质子地磁垂直截止刚度在2004年11月7-8日两个时刻处的数值模拟

利用单粒子轨道理论, 在T04和IGRF2000磁场模式建立的磁层模型基础上, 应用四阶龙格库塔方法, 模拟计算宇宙线带电质子在地球磁层中的运动以及沿天顶方向入射到达地球磁场内的某一特定位置, 得到了距地球表面450km高度处全球质子垂直截止刚度在2004年11月7-8日中两个时刻的计算值. 根据计算得到的684个不同位置处的截止刚度值, 分析了同一时刻地磁垂直截止刚度随磁纬和磁经的变化. 与此同时, 模拟计算了相同时刻下磁纬为30°, 磁经为0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°处, 地磁有效垂直截止刚度随高度的变化情况. 结果表明, 在磁纬30°处, 其质子有效垂直截止刚度随距离地心高度的变化沿向阳处向磁尾处方向, 变化越来越缓慢.      

地磁场模型简化计算方法

为了实现地磁导航在近地轨道卫星上的应用,需要解决传统的高斯球谐函数递推法在计算地磁场强度时存在方法复杂、计算量大、实时性难以保证等问题.针对上述问题,提出一种用地球磁场估计函数代替球谐函数的地磁场强度计算方法.该方法利用伪地心下的磁偶极子模型代替主磁场模型,通过多项式拟合离线得到高度范围内固定经纬度网格点的伪中心距系数,进而利用插值法和偶极子模型得到任意点的地磁场强度.仿真结果表明,轨道高度为300～500km,经纬度网格间隔为0.5°时,地球磁场估计函数法的导航精度与地球主磁场模型WMM精度一致的同时,降低了计算负担,提高了算法计算效率.      

利用TIE-GCM模式计算电离层电流及夜间电离层磁场

电离层电流产生的磁场是地磁场卫星测绘时需要剔除的干扰源.利用电离层热层模式TIE-GCM计算电离层中的中性风、重力驱动和压强梯度等形成的电离层电流的全球分布,分析电流在特定位置产生的磁场及磁场三分量随纬度的变化规律.结果表明,E层尤其是磁赤道和极区的电流密度较大,可达103nA·m-2量级,F层电流密度量级约为10nA·m-2.在磁静日（Kp≤ 1）夜间22:00LT-04:00LT,电离层电流在中低纬度（南北纬50°之间）产生的磁场量级为几个nT,且磁场的南北向分量和径向分量基本大于东西向分量.通过与CHAMP卫星磁测数据分析比较,发现TIE-GCM模式计算电离层干扰磁场在中低纬度可以取得较好的结果,但在高纬度地区的效果不理想,还需进一步改进模式以提高计算精度.      

Galileo卫星导航系统广播Nequick模型及其参数拟合

提出了基于IGRF模型的Galileo广播Nequick模型及其参数拟合算法, 解决了Galileo信号仿真中地理场景映射与地磁坐标下的电离层延时修正参数拟合问题. 应用IGRF模型, 可计算出任意给定位置和时间点的地磁参数以及E层、 F₁层、F₂层的电子密度, 从而计算出Galileo电离层修正参数. 仿真结果表明, 该算法拟合的全球电离层延时与IGS提供的实际观测值基本一致, 仿真精度高于一般的经验电离层模型, 实现了Galileo卫星信号的电离层延时修正参数的精确仿真.      

太阳风中磁重联的可能性及其观测证据

本文利用美国行星际监测卫星IMP-H和IMP-J同时在弓激波上游的极佳时机(1976年1月21日—22日)探测的结果, 比较了两个卫星同时测得的离子脉冲(E≥125keV/Q, Q≥1)的计数率和各向异性.分析表明在IMP-H比IMP-J离地球远的四个事件a—d中, a和b事件时, IMP-H上测得的计数率大于IMP-J上计数率, 各向异性从太阳指向地球;c事件时, IMP-J上计数率大于IMP-H上的测量值, 各向异性从太阳指向地球;d事件时, IMP-J上计数率大于IMP-H上的相应值, 各向异性改变方向, 从地球指向太阳.它们可以用太阳风中扇形边界样的磁场反转形态磁重联产生的高能粒子的假说来满意地得到解释.      

