磁静日期间中国大陆地区地磁外源场研究

利用第4代地磁场综合模型CM4, 研究了中国大陆地区1960--2000年磁静日期间地磁外源场的变化情况, 并进一步计算分析了外源场中的电离层场及磁层场的分布与变化.结果显示, 北向分量X的外源场强度在40年间呈先增加后减小的趋势, 共减少了约32 nT, 其磁层场强度呈先增大, 然后逐年减小的趋势, 共减少了约23.7 nT; 东向分量Y的外源场强度呈先减少后增加再减少的趋势, 共增加了约3.8 nT, 其磁层场强度呈先减小, 再逐年增加的趋势, 共增加了约2.3 nT; 垂直分量Z的外源场强度呈先减少后增加的趋势, 共增加了约4.6 nT, 其磁层场强度呈先减小后增加的趋势, 共增加了约9.3 nT. 三分量的电离层场强度变化均小于1 nT, 其分布在1960--1970和1970--1980年, 1980--1990和1990--2000年呈现正负互相变换的现象, 该现象可能与太阳11年活动周期有关.      

月球均匀模型阶跃感应磁场模拟计算

针对月球均匀模型, 利用电磁感应理论, 对行星际磁场阶跃扰动产生的 感应磁场进行了模拟计算. 设磁导率恒为μ₀, 对于一些特定的电导率值, 给出了月表磁场分量和总场从跃变到重新达到稳态的变化过程; 在一条经线 上的赤道附近、中纬地区和极区各选取一个测点, 利用Laplace逆变换的数 值公式给出了磁场瞬变响应函数和磁场分量及总场在不同电导率情况下的变化趋势. 计算结果表明, 此研究方法可行, 结果合理. 经过足够长的时间, 与外磁 场跃变方向垂直的磁场分量将会消失, 而与之平行的磁场分量将与外场趋于 一致. 在外场发生跃变的时刻, 赤道附近能够测到的最大磁场分量值约为13.65nT, 极区附近能测到约2.71nT; 在中低纬度和极区, 平行分量变化的过程显著 不同, 反映出实际探测中, 选取在月表不同位置的磁强计将可能监测到完全不同的磁场变化曲线形态.      

近地尾向流和磁场——TC-1卫星观测结果

2004年10月12日,在01:30—04:30 UT期间,位于向阳侧磁层顶附近的Geotail卫星探测到行星际磁场为持续南向.此太阳风条件驱动了一个小磁暴,Sym-H指数在04:12 UT达到最小值-33 nT.在磁暴主相期间,AE指数维持在较高的水平,其最大值达400 nT.02:00—03:00 UT期间,TC-1卫星在近地磁尾(-10.6,3.2,-0.1)R_e处观测到明显的亚暴膨胀相特征和磁场偶极化过程.在偶极化前1 min,有较强的(v_x<-100 km/s)持续时间超过3 min的尾向流发生.分析发现该尾向流具有低温、高密度和沿磁场流动的特点,这说明尾向流具有来源于电离层风的特征.尾向流期间,TC-1观测的磁场分量B_x和总的磁场强度增加,磁倾角减小,磁场结构变成非偶极型,说明尾向流对磁场结构有一定的影响,文中尝试给出了相应的物理解释.观测表明,该事例中的近地磁尾尾向流可能对磁场偶极化过程的发生有重要意义.     

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。      

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.      

近地尾向流和磁场偶极化——TC-1卫星观测结果

2004年10月12日, 在01:30---04:30 UT期间, 位于向阳侧磁层顶附近的Geotail卫星探测到行星际磁场为持续南向. 此太阳风条件驱动了一个小磁暴, Sym-H指数在04:12 UT达到最小值-33nT. 在磁暴主相期间, AE指数维持在较高的水平, 其最大值达400nT. 02:00---03:00 UT期间, TC-1卫星在近地磁尾(-10.6, 3.2, -0.1)Re处观测到明显的亚暴膨胀相特征和磁场偶极化过程. 在偶极化前1min, 有较强的(v_x<-100 km/s)持续时间超过3min的尾向流发生. 分析发现该尾向流具有低温、高密度和沿磁场流动的特点, 这说明尾向流具有来源于电离层风的特征. 尾向流期间, TC-1观测的磁场分量Bx和总的磁场强度增加, 磁倾角减小, 磁场结构变成非偶极型, 说明尾向流对磁场结构有一定的影响, 文中尝试给出了相应的物理解释. 观测表明, 该事例中的近地磁尾尾向流可能对磁场偶极化过程的发生有重要意义.      

