高纬极区电离层中离子声波谱线增强的解释

大量的实验研究表明, 在顶部极光区电离层, 利用EISCAT非相干散射雷达和Millstone Hill雷达可以观测到不对称、增强的离子声波谱线. 考虑到低能H+离子束沉降到背景电离层, 以及电离层顶部O+离子的外流事件, 采用含有场向热流项的双麦克斯韦分布描述H+离子束的分布函数, 进而基于离子－离子双流不稳定性理论来解释增强的离子声波谱线. 场向热流的引入可以减小离子声波谱线的不对称现象, 这样得到的结果更符合实际.      

多种观测数据驱动的三维行星际太阳风MHD模拟

三维磁流体力学（MHD）数值模拟是行星际太阳风研究的重要手段.本文发展了一种由多种观测数据驱动的三维行星际太阳风MHD数值模型.模型的计算区域为0.1AU到1AU附近，使用Lax-Friedrich差分格式在六片网格系统中进行数值求解.边界条件中磁场使用GONG台站观测的光球磁图外推获得，密度通过LASCO观测的白光偏振亮度反演得到，速度根据以上两种观测数据并利用一种基于人工神经网络技术（ANN）的方法得到，温度通过自洽方法根据磁场和密度导出.利用该模型模拟了第2062卡灵顿周（CR2062）时期的行星际太阳风，模拟结果显示出丰富的观测特征，并与OMNI以及Ulysses的实际观测值符合得较好.该模型可用于提供接近真实的行星际太阳风，有助于提高空间天气预报的精度.      

耀斑脉冲相离子电离的弛豫过程

观测表明:在耀斑前活动区上空的日冕中普遍存在低温的磁环结构, 其中一些这种磁环结构的温度在105K以下;同时, 耀斑脉冲相存在非常迅速的加热过程.本文在这些观测事实的基础上, 提出了一个太阳耀斑爆发时离子电离的模型, 并由这一模型研究了耀斑时离子电离的弛豫过程.在太阳宇宙线的源物质来自高色球层的条件下, 得到了与观测结果符合得较好的太阳耀斑能量离子的平均电荷及其电离态分布.      

基于ARMA时序模型的结构参数识别集员算法

研究在时域内利用含噪声观测数据识别结构参数问题.建立了与结构振动微分方程等价的自回归滑动平均(ARMA, Autoregressive Moving-Average)时序模型,将结构参数识别问题转换为ARMA模型参数辨识问题.在不确定但有界(UBB, Unknown-But-Bounded)噪声假设下,基于线性时不变系统参数集员辨识的区间算法,寻求与观测数据和噪声相容的参数的最小超长方体(或区间向量),进而得到结构参数的估计值.通过数值算例,将本文算法与最小二乘算法进行了比较,显示了其可行性和有效性.      

磁暴期间环电流离子中性原子成像的模拟与观测比较研究

采用已经建立的环电流离子解析模型,结合Chamberlain地冕中性层模型,研究了2004年11月一次大磁暴期间的环电流区域中性原子(ENA)图像.结果表明,模拟的ENA图像与TC-2卫星搭载的中性原子成像仪(NUAUD)的观测图像在方位角或地方时分布、高度或纬度分布和能谱分布方面存在一定的差异.如果依据磁暴发展的不同阶段来选择环电流离子模型的方位角不对称因子和通量最大方向的方位角,增大地冕中性层在低高度区域的密度或者考虑氢(H)以外的其他中性成分,改进注入边界处的离子能谱分布函数,且考虑不同种类环电流离子的比例随磁暴发展可能发生的变化,该模型有望产生更符合观测的模拟ENA图像.     

准平行无碰撞激波上游能量粒子的观测研究

通过Cluster卫星在2005年3月16日观测到的一个准平行激波观测事例,研究了准平行激波上游低频等离子体波动与能量离子之间的关系.卫星观测结果表明,在准平行激波上游,离子微分能通量受到了非线性波动的调制.在磁场强度较小区域,离子微分能通量较高.产生这种现象的可能原因是准平行激波上游的非线性波动可以捕获离子,被捕获的离子在波动中来回弹跳并被电场加速,从而导致磁场强度较小区域离子微分能通量较高.这一观测结果与已有的混合模拟结果相吻合.      

电离层Es离子分布数值建模

从离子连续性方程和动量方程出发,比较全面地考虑了太阳光电离、星光电离、地冕电离、星际背景电离和流星离子流等电离源,综合分析Es层的主要动力学过程和光化学过程,以风剪切理论为基础,研究中性成分碰撞、电场作用、金属离子作用和分子离子作用等机制对离子分布的影响,建立了一维时变电离层Es物理模型.对离子产生率、垂直方向的离子速度在高度和时间上的变化进行仿真和计算,得到了在电场及风剪切作用下的离子密度剖面24h内的变化规律.根据建立的模型,以昆明相干散射雷达观测的径向风结果作为模型输入参考,仿真并得到了电离层Es电子密度的时空分布,据此反演出电离层Es临界频率f₀E_s.与昆明站电离层测高仪同时间观测的情况进行对比,结果比较一致,验证了建立的Es层物理模型正确性.      