Alfven波在微电离大气中的衰减特性研究

利用简单的偶极子地磁场模型以及大气电子密度和电导率模式, 分析地面产生的磁扰动以Alfven波的模式传播到近地空间区域. 这种地面的磁扰动可能干扰近地空间卫星对空间磁扰动的观测. 通过对地面磁扰动Alfven波模式1000 km高度内的衰减情况进行模拟, 认为在近地空间采用地磁偶极子模型是合理的. 由于衰减随扰动频率的增大而急剧增强, 分析还得到了近地卫星能够探测到地面磁扰动的最大频率. 计算结果表明, Alfven波的衰减主要集中在高度50 km以下, 这个区域内的大气电导率极其微弱, 使Alfven波的传播受到极大衰减. 0.4 Hz以下的Alfven波沿磁力线传播到1000 km高度后衰减结为原来扰动幅度的千分之一, 因此频率在0.4 Hz以下的Alfven波可能会干扰低轨卫星探测磁场脉动.      

F2层对地磁扰动的响应

利用37个电离层垂直探测站1974-1986年的数据,采用f0F2与地磁ap指数相关分析的方法,首次得到一个太阳活动周期各年东亚-澳大利亚扇区,欧洲-非洲扇区和美洲-东太平洋扇区F2层对地磁扰动响应随地磁纬度的分布.结果指出,地磁高纬和中纬地区为负响应,低纬和赤道地区为正响应,大约在±30°附近换向.最大正响应在磁赤道附近,最大负响应在地磁纬度±50°附近,最大负响应的幅度大于最大正响应的幅度.存在明显的经度差别和南北半球不对称性.     

几种材料的磁层亚暴环模试验

<正> 一、引言星际空间存在运动着的带电粒子。当太阳风粒子到达地球磁层顶且随着太阳风粒子而来的星际磁场,指向地磁南极时,太阳风中的感应电流产生的附加场使地磁场发生畸变。迎着太阳的一面较为扁平,而背着太阳的一面形成一个很长的磁尾。在磁尾区,太阳风粒子的注入(它们的能量为几十电子伏到几千电子伏)引起了高能粒子的大量增加。这些高能粒子在     

利用行星际监测数据进行地磁暴预报

利用全连接神经网络方法应用于地磁Dst指数的预报中.对ACE卫星探测的太阳风和行星际磁场及其变化对未来几小时的Dst指数的影响进行了统计分析,发现在这些行星际实测参数中,对Dst指数作用较为明显的是太阳风速度、太阳风质子密度和行星际磁场南向分量,同时,当前Dst指数实测值对今后几小时的Dst指数已有很强的制约作用.在统计分析的基础上,建立了全连接神经网络预报模型.由于采用了全连接神经网络结构,模式能够反映出太阳风、行星际磁场等参数与地磁Dst指数参数的复杂联系,可以自动建立输入参量的最佳组合方式,提高了预报精度.通过利用大量实测数据对神经网络模式进行训练,最终建立了利用优选的ACE卫星行星际监测数据提前2 h对Dst指数进行预报.通过检测,预报的误差为14.3%.      

火星磁场产生的原因及其分布

构建了一个可以得到火星赤道面上磁场分布的模型. 模型根据卫星观测数据, 提出了火星电离层、磁层顶和磁尾电流片上都各自通有电流的假设. 由电流的连续性条件可知, 这三种背景条件下的电流之间满足一定关系, 即火星磁层顶上的总电流是电离层上的总电流与磁尾电流片上的总电流之和. 这些电流产生的磁场与太阳风磁场共同构成了火星赤道面上磁场分布. 通过计算发现, 采用这种磁场模型得到的结果与目前卫星所观测的结果以及与采用其他方法得到的结果符合得较好.      

