不同类型扇形边界对地磁活动的影响

本文对四种不同类型的行星际磁场的扇形边界对地磁活动的影响作了统计研究,发现当扇形边界内磁场强度增加并且取南向的这种扇形边界扫过地球时,地磁活动指数D_st增加最快,大约在11小时地磁活动指数D_st达到最大值。      

磁尾瓣区的场向电流

本文利用ISEE-2卫星的磁场和粒子资料(电子:75keVδ<1300keV,质子:170keVp<400keV),发现在磁尾远离等离子片的尾瓣区,常常同时探测到粒子脉冲和横向磁场扰动,表明有场向电流片存在。电流片的积分强度在3.3—21mA/m之间,与Frank等在磁尾等离子片边界上测量到的场向片电流积分强度可相比较。电流片总是成双成对,电流片的强度与AE指数或亚暴的关系密切。和磁层其他区域不同,在磁尾瓣区,经常探测到△B_x和△B_y同时存在,且△B_x和△B_y可相比拟的情形,它们可以用运动的线电流或不均匀密度的电流片来解释。      

行星际磁场的螺旋扇形过渡区

从行星际磁场的大尺度螺旋形构型和扇形边界附近太阳风流动与冕旒的可能相关,本文得到一个推论,即在行星际空间可能存在一种较厚的螺旋扇形过渡区。行星际磁场和太阳风的实地观测证实了这种较厚的螺旋扇形过渡区的存在。在所分析的45个螺旋扇形过渡区中,磁场强度都不为零;大部分大于或小于周围平均场强。本文进一步分析了磁增大和磁减小两类过渡区中的物理性质和可能成因。      

第23太阳活动周行星际磁场扇形结构对中低纬地磁场的影响

用特征向量分析法对第23太阳活动周天津静海磁场强度水平分量H的时均值进行研究,分析行星际磁场扇形结构的地磁效应（简称扇形效应）对中低纬地磁场H分量日变化的贡献.研究结果表明,中低纬扇形效应为3～11nT,在太阳活动高年扇形效应达到最大值（约11nT）,低年达到最小值（约3nT）.太阳活动高年扇形效应引起的地磁H分量值变化与太阳活动低年的情况相反,但是扇形效应在夏季对地磁H分量的影响较小.太阳活动高年扇形效应日均值的增减与上升年的相反,与下降年相同,夏季扇形效应平均增量最小且无规律.春、夏和秋三个季节的扇形效应最大值都出现在太阳活动高年,冬季的扇形效应在太阳活动峰年两年后才出现最大值（约11nT）.在太阳活动低年（或高年）,当扇形磁场背离（或指向）太阳时,夏季扇形效应白天引起地磁H分量增大（或减小）,夜间导致地磁H分量减小（或增大）,其他季节全天都会导致地磁H分量减小（或增大）.用特征向量推断行星际磁场扇形极性的符合率在春夏秋三个季节高达60%,在冬季为55%.      

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.      

利用Cluster卫星磁尾单事例研究具有复杂核心磁场结构的磁通量绳

2002年8月28日09:50UT-10:50UT,Cluster卫星在地球磁尾观测到一次导向场磁场重联事件.卫星观测到磁场重联扩散区附近清晰的霍尔（Hall）四极型磁结构.由于导向场的存在,该四极型结构被扭曲变形.在该磁场重联事件中,卫星观测到多个磁通量绳,大部分磁通量绳的核心场极性与导向场极性一致.但是,其中一例磁通量绳的核心场结构极性较复杂.该例磁通量绳中心区域核心场强度出现峰值,核心场极性和导向场极性一致;中心以外区域的核心场极性和导向场极性相反.这种复杂核心场结构以前未见报道.通过最小方向导数法,发现该磁通量绳的轴向是弯曲的.C1和C3卫星穿越了磁通量绳弯曲部分,探测到核心场极性变化;C2和C4卫星位于C1和C3卫星的北侧,仅穿越了磁通量绳弯曲处的一部分,故核心场具有单极性.      

关于行星际磁场螺旋扇形过渡区稳定性的分析

本文利用四层模式,讨论了ME型行星际磁场螺旋扇形过渡区的稳定性。结果表明:(1)ME型过渡区中可以激发三种大尺度波动,且三种波动都存在低频截止;(2)随着波数k增大,不稳定性的增长率都有上升的趋势,但其中A型波动的增长率存在一个极大值和一个极小值;(3)当k与扇形区中太阳风速度V_q呈平行或反平行时,波动最易被激发;随着k与V_q之间夹角变大,截止波长逐渐向短波段移动;当k与V_q相垂直时,波动则不能被激发;(4)当k与V_q夹角呈75°时,可以激发波长为5×104km、相速为340 km/s的波动,这与Voyager 1飞船在磁层顶处的观测结果相一致。由此推断,螺旋扇形过渡区中激发的波动可能是导致磁层顶K-H不稳定性的一种扰动源。      

