用数值模拟的方法研究磁暴主相期间影响环电流分布特征的要素

环电流是距离地心2～7 Re的带电粒子围绕地球西向漂移形成的.环电流的增强将引起全球磁场的降低,反映了地磁暴的强度.磁暴主相期间,对流电场驱动等离子体片中的能量粒子经历E×B漂移与俘获注入环电流,进入损失锥的粒子沉降到大气中.本文采用磁暴主相期间环电流离子分布的模型,结合上述因素研究不同离子能量下对流电场对环电流离子通量的直接影响,以及强弱对流电场下环电流能量离子投掷角的变化,并从物理上阐述造成此种通量分布特性的原因.      

磁层氧离子向磁鞘泄漏的机制和效应

１９９７年 １月 １０日磁暴期间， Ｇｅｏｔａｉｌ卫星在向阳侧的磁鞘中观测到了磁层氧离子突增事件．这些氧离子的出现和磁鞘中存在很强的南向行星际磁场有关．事件期间向阳面发生了准静态的磁重联，氧离子流存在由北向南的速度分量．通量突增过程具有逆向和正向能量色散现象，磁层内部只有氧离子有可能被梯度漂移输送到重联区，所以只有氧离子在磁鞘中持续地被观测到．估计氧离子的逃逸速率为 ０．６１× １０２３／ｓ，大约为环电流氧离子输入率的 ３３％．大量的环电流氧离子由磁层跑到了磁鞘，导致环电流指数 ＡＳＹ－Ｈ呈现明显的非对称性．     

1994年2月21日行星际激波引起的磁暴

利用Imp-8,Geotail和Goes-6等卫星资料,研究了1994年2月21日0900UT到达地球磁层的行星际激波引起的磁暴期间,从太阳风向磁层传输能量的有关问题.结果指出:（1）南向行星际磁场（IMF）的长持续时间不是太阳风向磁层输能的必要条件.南北振荡的,较强IMF也能产生显著的能量传输;（2）行星际扰动磁场通过弓激波和磁层顶后扰动磁能增加,增幅将近5倍;（3）在磁层内扰动磁场的Bz分量在1×10-4Hz附近显著被吸收.这一低频扰动磁场可能是磁暴期间导致氧离子和质子等环电流粒子向内扩散并被加速的原因之一.     

磁暴恢复相后期超低频波观测分析

利用Radiation Belt Storm Probes（RBSP）和Magnetospheric Multiscale（MMS）的联合观测研究了2016年1月25日和2月22日的两个超低频（ULF）波动事件.这两个事件均发生在磁暴的恢复相后期，波动分布在晨侧与正午之间的区域.RBSP观测到的两次波动都发生在低L-shell（4.7～5.8），MMS观测到的两次波动都发生在高L-shell（8.0～14.2）.在高L-shell，超低频波偏振以环向波为主，沿磁力线方向为基频谐波.在低L-shell，超低频波偏振以径向波为主，沿磁力线方向为二次谐波.对内磁层（L<6）中的ULF波，通过比较∂f/∂w|μ,L和（dL）/（dW）（∂f）/（∂L）|μ,W的绝对值可知，bump-on-tail的离子分布和向地的离子相空间密度梯度通过N=1的弹跳共振，共同为波动的产生提供自由能.多重事例分析表明，在磁暴恢复相后期，约10keV的离子伴随着波动的存在而存在，并且为波动的产生提供自由能.      

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.     

1997年1月6—11日日地连接事件：对磁暴—环电流—对流电场的讨论

给出了1997年1月6—11日日地连接事件的太阳风和行星际扰动及由此产生的地磁扰动特征．利用这些资料对磁暴-环电流-对流电场的分析表明,磁暴主相（或环电流）的开始主要是IMF南向分量形成的对流电场直接驱动的结果;对流电场在磁暴主相的形成中有极为重要的作用;但在主相发展的不同阶段作用不同     

磁暴期间中低纬电离层暴形态和物理机制分析

本文利用东亚地区１２个低纬电离层台站的测高仪观测数据，对１９７８年８月２７日发生的一次曲型磁暴期间电离层峰值高度和密度的变化进行了分析。采用滑动平均区分开电离层中不同时间尺度的扰动，分析了影响中低纬度电离层暴的几种扰动形态特征，并对其物理机制进行了讨论。结果表明：伴随磁暴急始的磁层压缩，电离层中表现出峰值密度增加和峰值高度下降；磁暴主相期间热层大气暴环流及其所引起的中性大气成分变化控制着电离层的大     

