用极区双雷达研究高纬电离层电场——对观测结果的物理讨论

本文以极区双雷达STARE系统观测到的高纬E区电场(65°—70°范围内)之形态为基础,用简单模式法对其中部分有趣现象进行了讨论。静日(1≤K_p≤3)形态与Vasyliunas模式符合较好。其晨一昏不对称性可部分地由电导率日一夜不均匀性解释,同时也说明在磁层中亦应有晨-昏不对称因素。本文还提出了两个简单模式,以讨论扰日对流圈的西向旋转。其一讨论了场向电流一、二区的相对强度产生之效果;其二考虑了Hall和Pederson电导率之比的作用,并对此两模式进行了比较。为了进一步搞清这个问题,需对磁层过程有更多的了解,也需要对电场和场向电流进行同时性的观测。      

用场向电流的观测结果研究高纬电离层电场

本文从Triad卫星观测到的场向电流日变化的统计结果出发, 利用场向电流日变化的付里叶级数展开和简单模式法分别求出电导率均匀时和极光带电导率增强时高纬电离层电位的分析解.结果表明, 电场集中在极光区是由2区场向电流引起的.在本文所用的场向电流分布形式下, 加上Pederson电导率的升高。极光区Hall电导率的增大反而有助于电场向中纬穿透.|AL|≥100γ时, 场向电流分布对对流圈位置西向旋转起一定作用, 但极光带Hall电导率的变化是造成大角度旋转的主要原因.Perdson电导率的增大, 对旋转角无影响.结果还表明, 在不考虑电导率日夜不均匀时, 由于场向电流复杂的日变化, 也可出现对流圈的晨昏不对称性.以上的电场分布形态, 与观测的电场形态基本相符。      

用STARE-TRIAD联合观测对磁层-电离层不完全耦合的实例研究

本文用STARE-TRIAD联合观测的一个实例研究磁层-电离层不完全耦合现象.实例中观测的电场、场向电流和推出的Pederson电导率在Harang不连续区的分布与用Kan-Lee磁层-电离层不完全耦合理论的预测值符合得很好.这支持了该理论所说的在电等位U-位形低纬侧有S-位形存在以及与之相应的电离层电导率的第二增强区和电场凹陷区等现象.STARE的其他观测事实说明这些现象具有一定的普遍意义.      

电导率分布、对流电场转向区与场向电流形态(模式分析)

本文利用一些简单模式讨论对流转向区形态、电离层电导率的分布变化对场向电流形态的影响。结果表明,一区场向电流是最基本的,与对流转向区直接相联。二区场向电流的产生不仅与对流电场的屏蔽相联,也与电导率变化有关。电导率的变化还可产生一区电流高纬侧的零区电流和二区电流低纬侧的反向电流。此外,剪切转向区和旋转转向区所对应的场向电流分布也有所不同。本文结果有助于理解观测的场向电流之复杂形态,也可以解释同样的行星际磁场状况下,场向电流的不同变化。      

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.      

GEOS-2卫星S329和S301实验所得对流图象的综合分析与比较

本文对GEOS-2卫星S329电子枪实验和S301冷等离子体电子浓度实验所得对流图象进行了综合分析比较.比较是通过Volland半经验模式将对流电场与等离子体层顶相联系的.两种观测都表明对流电场的西旋与K_p有关,并说明Volland模式在一级近似下较好地描述了同步轨道附近的对流情况.两种实验在高地磁活动时等离子体层顶大小方面有矛盾处.这种矛盾的可能原因是高磁扰日时等离子体层顶附近动力过程的复杂性.此外,S329实验所得的对流电场之晨昏不对称性也是值得注意的现象.      

倒V电子沉降通量能谱的理论计算

沿极光区磁力线大约在2000公里到8000公里的高度范围内,存在着一个等离子体湍流和大尺度平行电场的加速区。沿磁力线运动的等离子体片中的电子通过此加速区时,受到等离子体湍流和平行电场的共同作用,形成电子沉降的倒V结构。从一维准线性的动力学方程出发,导出了沉降电子通量的能谱方程,得出了电子通量能谱的理论公式。对等离子体湍流和平行电场对沉降电子能谱的影响作了分析和讨论。本文所提出的理论可以解释目前观测到的某些基本现象。      

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.      