基于Cluster观测的磁尾场向电流在南北半球投影位置的分布

利用Cluster四颗卫星的磁场探测数据计算磁尾场向电流并投影到极区电离层,研究其投影位置在南北半球的分布规律,统计过程中去除了强磁暴（磁暴主相Dst<–100 nT）期间的场向电流事件。结果显示:磁尾场向电流事件在极区投影位置的纬度分布具有明显的南北半球不对称性,北半球为单峰结构,南半球为双峰结构。在北半球投影到较低纬度（<64°）的场向电流事件数目明显多于南半球,并且所能达到的最低纬度更低;在南半球投影到较高纬度（>74°）的场向电流事件数目明显多于北半球,并且所能达到的最高纬度更高。地磁平静条件下（|AL|<100 nT）,磁尾场向电流密度随磁地方时（MLT）呈递增趋势,这一结果与低高度卫星在极区对I区场向电流的探测结果符合很好。研究结果表明,磁尾场向电流投影位置的纬度分布呈现出明显的南北不对称性,这与南北半球磁尾场向电流的空间分布以及磁层中磁场结构具有密切关系。      

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.      

TC-1和Geotail对亚暴过程中近地等离子体片磁扰动的联合观测

以2004年9月28日02:53:20 UT的亚暴为例, 通过TC-1在磁尾约12.5 R_e 和Geotail卫星在近地磁尾等离子体片约8～9 R_e的联合观测, 研究亚暴触发过程中近地磁尾等离子体片中等离子体波动特征. 结果表明, 亚暴触发区是近地磁尾中心等离子体片中较小的一个区域, 在亚暴触发区中低混杂不稳定性在近地磁尾等离子体片中存在, 准垂直传播的低混杂波发生在亚暴触发过程中, 而亚暴触发过程中近地磁尾等离子体片外边界区内的磁场偶极化信号和扰动都非常微弱. 在亚暴触发和亚暴膨胀相过程中出现了多次具有不同特征的磁场偶极化现象.      

Effects of sector structure of the interplanetary magnetic field on the upper mesosphere–lower thermosphere dynamics

In this paper we study the influence of the interplanetary magnetic field (IMF) polarity changes caused by the Earth passing through the IMF sector boundary on the dynamic processes taking place in neutral atmosphere within the altitude interval of the upper mesosphere–lower thermosphere (83–101 km). The analysis has revealed the influence of the IMF sector structure on dynamics of the upper mesosphere–lower thermosphere. There has been a significant seasonal variation of the wind reaction to the IMF polarity changes observed. The influence of the IMF polarity changes on neutral atmosphere dynamics within the altitude range of 83–101 km is most pronounced in the zonal component of neural wind when the IMF polarity changes from negative to positive in all the seasons except for spring and when IMF polarity changes from positive to negative – in spring only.     

Solar polar magnetic field dependency of geomagnetic activity semiannual variation indicated in the Aa index

Three major hypotheses have been proposed to explain the well-known semiannual variation of geomagnetic activity, maxima at equinoxes and minima at solstices. This study examined whether the seasonal variation of equinoctial geomagnetic activity is different in periods of opposite solar magnetic polarity in order to understand the contribution of the interplanetary magnetic field (IMF) in the Sun-Earth connection. Solar magnetic polarity is parallel to the Earth’s polarity in solar minimum years of odd/even cycles but antiparallel in solar minimum years of even/odd cycles. The daily mean of the aa, Aa indices during each solar minimum was compared for periods when the solar magnetic polarity remained in opposite dipole conditions. The Aa index values were used for each of the three years surrounding the solar minimum years of the 14 solar cycles recorded since 1856. The Aa index reflects seasonal variation in geomagnetic activity, which is greater at the equinoxes than at the solstices. The Aa index reveals solar magnetic polarity dependency in which the geomagnetic activity is stronger in the antiparallel solar magnetic polarity condition than in the parallel one. The periodicity in semiannual variation of the Aa index is stronger in the antiparallel solar polar magnetic field period than in the parallel period. Additionally, we suggest the favorable IMF condition of the semiannual variation in geomagnetic activity. The orientation of IMF toward the Sun in spring and away from the Sun in fall mainly contributes to the semiannual variation of geomagnetic activity in both antiparallel and parallel solar minimum years.     

