磁层顶附近流场剪切度的确定

磁层顶附近的流场剪切度与磁层顶附近能量转换的程度有关.很多磁层顶数值模拟用到流场剪切度这个输入参数,但一直是假设的.本文利用Cluster多卫星同时观测数据及独特的时空分辨功能,采用线性插值和重心坐标的方法确定了磁层顶附近流场的剪切度.通过对晨侧和昏侧磁层顶及附近磁层磁鞘流场剪切度的真实空间分布的研究结果表明,在平静的太阳风条件和地磁条件下磁层顶附近流场剪切度有时也很大,可达每百公里330 km/s的相对速度差.但在很多情况下流场是弱剪切的,在上千公里的距离上只有每秒几十公里的相对速度差.本文确定流场剪切度的方法可以推广用来确定任一位置的流场剪切度.      

高纬磁层顶尾部边界层的离子流剪切不稳定性

研究了高纬磁层顶层部边界层在非均匀磁场条件下的离子流剪切不稳定性，由于考虑了尾向电流，我们发现离子流剪切不稳定性的激发与扰动波长有关，并得到了激发该不稳定性的准临界波长的表达式，对于磁层顶存在的波长为地球半径量级的表面波扰动，离子流剪切不稳定性倾向于发生在磁层顶边界层的内边界，沿磁层顶外边界传播的稳定的表面波和其内边界的离子流剪切不稳定性同时存在，这将有助于解释磁鞘太阳与动量持续不断地向地磁层的传输。     

磁层顶旋转间断的稳定性

本文应用三层模式和ISEE卫星观测资料,讨论了磁层顶旋转间断的稳定性。结果表明:(1)在磁层顶旋转间断中可以激发一种不稳定性。随着波数k增大,不稳定性增长率也将增加。(2)当行星际磁场为北向时,磁层顶旋转间断是稳定的;当行星际磁场逐渐变为南向时,不稳定性增长率将迅速增加。(3)当太阳风速度较大时,不稳定性增长率相应地也较大。(4)当行星际磁场为南向时,随着行星际磁场与磁层顶切平面交角的增大,不稳定性的增长率也迅速增加。      

磁层顶对磁层磁场的影响

太阳风与地磁场相互作用形成的磁层顶对磁层内磁场有重要影响。本文假定地磁场为偶极子,太阳风为理想导体,在太阳风与磁层的边界上满足磁场法向分量为零的边界条件。采用最小二乘法求得磁层顶电流在磁层内产生的磁场的球谐系数。从计算结果可以看出磁层顶对磁层磁场的影响。结果表明,向阳面的磁场、中性点、极光区的位置与形状与实际观测比较接近;磁尾磁场与实际观测相差较远,原因是没有加上磁尾片电流。文中还给出了太阳风与地磁轴交不同角度时的磁层磁场的计算结果。      

基于MHD模拟数据的正午午夜子午面磁层顶位形研究

通过分析太阳风-磁层-电离层系统的三维全球磁流体力学(MHD)模型的计算数据, 给出了正午-午夜子午面磁层顶位形的定量模型. 分析表明, 正午-午夜子午面磁层顶位形可以用文献[3]提出的基于卫星观测数据的、描述赤道面磁层顶位形的函数来描述. 与赤道面磁层顶不同, 正午-午夜子午面磁层顶位形更为复杂. 在忽略极尖区(cusp)的简化条件下, 磁层顶位形仍需利用两条曲线来拟合. 太阳风动压Dp与行星际磁场分量Bz是控制磁层顶位形的主要因素. 行星际磁场为北向时, 磁场增强, 日下点距离r0增大; 行星际磁场为南向时, 磁场增强, 磁层顶日下点距离r0减小. 整体而言, 行星际磁场分量Bz由南转北时, r0增大, 且Bz对r0的影响减弱. 太阳风动压Dp是控制磁层顶日下点的主要因素, Dp增大, r0减小. 磁层顶位形的另一个参数磁层顶磁尾张角α, 随着行星际磁场南向分量增强而增大, 即磁层顶张开程度更加显著, 更多的磁通量由向阳侧传输到夜侧; Dp增大, α略增大, 这意味着Dp对磁通量由日侧向夜侧的传输也有一定的贡献.      