电离层等效电流体系对行星际激波的响应研究

行星际激波是导致地球磁层-电离层系统发生扰动的重要原因之一,其可以通过对磁层-电离层系统电流体系的改变来影响地磁变化.本文采用全球三维磁流体力学数值模拟方法,分析了行星际激波作用下电离层等效电流体系的即时响应.模拟结果表明,在激波作用下伴随着异常场向电流对的产生,电离层在午前午后出现一对反向的等效电流涡.这对涡旋一边向极侧和夜侧运动,一边经历强度增强和减弱直至消失的过程.激波过后等效电流体系图像逐渐演化为激波下游行星际条件控制的典型图像.这个响应过程与行星际激波强度有关,激波强度越强,则反向的等效电流涡旋强度越大,寿命也就越短.      

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。      

行星际日冕物质抛射地磁效应研究的支持向量机方法初步研究

行星际日冕物质抛射（Interplanetary Coronal Mass Ejection,ICME）与地球磁层相互作用并带来地磁暴等地磁扰动.从Richardson和Cane提供的近地球ICME列表中筛选出ICME事件集,基于ICME扰动期间的行星际等离子体与磁场数据提取出特征.通过计算各特征的费舍尔分值（Fisher Score）,对这些特征进行选择,发现行星际磁场南北向分量持续时间小于-10nT且激波等扰动所带来的ICME扰动开始时,太阳风速度的增量等特征与ICME事件的地磁效应密切相关.这与现有的传统统计研究结果一致.以这些特征为基础,训练得到的径向基函数支持向量机能够以0.78±0.08的准确率判断ICME事件是否会产生中等及以上强度的地磁暴（Dst ≤-50nT）.      

电离层电场对环电流变化响应的时延

本文讨论了强磁暴期间磁层环电流能量变化率与电离层电场变化之间的联系.STARE和SABRE雷达资料表明,电离层对环电流变化响应的主要特点是:(1)在磁地方时午后区,响应的时延达最大(约1—2小时),场强以指数形式增加;在其它时区内,无系统的增强过程,仅观测到较大的、有明显涨落的电场值.(2)STARE(70.2°N)和SABRE(65.8°N)测到的电场变化往往具有相反的趋势.(3)在STARE视场内,环电流能量变化达极大后,较低纬(70.2°N)上的电场值经常大于较高纬(71.8°N)上的值.分析结果表明,磁暴期间磁层-电离层耦合过程中,环电流起着重要作用.      

On the large-scale structure of the tail current as measured by THEMIS

The magnetic field structure and the spatial characteristics of the large-scale currents in the magnetospheric tail were studied during quiet and moderately disturbed geomagnetic conditions in 2009. The magnetic field of the currents other than the tail current was calculated in terms of a paraboloid model of the Earth’s magnetosphere, A2000, and was subtracted from measurements. It was found on the base of obtained tail current magnetic field radial distribution that the inner edge of the tail current sheet is located in the night side magnetosphere, at distances of about 10 R_E and of about 7 R_E during quiet and disturbed periods respectively. During the disturbance of February 14, 2009 (Dst_min ∼ −35 nT), the B_x and the B_z component of the tail current magnetic field near its inner edge were about 60 nT, and −60 nT that means that strong cross-tail current have been developed. The tail current parameters at different time moments during February 14, 2009 have been estimated. Solar wind conditions during this event were consistent with those during moderate magnetic storms with minimum Dst of about −100 nT. However, the magnetospheric current systems (magnetopause and cross-tail currents) were located at larger geocentric distances than typical during the 2009 extremely quiet epoch and did not provide the expected Dst magnitude. Very small disturbance on the Earth’s surface was detected consistent with an “inflated” magnetosphere.     