空间科学学报第6卷1986年总目录

第1期太阳风粘性效应的重新考察···“···,·,.··“一赵学溥Thomas E. Holzer(1)磁扰日向阳面对流电场转向区位置的晨昏不对称性······,.···,··“··“…… ·········、········……资民妈E.Niexson w.B.Hanson T.A.petemra(9)磁层哨声波的丝化不稳定性···················“·····“··“,·”··”·····“…王元殿(19)Akasofu能量祸合函数的数值检验··············“,·····,·,……徐文耀师恩奇(24)强磁场中电磁辐射散射的自激效应·····…     

火星空间大尺度电流体系分布特征

在MHD模型基础上, 对火星空间环境的电流分布进行了模拟. 结果表明, 火星空间存在着弓激波电流、磁堆积区电流、电离层电流和磁尾电流. 弓激波电流在激波曲面上均由北向南自成体系, 电流密度在弓激波顶区域较大. 在向阳面磁堆积区边界电流与电离层电流彼此耦合形成完整的回路, 在背阳面磁堆积区边界电流与磁尾中心电流片耦合形成完整的回路.      

Modeling and observations of the north–south ionospheric asymmetry at low latitudes at long deep solar minimum

Using the physics based model SUPIM and FORMOSAT-3/COSMIC electron density data measured at the long deep solar minimum (2008–2010) we investigate the longitude variations of the north–south asymmetry of the ionosphere at low latitudes (±30° magnetic). The data at around diurnal maximum (12:30–13:30 LT) for magnetically quiet (Ap ? 15) equinoctial conditions (March–April and September–October) are presented for three longitude sectors (a) 60°E–120°E, (b) 60°W–120°W and (c) 15°W–75°W. The sectors (a) and (b) have large displacements of the geomagnetic equator from geographic equator but in opposite hemispheres with small magnetic declination angles; and sector (c) has large declination angle with small displacement of the equators; vertical E × B drift velocities also have differences in the three longitude sectors. SUPIM investigates the importance of the displacement of the equators, magnetic declination angle, and E × B drift on the north–south asymmetry. The data and model qualitatively agree; and indicate that depending on longitudes both the displacement of the equators and declination angle are important in producing the north–south asymmetry though the displacement of the equators seems most effective. This seems to be because it is the displacement of the equators more than the declination angle that produces large north–south difference in the effective magnetic meridional neutral wind velocity, which is the main cause of the ionospheric asymmetry. For the strong control of the neutral wind, east–west electric field has only a small effect on the longitude variation of the ionospheric asymmetry. Though the study is for the long deep solar minimum the conclusions seem valid for all levels of solar activity since the displacement of the equators and declination angle are independent of solar activity.     

地球磁尾的电场模式

地球磁层中的电场是磁层等离子体运动的主要驱动力。目前常用的磁层电场为均匀晨昏电场和投影电场。本文假定磁力线为电场的等位线，地球电离层电场看做磁层电场沿磁力线在电离层的投影。利用Tsyganenko磁场模式（T89），沿磁力线反电离层电场投影到磁尾，得到了一个新的磁层电场模式。文中对偶极磁场和T89磁场模式下的投影场作了比较，说明本模式突破了偶极磁场的局限，在磁层有更大的适用范围。     

Modulation of galactic cosmic rays in a north–south asymmetrical heliosphere

Observations made with the two Voyager spacecraft confirmed that the solar wind decelerates to form the heliospheric termination shock. Voyager 1 crossed this termination shock at ∼94 AU in 2004, while Voyager 2 crossed it in 2007 at a different heliolatitude, about 10 AU closer to the Sun. These different positions of the termination shock confirm the dynamic and cyclic nature of the shock’s position. Observations from the two Voyager spacecraft inside the heliosheath indicate significant differences between them, suggesting that apart from the dynamic nature caused by changing solar activity there also may exist a global asymmetry in the north–south (polar) dimensions of the heliosphere, in addition to the expected nose–tail asymmetry. This relates to the direction in which the heliosphere is moving in interstellar space and its orientation with respect to the interstellar magnetic field. In this paper we focus on illustrating the effects of this north–south asymmetry on modulation of galactic cosmic ray Carbon, between polar angles of 55° and 125°, using a numerical model which includes all four major modulation processes, the termination shock and the heliosheath. This asymmetry is incorporated in the model by assuming a significant dependence on heliolatitude of the thickness of the heliosheath. When comparing the computed spectra between the two polar angles, we find that at energies E < ∼1.0 GeV the effects of the assumed asymmetry on the modulated spectra are insignificant up to 60 AU from the Sun but become increasingly more significant with larger radial distances to reach a maximum inside the heliosheath. In contrast, with E > ∼1.0 GeV, these effects remain insignificant throughout the heliosphere even very close to the heliopause. Furthermore, we find that a higher local interstellar spectrum for Carbon enhances the effects of asymmetric modulation between the two polar angles at lower energies (E < ∼300 MeV). In conclusion, it is found that north–south asymmetrical effects on the modulation of cosmic ray Carbon depend strongly on the extent of the geometrical asymmetry of the heliosheath together with the assumed value of the local interstellar spectrum.     