行星际磁场北向时磁层顶区磁场重联的全球模式

在对背阳面磁层顶区局域磁场重联模拟的基础上提出了一个行星际磁场北向时磁层顶磁场重联的全球模式。行星际磁场北向时碰层顶磁场重联导致近地尾瓣的能量被输送到远磁尾,太阳风能量不在磁尾储存,向阳面磁层顶变厚,磁层受到一系列扰动。      

磁层顶的Kelvin-Helmholtz不稳定性(Ⅳ)可压缩不稳定波的若干特性

本文讨论了磁层顶可压缩K-H不稳定波的若干特性,包括磁场扰动和密度扰动的位相关系,扰动磁场的偏振特性,时间增长率的午前午后非对称性,空间增长率及磁层脉动的地方时效应和K-H不稳定波对IMF的响应。分析表明,上述诸特性对于了解磁层边界区MHD波的起源和K-H不稳定性同地磁脉动的关系十分重要。      

磁鞘快速流引起的磁层顶凹陷事件

最近研究表明，磁层顶凹陷对磁层-电离层耦合具有重要作用.但是，磁层顶凹陷现象的确认需要多颗卫星的联合观测，目前为止报道的磁层顶凹陷事例非常少.本文利用THEMIS5颗卫星的联合观测结果，分析了一例由磁鞘快速流引起的磁层顶凹陷事件.2007年7月21日10:00 UT—10:45 UT，位于日下点磁层顶附近的THEMIS卫星在磁鞘观测到很强的地向流（约400km·-1），随后THEMIS5颗卫星相继穿越磁层顶进入磁层.通过最小方差MVA方法确认局部磁层顶法向，与经典磁层顶模型比较发现，磁鞘快速流压缩磁层顶形成局部凹陷.为了探究此磁鞘快速流的起源，对位于L1点的WIND卫星观测到的太阳风数据进行分析发现:在这个时间段内太阳风条件非常稳定，行星际磁场主要为径向，磁场南北向分量非常小.由此推测此磁鞘快速流的产生很可能与径向行星际磁场有关.      

磁层顶低混杂漂移不稳定性及等离子体幔、磁层对流的形成机制

磁层顶低混杂漂移不稳定性的理论和观测使我们可以提出一个新的磁层对流驱动模式,为了解释磁层对流的形成、磁层顶厚度等一系列磁层现象,已经提出了三种磁层模式,Dunge提出互联模式,认为行星际磁场磁力线与地磁场磁力线在磁层顶前部相互联接起来,磁层顶为一旋转间断面,太阳风粒子可直接通过磁层顶进入磁层内,虽然这一     

磁层顶穿越事件自动识别算法

磁层顶是太阳风与磁层进行质量、动量、能量交换的关键区域.磁层顶穿越事件（MCEs）可通过对卫星探测到的粒子能谱和磁场数据图进行人工分析的方式来识别.因太阳风动压和行星际磁场的易变性，位于磁层顶附近的卫星经过长期观测可能会经历成千上万次的磁层顶穿越.人工分析的方法工作量巨大，而且识别速度慢.本文发展了一种新的日下点附近MCEs自动识别算法.此算法综合分析卫星探测到的粒子和磁场数据，能有效地减少误判的发生.为了验证算法的有效性，采用单CPU计算机对THEMIS卫星在2007—2018年靠近日下点附近观测到的数据进行MCEs自动识别，最终在约6h共识别出16758个MCEs.这些自动识别出来的MCEs样本可用于统计研究磁层顶相关的诸多物理问题，如凹陷磁层顶、太阳风与磁层相互作用，磁层顶磁场重联等.同时还分析了算法的精确性和局限性.      

螺旋结构日珥爆发过程的物理本质

用Kuperus-Raadu模型描述日珥与背景场的互作用,Lundquist场描述日珥电流和磁场的分布,综合分析1980年8月18日爆发日珥的观测资料,讨论了该日珥爆发过程的物理本质。结果表明:(1)爆发日珥的物理原因是由于Lundouist场的kink不稳定性;(2)爆发过程中日珥磁能快速释放,从而导致电流强度不断减小,出现日珥上升并逐步趋于稳定;(3)日珥的爆发可能是导致CMEs的重要原因之一。      

太阳耀斑可能的储能过程

本文讨论了太阳活动区和黑子区的无力场的演化。文章分析了无力因子随时间变化的运动学含义,讨论了太阳耀斑具体的储能过程,给出了静力学无力场讨论太阳耀斑储能过程的局限性。最后,又提出了一种子午流场的储能过程。将这些"磁能的储存过程"与"适当的不稳定性导致的爆发过程"相结合起来讨论,就有可能来研究太北北阳耀斑的许多特征。      