Interplanetary shocks and sudden impulses during solar maximum (2000) and solar minimum (1995–1996)

In this work a study is performed on the correlation between fast forward interplanetary shock parameters at 1 Astronomical Unit and sudden impulse (SI) amplitudes in the H-component of the geomagnetic field, for periods of solar activity maximum (year 2000) and minimum (year 1995–1996). Solar wind temperature, density and speed, and total magnetic field, were taken to calculate the static pressures (thermal and magnetic) both in the upstream and downstream sides of the shocks. The variations of the solar wind parameters and pressures were then correlated with SI amplitudes. The solar wind speed variations presented good correlations with sudden impulses, with correlation coefficients larger than 0.70 both in solar maximum and solar minimum, whereas the solar wind density presented very low correlation. The parameter better correlated with SI was the square root dynamic pressure variation, showing a larger correlation during solar maximum (r = 0.82) than during solar minimum (r = 0.77). The correlations of SI with square root thermal and magnetic pressure were smaller than with the dynamic pressure, but they also present a good correlation, with r > 0.70 during both solar maximum and minimum. Multiple linear correlation analysis of SI in terms of the three pressure terms have shown that 78% and 85% of the variance in SI during solar maximum and minimum, respectively, are explained by the three pressure variations. Average sudden impulse amplitude was 25 nT during solar maximum and 21 nT during solar minimum, while average square root dynamic pressure variation is 1.20 and 0.86 nPa^1/2 during solar maximum and minimum, respectively. Thus on average, fast forward interplanetary shocks are 33% stronger during solar maximum than during solar minimum, and the magnetospheric SI response has amplitude 20% higher during solar maximum than during solar minimum. A comparison with theoretical predictions (Tsyganenko’s model corrected by Earth’s induced currents) of the coefficient of sudden impulse change with solar wind dynamic pressure variation showed excellent agreement, with values around 17 nT/nPa^1/2.     

亚暴起始位置和膨胀相持续时间对行星际磁场Bz分量的响应

磁层亚暴是太阳风–磁层–电离层耦合过程中的重要爆发性事件,其特性受太阳风参数的影响很大。本文利用对IMAGE卫星在2000 － 2005年观测到的4193个亚暴起始事件,统计研究了在不同的行星际磁场（IMF）B_z 条件下亚暴起始位置和膨胀相持续时间。结果表明,南向IMF发生的亚暴比北向IMF下发生的亚暴要多。南向IMF条件下亚暴AE指数最大值的平均值基本上>600 nT,并有随南向IMF持续时间增大而增大的趋势。北向IMF条件下亚暴AE指数最大值的平均值基本上<500 nT,并有随北向IMF持续时间增大而减小的趋势。亚暴的起始磁纬度基本上位于65° － 70°之间。当南向IMF或北向IMF的持续时间增大,超过80 min时,北半球的亚暴起始磁纬度会降低。亚暴起始磁地方时大部分位于22:15 － 23:15 MLT之间。但整体分布比较分散,显示不出特别清晰的随IMF B_z持续时间变化的趋势。相比于南向的IMF,北向IMF期间发生亚暴的平均膨胀相持续时间增大了将近10 min,表明南向IMF期间,亚暴强度虽然较大,但其膨胀相持续时间较短,亚暴能量释放和耗散的速度更快。      

利用Cluster资料对经验及抛物面磁场模式性能的研究

Cluster的观测区包括太阳风与磁层相互作用的关键区域.本文将Tsyganenko经验模式T96,T01及Alexeev抛物面模式A2000的模拟结果与Cluster的磁场资料进行了详细对比,研究了两种模式对于近地点分别位于日侧及夜侧磁层的不同Cluster轨道上磁场的模拟性能.结果表明: (1)Cluster近地点附近轨道上的磁场主要受Birkland电流影响,T96,T01能很好地估计电流系位置,但对其强度模拟有所偏差,由于A2000不包含Ⅱ区场向电流,因此模拟不出近地点附近的磁场扰动; (2)对于0＞Dst＞-100 nT情况,T96与T01性能相当,但由于缺少部分环电流,T96对于日侧昏线附近的磁场模拟偏差大; (3)T96与T01对夜侧近地点轨道上磁场模拟的均方根相对误差为40%左右,受极尖区电流影响,日侧时误差上升到50%,而A2000均方根相对误差明显偏大,均为58%左右.      