第23和24太阳活动周高纬地磁感应电流分布特性

基于高纬度芬兰Mäntsälä地区近两个太阳活动周期（1999—2017年）天然气传输管道的地磁感应电流（GIC，I_GIC）观测数据，统计研究了GIC扰动的分布特征以及强GIC扰动与磁暴和地磁亚暴的相关性.研究发现:95.83%时间段的GIC强度分布在0～1A之间.定义:若某个时间段|I_GIC|_max> 1A，则认为发生GIC扰动；|I_GIC|_max>10A，则认为发生强GIC扰动事件.GIC扰动在磁地方时夜侧附近发生的概率最高，这主要与地磁亚暴发生期间电离层电流最剧烈的变化发生在磁地方时夜侧附近有关；强GIC扰动经常爆发式出现，且都发生在磁暴期间，但大多数磁暴并不伴随强GIC扰动事件发生.磁暴急始驱动的强GIC扰动事件较少，由磁层压缩引起地磁场突然增强驱动的强GIC扰动事件持续时间较短；强GIC扰动事件主要发生在磁暴主相和恢复相，由环电流变化驱动的强GIC扰动事件一般持续时间较长且强度较大.      

磁暴期间电离层电磁离子回旋波的地方时分布差异

利用Swarm卫星的高精度（50 Hz）磁场观测数据，对2015年3月16—25日磁暴期间中纬度电离层电磁离子回旋（EMIC）波时空分布特征进行了研究.结果表明:晨侧EMIC波事件数与昏侧大致相当，午前时段明显多于子夜前时段.昏侧EMIC波高发生率与等离子体羽状结构有关，晨侧EMIC波高发生率与太阳风动压增强及稠密冷等离子体有关.晨侧-正午前EMIC波频率高于昏侧-子夜前，表明源区位置以及离子成分占比存在地方时差异.昏侧事件大多发生在早期恢复相，晨侧事件大多发生在晚期恢复相，晨-昏两侧的时间差异源于磁暴期间高能离子西向漂移所需时间及等离子体层顶位置的地方时差异.磁暴期间，EMIC波以H+波和He+为主，其中H+波主要分布在06:00 MLT—10:00 MLT（磁地方时）扇区，He+波主要分布在18:00 MLT—22:00 MLT扇区.在磁暴主相期间没有出现H+带波，但是出现He+-O+双波段EMIC波，表明磁暴主相期间环电流高浓度氧离子对H+带EMIC波具有抑制作用.      

磁尾等离子体片对流对亚暴的影响

采用2(1/2)维全粒子电磁模拟方法研究了等离子体片中稳态对流及局地爆发高速流对磁层亚暴触发过程的影响.研究发现,地向瞬时局地高速流可触发磁场重联,导致储存于磁尾磁场能量的快速释放.但是,等离子体片稳态对流可抑制磁尾磁场重联过程.此项研究结果表明,局地爆发高速流能够触发磁层亚暴;而行星际磁场(IMF)持续南向时的稳态磁层对流期间,不易发生亚暴.      

不同强度磁暴期间热层大气密度响应特征分析

利用CHAMP卫星数据，对2002-2008年12个不同强度磁暴事件期间的热层大气密度变化特征进行分析，并研究对应磁暴期间大气模式NRLMSISE-00分布特征.结果表明，大磁暴期间日侧大气密度峰值从高纬到低纬的时间延迟为2h，中小磁暴期间的延迟时间为3～4h；春秋季暴时大气密度分布基本呈南北对称分布，而夏冬季大气密度的分布是夏半球大于冬半球，春秋季暴时大气密度大于夏冬季；NRLMSISE-00大气模式得到的热层大气密度很好的体现了半球分布以及季节分布的特征，但模式模拟结果偏小；Dst指数峰值比ap指数峰值更能反应大气密度的变化情况.      

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     

Ion precipitation into the ionosphere during geomagnetic storms

This review presents numerous recent examples of interesting variations in the composition and intensity of the hot ion flux (10 eV - 15 keV/e) provided by the AUREOL-3 satellite as a function of latitude and local time during periods of magnetic activity. In particular, these results reveal that although H⁺ is the most abundant ion during magnetically quiet periods, the ion composition of hot plasma at ionospheric altitudes is quite variable, and depends strongly on magnetic activity; results obtained during main and recovery phases of several magnetic storms demonstrate clearly (below 15 keV/Q) the great importance of the low altitude ionospheric source (H⁺, O⁺, and to a lesser degree He⁺) particularly at low latitudes (L ～ 3 - 4) where the flux of O⁺ ions becomes very large and even dominates. The results of the AUREOL-3 ion spectrometers establish the fact that upflowing suprathermal ionospheric ions (E_i < 100 eV/e) appear over large regions of the auroral ionosphere, the polar caps, and the polar cusp, as well as in or at the boundary of the plasmasphere during magnetospheric substorms or magnetic storms, and may consequently contribute significantly to the plasma sheet and to the inner storm time ring current. Most of the properties of the storm time ring current found by the GEOS, SCATHA, and ISEE satellites apply to lower altitudes, although the role of the ionospheric and/or plasmaspheric source appears accentuated.     