太阳大气中有限振幅磁场扰动的动力学过程

本文从完整的磁流体动力学方程组出发,通过太阳大气中磁力线管根部有限振幅磁场的扰动,研究了非线性磁场的动力学演化。假设初始磁场位形足β<<1的势场,根部磁力线管磁场扰动,驱动等离子体运动,一部分磁能转换为等离子体动能。等离子体压缩运动具有快磁声波的特性。计算结果给出非线性磁场演化的定量关系,可以解释太阳大气中日冕活动过程。也可用于模拟实验室里高β实验装置中的等离子体的持性。      

日冕环和日冕拱的平衡位形

在线性场近似条件下,本文讨论了日冕环的二维平衡位形。用富利叶变换的方法,求出了问题的分析解,解释了日冕环观测结果的主要特性。沿日冕环纵向的压力分布均匀,日冕环的位形可以比无力场更稳定。由于日冕环可以储存更多的剪切场或扭转场的磁能,释放这部分磁能就可以驱动日冕环运动产生日冕瞬变过程,或者使环内的等离子体加热或加速而产生太阳耀斑。      

中子星吸积柱中荷电粒子密度的分布及电场的形成

本文从刘维定理出发,通过相空间求平均,建立了中子星吸积柱中粒子流连续方程和动量迁移方程。并在静力学平衡下求出其解;建立了吸积柱中的荷电粒子分布;引出了某些有趣的新结果。      

1980年5月21日—22日耀斑后冕拱(Post-flare coronal arch)的加热机制和稳定性

本文提出了快撕裂模加热是1980年5月21日—22日耀斑后冕拱长达10多小时的有效加热机制。作者计算了撕裂模所提供的能量和相应的增长率,并讨论了该冕拱的MHD平衡和稳定性问题,主要结论如下:1.对5月21日冕拱,当密度取1.6×109cm-3（实测值）时,剪切宽度α_α=1.8×108cm（冕拱小半径的十分之一）剪切磁场为18—32×10-4T,所对应的增长率为1.79×10-5s-1—2.66×10-5s-1,不稳定的增长时间为15.5h—10.4h,这组解与观测到的冕拱存在10多小时相符。所以,撕裂模是冕拱合理的有效加热机制。2.该冕拱之所以维持10多小时之久,除撕裂模加热与辐射损失平衡外,在力学上必须处于平衡态,其平衡条件为B_φ（冕拱轴向磁场）=2B_θ（冕拱的环向场）,和气压梯度dp/dr大于零。若冕拱满足该力学平衡条件,则利用能量原理可得到该系统对腊肠扰动、扭曲扰动、螺旋扰动均是稳定的。      

阿尔文波传能对太阳黑子致冷的有效性

本文研究了太阳黑子的致冷问题，认为太阳黑子磁场受其流场扰动，形成大量的磁流体波，这种波把太阳黑子的热能转变成波能，以阿尔文速度沿着磁场传播，把能量携带出黑子区域，致使太阳黑子冷却。     

磁层亚暴时环电流的局部加速机制

本文讨论了一种使环电流增强的局部湍流发电机过程。由于磁层内部的磁场很强,其位形基本满足无作用力磁场近似。另一方面,磁场的涨落值与其平均值相当。当涨落场电动势局部增强时,可以使平均场以及平均电流密度增强,形成环电流的增强。这时,亚暴过程中维持环电流所需要的能量是由湍流或波动的涨落场提供的,这是一种使粒子局部加速的过程。本文还具体讨论了一种α2湍流发电机模型,求出了具有随时间增长特性的本征模式。将分析结果应用于讨论亚暴时的环电流过程,并进行了定量估计。      

太阳风局部加速的磁流体力学过渡特征

本文讨论了轴对称磁力线管中太阳风从亚声速和亚阿尔文速度加速到超声速和超阿尔文速度的过程。考虑到流动和场的二维效应以后,除去临界声速线M2=1以外,还有临界阿尔文速线M_A2=1和M2+M_A2=1。这时,磁力线管中存在三次过渡,使磁流体力学方程组的类型从椭圆型变为双曲型,再变为椭圆型,最后变为双曲型。由于日冕中的典型声速和阿尔文速度具有相同的量级,而且人们对磁力线管的急剧膨胀很有兴趣,这就需要讨论二维磁流体力学方程组的自(冫合)解。太阳风的局部流管中有可能出现多次过渡的流动特征。