赤道低纬电离层瑞利-泰勒不稳定性初始扰动波数的临界值

在文献[1]推导的基础上将不稳定判据扩展到±30°磁纬之间的低纬地区.为研究初始扰动波数对等离子体泡的影响，分析了λ_min随初始扰动波数的变化规律，选择二分法计算λ_min=1时的临界波数α_c，并分析α_c随经纬度、太阳活动、季节、地方时以及水平东向电场强度的变化.主要结论如下:α_c随经纬度、季节、太阳活动以及地方时的变化规律和等离子体泡及闪烁活动的规律基本一致，α_c越小，等离子体泡越容易产生；水平东向电场增强有利于等离子体泡形成.α_c的值对人工影响电离层时选择最优扰动条件具有一定的指导意义.      

太阳风动压脉冲结构的方向与种类统计研究

基于WIND飞船1995-2014年观测到的13042例非激波太阳风动压脉冲结构（Dynamic Pressure Pulse,DPP）事件列表,统计分析DPP事件法向分布特征,讨论其种类分布.研究发现:DPP事件上下游磁场矢量之间的夹角分布统计上呈双幂律谱分布;60.46%的非激波DPP事件法向矢量的倾斜角-方向角（θ_n-φ_n）主要集中分布在-50° ≤θ_n≤ 50°,160° ≤φ_n≤ 250°的区域内;θ_n-φ_n分布图的中心位置大概为（-22.83°,186.59°）;根据DPP的上下游磁场变化特征,可将DPP分为切向间断（TD）、旋转间断（RD）、混合间断（ED）及其他间断（ND）结构,四者所占比例分别为46.42%,19.53%,27.47%,6.58%.统计结果表明DPP事件TD占优.此外,TD/RD数量的比值在太阳活动低年时明显偏大.研究结果可为下一步准确预报DPP到磁层的传播时间以及探究DPP的形成机理等提供观测依据.      

火星空间磁场低频波动

波动是无碰撞等离子体中能量重新分配的重要途径。对波动的研究有助于更准确地认识太阳风与火星的相互作用,认识火星空间环境的特征。介绍了火星空间中常见的几种磁场低频波动,包括离子回旋波（Ion-CyclotronWave,ICW）、磁流体动力学（MagnetoHydro Dynamic,MHD）波、镜像模波、哨声波以及磁场锯齿状波动,总结了这几类波动的特征和可能的形成机制,说明不同种类的波动所反映的不同的物理过程。由于波粒相互作用在火星离子逃逸的过程中起到了重要作用,波动可影响火星环境的演化。     

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.      

电离层等离子体泡的磁场扰动特征与识别

等离子体泡是赤道区电离层常见的密度耗空结构,同时伴随着背景磁场的增强和垂直背景磁场方向上的扰动,这些扰动具有阿尔芬波的特征.本文利用Swarm卫星的标量、矢量磁场以及等离子体观测数据,考察了等离子体泡产生的磁场扰动信号特征,发现磁场强度和平均场向分量的增强均与等离子体泡密度下降有较强的负相关性,说明磁场标量和矢量(平均...     

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.      

磁尾等离子体团型结构的数值模拟

考虑横越磁尾不同区域的数密度与离子温度的分布特点,取宁静磁尾温度、密度呈同样形态的非均匀分布,作为模拟计算的初态,对初始By为不同分布的3个算例作模拟计算．数值结果展示了3类磁结构的演化特征．考察磁尾中性片一个给定点的磁场变化,做出3个算例典型事件的磁场矢端图．它们从另一个侧面展示了磁尾通量绳型等离子体团、具有复杂闭合磁力线位形类似于“闭合环”的等离子体团,以及二维“磁岛”型等离子体团的特点．观测表明,多数磁尾等离子体团为具有强核心场的通量绳结构．通过跟踪一个通量绳型等离子体团的发展,作出等离子体团各方向速度与磁场强度随x演化的曲线．其中,vx与磁场强度|B|在近尾至中尾的计算值与Geotail卫星资料统计分析结果大致相符．此外,与Jin等取初始温度为均匀分布的计算结果相比,本文给出的通量绳型等离子体团,其内温度较高、密度较低,与资料分析结果的偏离也随之减小．     

准平行无碰撞激波上游能量粒子的观测研究

通过Cluster卫星在2005年3月16日观测到的一个准平行激波观测事例,研究了准平行激波上游低频等离子体波动与能量离子之间的关系.卫星观测结果表明,在准平行激波上游,离子微分能通量受到了非线性波动的调制.在磁场强度较小区域,离子微分能通量较高.产生这种现象的可能原因是准平行激波上游的非线性波动可以捕获离子,被捕获的离子在波动中来回弹跳并被电场加速,从而导致磁场强度较小区域离子微分能通量较高.这一观测结果与已有的混合模拟结果相吻合.      