太阳耀斑和地磁扰动的统计分析(1966—1978)

本文给出了不同等级、不同持续时间、发生在日面不同日心经距上的太阳耀斑所引起的各种地磁指数(Ap、AE、Dst和Kp指数)的变化,讨论了各类耀斑所引起的地磁扰动的特点以及耀斑的日心经距及其喷发物在日地空间的传播速度对磁扰强度的影响。      

1978—1988年间磁扰的分析与日地耦合

用1978-1988年间行星际磁场(IMF)的B_z分量、极光区AL指数和赤道附近地磁台Z分量等资料探讨了日地耦合中的主要物理过程。B_z的11年变化大致与太阳活动程度相当,但AL和赤道附近ΔZ更多地受磁层和电离层内部过程所控制。分析中强调了对国际磁抗日按物理过程进行分类的必要性。      

αα指数与 IMF 的关系

本文用磁暴期间最大αα指数考察了行星际磁场强度B及其扇形边界对地磁场的影响,根据。与B的线性关系提出了按B对磁暴进行分类,并统计了每类磁暴特性与相应的太阳风参数的特性,发现行星际磁场的两类扇形边界扫过地球后有不同的地磁效应。      

Geomagnetic storm effects on the occurrences of ionospheric irregularities over the African equatorial/low-latitude region

The study investigated the effects of intense geomagnetic storms of 2015 on the occurrences of large scale ionospheric irregularities over the African equatorial/low-latitude region. Four major/intense geomagnetic storms of 2015 were analyzed for this study. These storms occurred on 17th March 2015 (?229?nT), 22nd June 2015 (?204?nT), 7th October 2015 (?124?nT), and 20th December 2015 (?170?nT). Total Electron Content (TEC) data obtained from five African Global Navigation Satellite Systems (GNSS) stations, grouped into eastern and western sectors were used to derive the ionospheric irregularities proxy indices, e.g., rate of change of TEC (ROT), ROT index (ROTI) and ROTI daily average (ROTI_AVE). These indices were characterized alongside with the disturbance storm time (Dst), the Y component of the Interplanetary Electric Field (IEFy), polar cap (PC) index and the H component of the Earth’s magnetic field from ground-based magnetometers. Irregularities manifested in the form of fluctuations in TEC. Prompt penetration of electric field (PPEF) and disturbance dynamo electric field (DDEF) modulated the behaviour of irregularities during the main and recovery phases of the geomagnetic storms. The effect of electric field over both sectors depends on the local time of southward turning of IMF Bz. Consequently, westward electric field inhibited irregularities during the main phase of March and October 2015 geomagnetic storms, while for the June 2015 storm, eastward electric field triggered weak irregularities over the eastern sector. The effect of electric field on irregularities during December 2015 storm was insignificant. During the recovery phase of the storms, westward DDEF suppressed irregularities.     

太阳活动与地磁扰动的变化

以每年中地磁指数C9≥L事件的次数表示地磁扰动程度.研究下列六种情况:L=3、4和5,其中每一种又再分成重现的和一般的两类.用曲线分段拟合法求出地磁扰动年次数C_k与黑子相对数R_k之间的经验的平均关系f(R);计算出△_k=C_k-f_k,其中f_k≡f(R_k).计算结果表明:1.用黑子相对数极小年之前四年作太阳活动周的起算点.对这种“活动周”求△_k=C_k-f_k的平均,得到各个△.各“活动周”的△的符号依次正负交替.2.由90年地磁扰动观测资料得来的符号交替规律出现在C9≥3、4和5时的各种情况.这很可能是由于太阳极区磁场符号依次交替变化造成的.进一步地划分时段后,各个“活动周”中△_k对于△的弥散程度σ不同.σ序列显现出约70年的长周期.      

Statistical average estimates of high latitude field-aligned currents from the STARE and SABRE coherent VHF radar systems

Two bistatic VHF radar systems, STARE and SABRE, have been employed to estimate ionospheric electric fields in the geomagnetic latitude range 61.1 – 69.3° (geographic latitude range 63.8 – 72.6°) over northern Scandinavia. 173 days of good backscatter from all four radars have been analysed during the period 1982 to 1986, from which the average ionospheric divergence electric field versus latitude and time is calculated. The average magnetic field-aligned currents are computed using an AE-dependent empirical model of the ionospheric conductance. Statistical Birkeland current estimates are presented for high and low values of the Kp and AE indices as well as positive and negative orientations of the IMF B_z component. The results compare very favourably to other ground-based and satellite measurements.     

地磁暴期间中、低纬度地区大气臭氧含量的变化

本文分析了1966—1983年不同类型磁暴期间大气臭氧含量的变化。分析结果表明,不同类型磁暴发生时,臭氧含量均有明显的变化,但其特征是不相同的。G_C暴出现时在第6天[O₃]出现明显的下降;S_I暴出现时在第3天和第4天出现较大的下降;S_C暴中的S_A暴对[O₃]的扰动幅度最大,最大下降出现在第1天;S_B暴发生时,[O₃]最大下降出现在第2天;S_D和S_d暴期间[O₃]也在第2天下降到最小值;S_b暴发生时,[O₃]则在0天出现最小值。当这些暴出现时,[O₃]的扰动幅度依次减小,但不论哪种暴发生的前一天,[O₃]都有一个明显的增加。