离子发动机羽流二维轴对称数值模型与验证

为了解离子发动机羽流特别是交换电荷离子(CEX,Charge-Exchange)的分布和流动特性,建立了离子发动机羽流的物理模型,采用粒子网格(PCI,Particle in Cell)方法对2种型号的离子发动机羽流场进行数值模拟计算,与其地面实验数据进行对比分析.结果表明:在CEX离子密度大小及分布、电势的大小及最大电势梯度的位置、CEX离子流动角方面,模拟结果同实验结果符合得相当好.在电势结构方面,由于舱壁电势的影响,模拟结果同实验结果相比有一些差别.羽流模型和计算结果为相关羽流实验和数值模拟研究提供参考.      

挠性航天器掠飞观测目标时的建模与控制

针对挠性航天器掠飞观测目标时的建模与控制问题,提出了一种期望姿态运动规律解析模型和输出反馈自适应滑模控制律.通过定义期望姿态坐标系,将挠性航天器掠飞观测目标时的姿态指向运动转化为坐标系旋转运动.基于绝对轨道递推,推导出其掠飞观测目标时的期望姿态运动规律解析模型,进而建立了挠性航天器观测目标时的相对姿态动力学模型.在此动力学模型基础上,考虑惯量不确定性、挠性模态不可测和未知有界干扰,基于Lyapunov稳定性原理设计了含有惯量自适应律和挠性模态观测器的滑模控制律,给出了全局渐近稳定性证明.数值仿真结果表明,所建模型和设计控制律是有效的.     

流星参数的数值分析和流星高度分布模型

流星余迹能够被后向散射雷达观测到, 利用观测结果, 可以分析和研究流星的空间分布和时间变化规律. 同时, 利用流星空间分布还可以进行空间碎片的研究. 基于标准理论, 对影响雷达回波功率的主要因素, 例如如双极扩散、余迹的初始半径、流星的有限速度, 以及雷达的脉冲重复频率在不同频率和速度下进行了数值分析和计算, 得到的流星衰减时间及双极扩散系数的观测结果与理论结果一致. 通过对昆明流星雷 达观测到的571632个流星进行统计分析, 得到了流星高度分布统计模型, 并利用该模型的分析结果与不同月份流星的观测数据进行对比, 结果比较一致.      

太阳风质子束流的演化

太阳神飞船观测表明，太阳风高速流中质子束分量相对于核分量的密度随日心距离增加而增加．提出解释这一观测现象的机理并给出二维数值模拟结果．由于阿尔芬波速随日心距离增加而减少，第二支左旋波将与更多的质子共振，把部分原来属于核分布的质子拉到束分布中来．用数值模拟方程方法求解回旋波共振导致的准线性扩散方程，数值结果与观测结果相符合．     

太阳风速度的源表面二维结构

以IPS观测数据为基础，在考虑了加速剖面对太阳风源位置和速度大小的影响下，探讨了1984年1745-1755Carrington周太阳风速度在源表面上的二维分布.结果显示：观测和理论结果均显示出此期间北半球太阳风速度明显高于南半球，特别是经度0一30°，300-360°N的高速流均有不同程度的从极区向南侵的现象.低速带与磁中性线有一定程度的类似即均为单峰结构.但理论和观测给出的低速带的峰值位置与磁中性线的峰值位置略有差异，而且磁中性线的报幅大于观测和理论的结果.     

Measurements of H I and O VI velocity distributions in the extended solar corona with UVCS/SOHO and UVCS/Spartan 201

The Ultraviolet Coronagraph Spectrometer on the Solar and Heliospheric Observatory, UVCS/SOHO, and the Ultraviolet Coronal Spectrometer on the Spartan 201 satellite, UVCS/Spartan, have been used to measure H I 1215.67 Å line profiles in polar coronal holes of the Sun at projected heliocentric heights between 1.5 and 3.0 R_⊙. UVCS/SOHO also measured line profiles for H I 1025.72 Å, O VI 1032/1037 Å, and Mg X 625 Å. The reported UVCS/SOHO observations were made between 5 April and 21 June 1996 and the UVCS/Spartan observations were made between 11 and 12 April 1993. Both sets of measurements indicate that a significant fraction of the protons along the line of sight in coronal holes have velocities larger than those for a Maxwellian velocity distribution at the expected electron temperature. Most probable speeds for O⁵⁺ velocity distributions along the lines of sight are smaller than those of H⁰ at 1.5 R_⊙, are comparable at about 1.7 R_⊙ and become significantly larger than the H⁰ velocities above 2 R_⊙. There is a tendency for the O⁵⁺ line of sight velocity distribution in concentrations of polar plumes to be more narrow than those in regions away from such concentrations. UVCS/SOHO has identified 31 spectral lines in the extended solar corona.     

