magnetosheath.     

Spatial distribution of the magnetosheath ion flux

The magnetosheath plays a crucial role in solar wind-magnetosphere interaction because it is the magnetosheath magnetic field and plasma that interact with the magnetopause and magnetosphere, not the unshocked solar wind. We are presenting ion flux measurement statistics at both the dawn and dusk flanks of the magnetosheath and their comparison with a gasdynamic magnetosheath model. The study is based on three years of INTERBALL-1 measurements supported by simultaneous WIND solar wind and magnetic field observations. Statistical processing has shown (1) the limitations of the gasdynamic model, (2) the conditions favorable for the creation of a plasma depletion layer adjacent to the flank magnetopause, (3) strong dawn-dusk asymmetry of the ion fluxes, and (4) an evidence for the presence of a slow mode front adjacent to the magnetopause.     

关于太阳风中Alfvén脉动粘性衰减的讨论

本文讨论了被认为是可能存在的Alfvén脉动的粘性衰减效应.分析表明,Alfvén脉动的粘性衰减应是各向异性的,它正比于平行于平均磁场的脉动分量.若平行于与垂直于平均磁场方向的脉动能量之比为一常数,波长大于碰撞自由程的波动经历的粘性衰减都集中在20R_⊙以内.在0.3AU至1AU,各频率的Alfvén脉动将不经历显著的由库仑碰撞决定的粘性衰减.粘性衰减机制不能解释观测到的谱的径向变化.如果在接近太阳的空间,Alfvén脉动确有平行分量,那么它的粘性衰减将会对快发散流管中的太阳风有加速作用.如果在接近太阳的区域,Alfvén脉动的平行分量小得可以忽略的话,Alfvén脉动将不经受任何经典粘性衰减.