地球弓激波的三维模拟

利用磁流体动力学(MHD)全球模拟结果,根据弓激波的跃变特性确定出弓激波位置,建立了一个新的综合考虑了快磁声马赫数、太阳风动压、行星际磁场强度以及磁层顶曲率半径的弓激波三维位型模型.将新模型与以往模型的模拟结果进行比较发现,新的弓激波全球模型结果可靠,解决了部分现有模型不能描述弓激波三维位型的问题.研究结果表明,在行星际磁场北向时,随着快磁声马赫数的增大,弓激波日下点距离减小,但是在行星际磁场南向时,快磁声马赫数的变化对弓激波日下点距离影响不大;弓激波位型在赤道面与子午面上存在明显的不对称性,而且随着行星际磁场的转向,这种非对称性也会发生相应改变;行星际磁场南向,B_z值较小时,子午面内弓激波位型已经不是简单的抛物线,出现了明显的类似于极尖区磁层顶的凹陷变化区.      

Geomagnetic activity associated with magnetic clouds,magnetic cloud-like structures and interplanetary shocks for the period 1995–2003

Using nine years (1995–2003) of solar wind plasma and magnetic field data, solar sunspot number, and geomagnetic activity data, we investigated the geomagnetic activity associated with magnetic clouds (MCs), magnetic cloud-like structures (MCLs), and interplanetary shock waves. Eighty-two MCs and one hundred and twenty-two MCLs were identified by using solar wind and magnetic field data from the WIND mission, and two hundred and sixty-one interplanetary shocks were identified over the period of 1995–2003 in the vicinity of Earth. It is found that MCs are typically more geoeffective than MCLs or interplanetary shocks. The occurrence frequency of MCs is not well correlated with sunspot number. By contrast, both occurrence frequency of MCLs and sudden storm commencements (SSCs) are well correlated with sunspot number.     

简单强磁云的结构特征

本文讨论了1980年12月19日和3月19日两次无大型共转流相联系的行星际简单强磁云事件的磁流体动力学结构特征。此两磁云均以高温、高密度的湍流结构为先导,接着是低温、低密度,磁场很强且倾角单调旋转的磁云本体,后随另一密度稍高的结构。磁云本体内Alfvén波速及磁压对动能密度和热压的比值异常地增高,有利于磁云后的扰动迅速穿越磁云向前传播并向前边界集结。磁云边界上的巨大磁压梯度力及MHD波动在高密度结构内的耗散有可能对磁云前的太阳风进行加速和加热,形成双锯齿流速图象。简单磁云的结构很象典型的日冕质量抛射事件。此外,还简要地分析了磁云引起的地磁暴和宇宙线下降。      

太阳活动高年期间(1978—1981)耀斑-行星际激波传播的三维平均特性——日本行星际闪烁(IPS)观测的初步分析

文中通过对行星际激波传播的动力学效应的考虑,根据日本的IPS观测资料,对太阳活动高年期间85个耀斑-IPS激波事件进行了统计研究.结果表明:(1)激波的传播相对耀斑法线方向是非对称传播.传播最快的方向,就经度而言趋向行星际螺旋形磁场方向;就纬度而言很接近在此事件期间日球电流片的平均纬度.(2)传播的纬度范围(-60°— +40°)远比传播的经度范围(<—90°—+90°)小.(3)激波的能量分布有明显的东-西、南-北不对称性,它决定了激波传播的非对称特性.所研究的85个耀斑-激波的平均能量～2.7×1031尔格(单位立体角).上述结果与我们分析美国圣地亚哥IPS观测所得结果基本一致[3].      

行星际慢激波的传播和演化

采用二维理想MHD模型，分别在日球赤道面(二维二分量模型)和日球子午面(二维三分量模型)内研究太阳风中慢激波的传播和演化规律．结果表明，慢激波在向外传播的过程中逐渐演化为由原慢激波和新产生的快激波构成的激波系统，该激波系统在子午面内相对慢激波源中心法线基本对称，而在赤道面内则是不对称的：快激波阵面和慢激波阵面之间存在一个切触点，该处两个激波合并，蜕化为气体激波．上述切触点相对激波源中心法线东偏，且东偏角度在激波系统向外传播过程中不断增加．初步分析表明，行星际磁场的螺旋结构是产生日球赤道面内慢激波传播和演化的东西不对称性的主要原因．