地磁场的长期变化对辐射带质子通量计算的影响

用不同年代的国际地磁参考场(IGR)模式及最新的辐射带粒子通量模式,计算了低高度上空间某点的辐射带质子通量随时间的变化,讨论了地磁场的长期变化对L-B坐标及辐射带带电粒子通量计算的影响,对正确使用地磁场模式计算磁壳参量L及辐射带粒子通量模式给予了说明和建议.      

World grid of cosmic ray vertical cut-off rigidity for the last decade

Cosmic ray cut-off rigidity tables and maps over the world concerning the epochs 2010, 2015 and the current one 2020 have been constructed. These maps display the effective cut-off rigidity in every five degrees in latitude and in longitude at the altitude of 20 km above the surface of the international reference ellipsoid. The values of the geomagnetic cut-off rigidity were calculated in every 5° in latitude and in every 15° in longitude applying the well-known method of particle trajectory calculations resulted from the theory of the particle motion in the Earth's magnetic field. The applied software employed the 12th Generation of the International Geomagnetic Reference Field (IGRF 12) and trajectories were calculated at 0.01 GV intervals in order to determine the vertical cut-off rigidity for each location. Beyond the use of the calculated cut-off rigidity values as a basic reference of charged particle access to different geographical locations during quiet and/or more intense geomagnetic periods, these results can be used for a long- term forecasting of the geomagnetic conditions variations.     

磁纬10°以下哨声路径纬度和所需抬升因子积分中值的估算方法

本文采用国际地磁参考场(1980IGRF,n=8)磁力线经验公式和三层模式电离层,结合哨声波沿磁力线传播所需电子浓度的横向梯度,给出了磁纬10°以下哨声路径纬度和所需抬升因子积分中值的估算方法;从而得出:(1)哨声色散值D不仅与电离层N_mF2正相关,而且与h_mF2也有明显相关性.当路径纬度ф₉₀≤10.5°(IGRF,n=8,下同)时,D与h_mF2负相关;>12时,正相关;在10.5°—12°之间时,正或负相关取决于路径顶点高度与h_m之差值.估算表明,三亚(磁纬7.04°N)收到的哨声中路径纬度ф₉₀≤10.5。的占94.5%,D与h_mF2负相关,这与观测结果一致.(2)所需抬升因子积分中值一般在7—31%之间.      

磁扰期间的三维漂移壳分离

基于磁层粒子动力学理论,首先对比了计算漂移壳分离的引导中心法和磁力线追踪法,计算表明两种方法的计算结果一致.然后分别采用T89c和T96磁层磁场模式,用磁力线追踪法数值计算了不同初始位置(≤9Re)、不同初始投掷角、不同Kp指数和不同太阳风压力下,带电粒子的漂移壳分离.计算结果揭示了漂移壳分离随初始位置、投掷角、Kp指数和太阳风压力的变化.其具体特征如下. (1)随着径向距离的增大,漂移壳分离效应愈加显著,由正午出发的粒子将被稳定捕获,而午夜出发的径向距离≥7Re的部分大投掷角粒子将沿磁层顶逃逸. (2)正午出发的粒子,漂移到午夜时其漂移壳随投掷角减小向外排列;午夜出发的粒子,漂移到正午时其漂移壳随投掷角增大排列; 90°投掷角粒子在磁赤道面的漂移壳沿着磁场等值线排列. (3)漂移壳分离随Kp指数和太阳风压力增大变得显著,且随这两种扰动参数的变化特征和趋势是基本相似的.      

地磁场磁力线可视化种子点选取的磁场强度线积分等分算法

将磁力线按流线进行绘制是地磁场可视化的通用方法. 磁力线种子点的选取 决定了绘制磁力线的疏密, 其疏密程度能否真实反映地磁场强度分布是评价地 磁场可视化效果的关键. 基于磁经圈均匀角度种子点选取算法绘制 的磁力线通常不能客观反映地磁场强度的空间分布, 针对这一不足, 提出一种等分磁场强 度线积分的磁力线种子点选取算法. 利用该算法对地磁场IGRF模型和T96模型 描述的地磁内外源场进行可视化绘制, 对磁力线追踪结果中出现的冗余磁力线 进行过滤, 统计分析了绘制磁力线的空间分布与地磁场强度空间分布的相关性, 结果表明该算法能够较好地实现对地磁场的可视化.      