二维静电孤立波的粒子模拟研究

利用二维粒子模拟程序研究了双流不稳定性激发静电波并演化为静电孤立波的物理过程.计算结果表明,在线性增长阶段,主要激发的是沿磁场传播的静电波;在非线性演化阶段,相邻的静电波会互相合并,直至形成静电孤立波,并可激发静电哨声波.还研究了磁场强度和离子温度对此过程的影响.当磁场强度比较小时,无法形成静电孤立波,只有磁场强度达到一定程度后静电孤立波才能形成;同时,离子温度会影响静电孤立波的稳定性,当离子温度比较小时,静电孤立波的稳定性减弱,在演化一段时间后会逐渐瓦解.      

太阳风中磁场重联离子扩散区的大尺度特征

利用ACE和WIND卫星2007年1月6日的联合探测, 在1AU附近发现了一个等离子体密度极低的Petschek-like重联喷流区. 该喷流区内部出现了非常明显的Hall双极磁场、等离子体密度下降区以及与Hall电流相符的低能段电子投掷角分布. 这些特征与重联离子扩散区的Hall效应非常吻合, 说明很可能在太阳风中观测到了一个离子扩散区. 分析表明, 与之相关的磁场重联为准稳态快速完全反向重联, 其扩散区以一对慢模波为边界, 空间尺度达到80个离子惯性长度, 表现出了大尺度重联的特征.      

太阳风状态参数的变化对地球磁鞘中磁场起伏特性的影响

本文利用MHD激波跳跃条件的精确解,具体讨论了行星际背景太阳风状态参数Alfvén马赫数M₁、等离子体β₁参数和磁场角θ₁的变化对地球磁鞘区中磁场起伏特性及其分布的影响.主要结果是:马赫数M₁的变化主要控制磁场起伏特性:放大倍数、相对起伏和各向异性程度的水准高低.磁场角θ₁的变化控制磁场起伏的空间分布特性.等离子体β₁参数的变化,不引起磁场起伏特性的明显变化(对于实际经常发生的情况M₁ 8而言).M₁、θ₁是强控制参数,而β₁是弱控制参数;磁鞘区磁场起伏对太阳风状态参数的变化响应呈现明显的晨-昏不对称性(行星际磁场位于黄道面时),响应主要发生在晨侧.晨侧的磁场起伏(或湍动)相当活跃,而昏侧相当稳定;磁鞘中不同地点磁场起伏特性对太阳风状态参数M₁、β₁的变化响应有大致相同的形式,而对其磁场角度θ₁的变化却有迥然不同的形式.      

Plasma convection in the low-latitude mantle of the near-earth magnetosphere

A detailed analysis of Geotail observations on June 1, 1997 provides evidence for the appearance of the plasma mantle at low-latitudes, Z_GSM 3 R_E for southward interplanetary magnetic field (IMF), and clarifies the characteristics of the plasma flow in the low-latitude mantle. The tailward flow speed in the mantle is 80 160 km/s, smaller than the flow speed (300 km/s) in the adjacent magnetosheath. The component of the velocity perpendicular to the magnetic field lines is predominantly poleward at speeds up to 60 km/s, and the convection tends to be stronger for |;B_Y|<|;B_Z| than for IMF |B_Y|>|B_Z|;. This polewardconvection can be interpreted as being driven by a J × B force operating on the field lines.     

Diagnosing the storm-time ring current and other magnetospheric plasma domains using relativistic electron data

Ring current ions and relativistic electrons simultaneously measured on board MOLNIYA-1 are analyzed in comparison with the ground-based magnetometer data for the period of a strong magnetic storm (|D_st|max≈230 nT). Injection of >500 keV electrons into the slot region (L≈3) near equatorial plane is occurred on time scale ≈1 hour, when, during the magnetic storm maximum, the extreme low-latitude position of auroral electrojets is reached and ring current becomes more symmetrical. Positions of both the ring current maximum and electron intensity maximum (L_max) are consistent to our previous result: |D_st|_max = 2.75 • 10⁴/L⁴_max. An extreme storm-time low-latitude position of the west electrojet center (for amplitudes of |D_st|_max up to 600 nT) is shown to be in a good consistence with this empirical dependence. It is supposed the trapped radiation boundary collapses down to L≈L_max in the course of the storm main phase.     