Installation and preliminary data analysis of Penang magnetic data Acquisition system (MAGDAS) in Malaysia

MAGDAS PEN was established on 19th September 2019 as one of the MAGDAS observatory arrays located at Universiti Sains Malaysia (USM) (5.15°, 100.50°). The main objective of the MAGDAS project is to monitor global electromagnetic and the ambient plasma density in the geospace environment. This installation has contributed to a better understanding of the Sun-Earth coupling system. This paper presents the installation process of one of the MAGDAS magnetometers named YU-8 T magnetic sensor and provides a preliminary analysis of geomagnetic HDZ components amplitude-time that was observed at PEN station. A one-month HDZ-geomagnetic field data was processed from 1st November to 30th November 2019. The daily variations with a consistent pattern in delta H geomagnetic field components are observed throughout the day with eastward electric field effects that are observed during solar peak hours. The delta H-component gradually increases around 0700LT and reaches the maximum reading at 1300LT with a range of value ~ 40-70nT. The value slowly decreases that started from 1400LT until the night time. The reading during the night time shows a constant variation with magnitude varies in between ?10nT to + 10nT. The average H-component value of the night time is used as the baseline for the observation system. Overall, the observed trends portray a good sign of solar quiet field and Sq with no solar-terrestrial disturbances.     

行星际南向磁场事件与强磁暴

利用１９７８－１９８８年期间的太阳风和地磁资料对行星际磁场（ＩＭＦ）南向分量Ｂｓ事件（即Ｂｓ〉１０ｎＴ及其所驱动的错向电场ＶＢｓ〉５ｍＶ／ｍ、持续时间△Ｔ〉３ｈ的事件）与弱磁暴（Ｄｓｔ≤－１００ｎＴ）关系进行了分析。结果表明,１００％的Ｂｓ事件能能引起磁暴的发生,但其中只有８４％为强磁暴;强磁暴的发生都与较强的ＩＭＦ Ｂｓ活动密切相关,但只有６８％的强磁共伴随Ｂｓ事件而发生;Ｂｓ事件与强磁暴并不是     

广州地磁Z分量日变幅的谱特征

利用1972—1993年广州地磁资料，分析了Z分量日变幅的年平均、年变化和半年变化等低频成分的逐年变化，以及小于60天的短周期变化特征．同时对1972—1993年的F10.7日均值进行了谱分析．结果指出，广州地磁Z分量日变幅的年平均与太阳活动指数F10．7的年平均存在良好的线性相关；具有幅度大约5nT夏季极大的年变化，与太阳活动没有明显相关，是一种季节效应；存在春秋分极大的半年变化，幅度与太阳活动有关，高年的幅度明显大于低年；具有明显的与太阳自转相关的27天左右的变化和明显的与行星波有关的接近16日、10日、5日、2日等短周期变化．广州地磁Z分量日变幅的这些谱特征，有助于更深入地了解中低层大气对电离层影响的物理机制．     

磁扰动和磁静时近地等离子体片中脉冲电场的分布

Ｇｅｏｔａｉｌ卫星的电场数据被用于分析近地磁尾等离子体片中电场在磁扰动（Ｄｓｔ＜－２５ｎＴ）和磁静时（Ｄｓｔ＞－２５ ｎＴ的统计分布．结果表明，伴随着地向高速离子流，在Ｘ＞－１６Ｒｅ以内区域出现强电场（高达 ５—８ ｍＶ／ｍ）．磁扰动期间强电场的幅值较磁静时大，并且出现在更靠近地球的位置．较强和较靠近地球的强电场与磁扰动时更薄的等离子体片和更接近地球的等离子体片内边界相联系．观测结果意味着磁扰动期间的亚暴可能更有效地将高能粒子注射到环电流中．这对磁暴和亚暴的关系问题的解决有重要意义．