First results from UVCS/SOHO

We present here the first results obtained by the Ultraviolet Coronagraph Spectrometer (UVCS) operating on board the SOHO satellite. The UVCS started to observe the extended corona at the end of January 1996; it routinely obtains coronal spectra in the 1145 Å – 1287 Å, 984 Å – 1080 Å ranges, and intensity data in the visible continuum. Through the composition of slit images it also produces monocromatic images of the extended corona. The performance of the instrument is excellent and the data obtained up to now are of great interest. We briefly describe preliminary results concerning polar coronal holes, streamers and a coronal mass ejection, in particular: the very large r.m.s. velocities of ions in polar holes (hundreds km/sec for OVI and MgX); the puzzling difference between the HI Ly- image and that in the OVI resonance doublet, for most streamers; the different signatures of the core and external layers of the streamers in the width of the ion lines and in the OVI doublet ratio, indicating larger line-of-sight (l.o.s.) and outflow velocities in the latter.     

高频Alfven波供能的日冕及太阳风模型

空间探测的最新结果表明，太阳大气中广泛存在小尺度喷发事件，这些事件被认为是由新浮现磁通量导致的小尺度磁重联的表现．小尺度磁重联同时会产生高频Alfven波．本文给出了建立在上述思想基础上的描述日冕加热及太阳风加速的时变二元流体模型的一组数值解，显示解的时间演化、收敛特性及守恒特性．在对由过渡区发出的高频Alfven波频谱的适当假设下，数值解能够解释日冕及太阳风等多方面的观测结果，包括日冕加热，极冕洞密度径向变化，太阳风近日冕底部加速，及在03AU观测到的高速流特征．     

太阳射电微波爆发的频谱分析

1981年4月1日太阳发生一个4N级Hα耀斑并伴随出现强烈的IV型射电爆发.本文对北京天文台,西澳大利亚站等射电资料进行分析.分析表明:(1)该事件的微波源状态相对稳定,米波源位置存在移动,因此产生微波辐射与米波辐射是两组不同的电子群体,在爆发频谱指数的时变曲线上表现出明显的形态差异.还由于两者辐射源的位置不同,微波与米波的爆发在峰值时刻上也不完全符合.(2)4月1日微波大爆发是由三个主爆发组成的,它们的峰值时刻分别为0135.1,0146.1,0153.6UT.由射电高频端谱指数算出的非热电子能谱指数表明,在射电爆发的三个峰值时刻电子能谱都变硬.本文还得出该活动区的非热电子平均速度(以光速c为单位)β为0.9左右,磁场强度B为430G.并由回旋同步辐射阻尼算得,非热电子的寿命为829秒,这个数值与三个主峰的持续时间相吻合.     

声重波激发的赤道Spread—F的拓扑特性研究

本文对声重波激发的Spread-F扰动的非线性制约方程的拓扑特性进行了定性讨论和数值计算．研究了Spread-F的混沌特征及参数范围．结果表明声重波在不同条件时对Spread-F的激发作用有本质的不同．     

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。      

1980年7月14日耀斑和磁流浮现模型

本文利用云南天文台耀斑H_α巡视观测、活动区白光照相及速度场资料,结合SMM的X射线资料和北京天文台的射电观测资料,对1980年7月14日日面3B级大耀斑进行了综合研究。对照耀斑过程的磁流浮现(EMF)模型,我们分析了活动区的形态变化特征,估算了耀斑释放的磁能、耀斑过程的特征时间及耀斑爆发时加速的电子总数和加速电子的平均能量。结果表明:(1)耀斑过程的EMF模型与观测结果基本符合,可以认为EMF模型能够较好地说明耀斑的物理过程。(2)根据对速度场资料及耀斑产生位置的分析,初步认为电流片可能位于速度中性线与磁中性线的交点处及其附近,或速度中性线与暗条的交点处及其附近[3]。(3)观测和计算表明,硬x射线爆是由电流片中加速的高能非热电子所产生,而软X射线爆则由耀斑区的高温等离子体的热轫致辐射所产生。      

日冕背景下的等离子体尾场效应

计算了高能脉冲电子束在冷背景和热背景等离子体条件下产生的等离子体尾场(PWF)大小,讨论了高能电子束的速度、密度、长度对等离子体尾场分布的影响。在这基础上,研究了太阳耀斑脉冲相产生的向外逃逸高能脉冲电子束在日冕背景等离子体条件下激发的等离子体尾场分布以及对其捕获电子的加速。