Relationship between substorm activity and the interplanetary medium parameters during the main phase of strong magnetic storms

In the present paper dependences of substorm activity on the solar wind velocity and southward component (Bz) of interplanetary magnetic field (IMF) during the main phase of magnetic storms, induced by the CIR and ICME events, is studied. Strong magnetic storms with close values of Dst_min?≈??100?±?10?nT are considered. For the period of 1979–2017 there are selected 26 magnetic storms induced by the CIR and ICME (MC?+?Ejecta) events. It is shown that for the CIR and ICME events the average value of the AE index (AE_aver) at the main phase of magnetic storm correlates with the solar wind electric field. The highest correlation coefficient (r?=?0.73) is observed for the magnetic storms induced by the CIR events. It is found that the AE_aver for magnetic storms induced by ICME events, unlike CIR events, increases with the growth of average value of the southward IMF Bz module. The analysis of dependence between the AE_aver and average value of the solar wind velocity (Vsw_aver) during the main phase of magnetic storm shows that in the CIR events, unlike ICME, the AE_aver correlates on the Vsw_aver.     

比斯开湾上空电子总量对磁暴的响应

本文论述过去十年中,在英国Aberystwyth城观测同步卫星Intelsat IIF2和SIRIO信标时获得的大西洋比斯开湾上空电子总量对磁暴的响应。所选择的地磁-电离层暴分属前后两个太阳活动较高周期,主要集中在春秋分阶段和冬夏至阶段。文中指出,春分期间连续型磁暴使TEC在正相效应之后出现加长的凋落周期,集中型磁暴导致TEC在正相之后产生凋落周期缩短;春秋分和冬夏至时磁暴伴生的电子总量形态受制于急始时刻与次数、磁暴主相、磁暴指数(即暴时位置和暴情指数)等因素。      

磁暴对赤道地区L波段电离层闪烁的影响研究

利用赤道地区Vamimo站闪烁数据, 选取两次典型大磁暴时段重点分析, 对比磁暴发生前、发生时以及发生后连续几天电离层幅度闪烁强度和发生率的变化, 引入瑞利elax-elax泰勒不稳定性(Rayleigh-Taylor, R-T不稳定性)线性增长率γ₀, 对磁暴影响闪烁的机制进行初步探讨. 结果表明, 磁暴可能触发闪烁发生, 也可能抑制闪烁发生, 这既与观测季节有关, 也与磁暴不同发展阶段的地方时有关. 触发发生于闪烁少发季节磁暴主相所在的午夜至黎明时段, 可能是磁层穿透电离层的东向电场所致; 抑制发生于闪烁多发季节磁暴恢复相所在的午夜前时段, 可能是西向电场作用的结果. 磁暴发生时的电场变化可能是抑制或触发闪烁的主导因素, 但仍需进一步分析研究.      

Statistical study of the time delay of ionospheric TEC storms to geomagnetic storms in Taoyuan,Taiwan

We have studied the time delay of ionospheric storms to geomagnetic storms at a low latitude station Taoyuan (25.02°N, 121.21°E), Taiwan using the Dst and TEC data during 126 geomagnetic storms from the year 2002 to 2014. In addition to the known local time dependence of the time delay, the statistics show that the time delay has significant seasonal characteristics, which can be explained within the framework of the seasonal characteristics of the ionospheric TEC. The data also show that there is no correlation between the time delay and the intensity of magnetic storms. As for the solar activity dependence of the time delay, the results show that there is no relationship between the time delay of positive storms and the solar activity, whereas the time delay of negative storms has weakly negative dependence on the solar activity, with correlation coefficient −0.41. Especially, there are two kinds of extreme events: pre-storm response events and long-time delay events. All of the pre-storm response events occurred during 15–20 LT, manifesting the Equator Ionospheric Anomaly (EIA) feature at Taoyuan. Moreover, the common features of the pre-storm response events suggest the storm sudden commencement (SSC) and weak geomagnetic disturbance before the main phase onset (MPO) of magnetic storms are two main possible causes of the pre-storm response events. By analyzing the geomagnetic indices during the events with long-time delay, we infer that this kind of events may not be caused by magnetic storms, and they might belong to ionospheric Q-disturbances.     

中等磁暴太阳周分布的统计研究

依据实际观测的中等磁暴数据,统计分析了中等磁暴的太阳周分布.分析结果表明,在一个太阳活动周内,每年中等磁暴随时间的变化出现多个峰值,其中,最大峰值均出现在太阳活动周的下降段,即中等磁暴的峰值比太阳黑子数平滑年均值的峰值要滞后,滞后的时间为2～3年.超过70%的中等磁暴出现在太阳活动周的下降段,这表明绝大多数中等磁暴出现在太阳活动周的下降段.通过对中等磁暴平滑月均值与太阳黑子数平滑月均值相位差的计算分析发现,中等磁暴峰值出现的时间比太阳黑子数峰值出现的时间要滞后,不同太阳活动周中等磁暴峰值出现的时间与太阳黑子数峰值时间滞后的程度不同.