磁场强度对日冕定态结构的影响

以二维ＭＨＤ模型及时变方法为基础,内外边界完整的设影特征线边界条件,考察了太阳日冕大气的定态结构随偶极场强度的变化情况。模拟结果表明：随着偶极场强度的增加,磁场对太阳风的约束增强,低纬闭磁场打开程度减少,高纬与低纬区速度差增加,并且在阿尔文马赫数为１的点附近达到最大,速度过度区变陡;随着日心距离增加,低纬区宽度减小,速度过渡区变陡,可定性解释Ｕｌｙｓｓｅｓ飞船的新观测事实。     

Geomagnetic pulsation over conjugate locations during geomagnetic storms and substorm

Geomagnetic data collected during magnetic storm over magnetically conjugate pair (according to IGRF 2000) of high latitude stations viz., Maitri (70° 45′ S, 11° 42′ E) and Tromso (69° 40′ N, 18° 56′ E) reveal that amplitudes of Pc6 pulsation characteristically differ. The amplitude obtained from horizontal magnetic field for the Pc6 pulsation frequency range between 0.6 and 1.6 mHz significantly differs in time corresponding to peak amplitude. The relative differences in its time of occurrence found to gradually increase around initial phase of storm and remain exactly out of phase at peak amplitude of storm. Thence, it is found to be in agreement in phase gradually until storm unwinds. This indicates that simultaneous amplitude of Pc6 pulsation at conjugate pair of stations and its time of occurrence could be a key factor to infer storm arrivals somewhat prior to its peak effects. The emphasize remains on prediction of storm arrivals only by utilizing ground based magnetometer observations. However, it is necessary to understand differences on the basis of weak, moderate, strong, and super strong cases and more exactly how they behave along the line of magnetic Meridian. Nevertheless, the analysis implies that geo-effective magnetic ejecta/clouds/CIRs/sheaths/CMEs/ICMEs giving rise to geomagnetic storm can be predicted ahead of its peak effects by having magnetometer data over conjugate locations.     

Modelling studies of ionospheric convection in northern and southern polar regions

The realistic model of Quegan et al. has been used to investigate the convection paths of ionospheric plasma at 300 km altitude, for different polar cap radii and in both hemispheres. Taking the Northern magnetic dip pole to be at a co-latitude of 11° and the Southern magnetic dip pole at a co-latitude of 23°, these paths are presented in a Sun-Earth frame, with the position of the Earth's axis fixed as it is on 21 March, as polar plots centred on the magnetic pole. There are marked hemispheric differences between 13 and 23 L.T., particularly near the stagnation region at 18 to 21 L.T., but only minor differences between 00 and 12 L.T., when the radius of the polar cap exceeds 12°. For a smaller polar cap, the differences between the hemispheres are small at all local times. The time taken to perform a complete circuit is most dependent on the polar cap radius, and most variable - between 15 and 36 h - for convection paths starting near 60° latitude. The time that plasma convecting from noon to near midnight across the Northern polar cap spends within the 10° co-latitude circle increases from 6 h, for a polar cap radius of 10°, to 11.5 h at 17°. These results are compared and contrasted with other model calculation results and with some ground-based and satellite observations of plasma densities at high latitudes.     

Measurements of trapped protons and cosmic rays from recent Shuttle flights.

We have flown two new charged particle detectors in five recent Shuttle flights. In this paper we report on the dose rate, equivalent dose rate, and radiation quality factor for trapped protons and cosmic radiation separately. A comparison of the integral linear energy transfer (LET) spectra with recent transport code calculations show significant disagreement. Using the calculated dose rate from the omni-directional AP8MAX model with IGRF reference magnetic field epoch 1970, and observed dose rate as a function of (averaged over all geographic latitude) and longitude, we have determined the westward drift of the South Atlantic anomaly. We have also studied the east-west effect, and observed a 'second' radiation belt. A comparison of the galactic cosmic radiation lineal energy transfer spectra with model calculations shows disagreement comparable to those of the trapped protons.