第23和24太阳活动周高纬地磁感应电流分布特性

基于高纬度芬兰Mäntsälä地区近两个太阳活动周期（1999—2017年）天然气传输管道的地磁感应电流（GIC,I_GIC）观测数据,统计研究了GIC扰动的分布特征以及强GIC扰动与磁暴和地磁亚暴的相关性.研究发现:95.83%时间段的GIC强度分布在0～1A之间.定义:若某个时间段|I_GIC|_max> 1A,则认为发生GIC扰动;|I_GIC|_max>10A,则认为发生强GIC扰动事件.GIC扰动在磁地方时夜侧附近发生的概率最高,这主要与地磁亚暴发生期间电离层电流最剧烈的变化发生在磁地方时夜侧附近有关;强GIC扰动经常爆发式出现,且都发生在磁暴期间,但大多数磁暴并不伴随强GIC扰动事件发生.磁暴急始驱动的强GIC扰动事件较少,由磁层压缩引起地磁场突然增强驱动的强GIC扰动事件持续时间较短;强GIC扰动事件主要发生在磁暴主相和恢复相,由环电流变化驱动的强GIC扰动事件一般持续时间较长且强度较大.      

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.      

Variations of the magnetosheath ion flux and geomagnetic activity

The magnetosheath plays a dominant role in the Sun–Earth connection because the magnetosheath field and plasma actually interact with the magnetosphere. The interactions change the magnetospheric magnetic field from its nominal value through a long chain of different processes. The change is usually described by geomagnetic indices and thus it can be expected that these indices would reflect changes in the magnetosheath. The present paper analyzes the relation between geomagnetic activity characterized by changes of the K_p, D_ST and AE indices and ion flux measured in the night-side magnetosheath. The results suggest a weak dependence of the D_ST index on the ion flux in the inner magnetosheath that is connected with a magnetopause displacement. On the other hand, fluctuations of the ion flux in the analyzed frequency range do not correlate with any of the indices.     

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.     

基于MF-DFA的极低频瞬态事件多重分形分析

利用三个测站实测极低频全球闪电活动背景信号南北及东西方向磁场分量资料, 应用多重分形方法对极低频瞬态事件发生时前1s背景信号中的长程关联性及多重分形特征进行了分析. 发现极低频瞬态事件发生时, 最大脉冲前1s背景信号南北及东西方向磁场均具有长程关联性和多重分形特征. 其中南北方向最小标度指数0.15 < a_min< 0.22, 分形谱宽度1.09 < Δa < 1.51; 东西方向最小标度指数0.23 < a_min< 0.59, 分形谱宽度0.75 < Δa < 0.99. 多重分形谱参数Δa和a_min可以很好地自动识别Q-burst发生.      

Foreshock and magnetosheath waves at Uranus and Neptune studied with wavelet analysis

Foreshock and magnetosheath waves in Uranus and Neptune magnetospheres are studied in this work with wavelet analysis. In order to conduct this study, Voyager-2 magnetometer 3-s averaged data are used. The Morlet wavelet transform is applied to the magnetic field vector data. Waves present in the magnetosheath and foreshock regions are highly non-stationary, showing large amplitude variations. It was found that the dominant periods of these waves are longer than the H+ cyclotron period. Overall, high frequency waves are seen near the bow shock crossing and low frequency oscillations near the magnetopause crossing. It can be concluded that non-stationary foreshock and magnetosheath planetary waves can be well characterized with wavelet analysis.     

三维试验粒子轨道法在磁层粒子全球输运中的应用

根据磁层粒子动力学理论, 通过偶极磁场模型验证利用三维试验粒子轨道方法模拟近地球区(r < 8R_e)带电粒子运动特征的可靠性. 在此基础上, 以太阳风和磁层相互作用的全球MHD模拟结果为背景, 利用三维试验粒子轨道方法, 对非磁暴期间南向行星际磁场背景下太阳风离子注入磁层的情形进行数值模拟, 并对北向行星际磁场背景下太阳风离子注入极尖区以及内磁层的几种不同情形进行了单粒子模拟. 模拟结果反映了南向和北向行星际磁场离子向磁层的几种典型输入过程, 揭示出行星际磁场南向时太阳风粒子在磁层内密度分布的晨昏不对称性以及其在磁鞘和磁层内的大致分布, 并得出统计规律. 模拟结果与理论预测和观测结论相一致, 且通过数值模拟发现, 行星际磁场北向时靠近极尖区附近形成的非典型磁镜结构对于能量粒子经由极尖区注入环电流区域过程有重要的影响和作用.