行星际结构与准平行无碰撞激波的相互作用

应用一维混合模拟方法数值研究了高密度等离子体团和行星际激波与准平行无碰撞激波的相互作用．结果表明，由于推平行无碰撞激波上游的大振幅低频波动的散射，除了在通过激波过渡区时稍有压缩外，等离子体团从激波的上游开始就一直是不断弥散的．行星际激波在向准平行无碰撞激波靠近的过程中，会在其上游产生大振幅的低频波动，同时行星际激波的强度不断增加，最后和准平行无碰撞激波会并成一个新的激波，在新激波前继续有大振幅的低频波动产生     

无碰撞激波上游低频波的激发及其对激波耗散机制的影响

由于很大一部分来自激波上游的粒子被激波面所反射,因此在准平行无碰撞激波的上游存在着等离子体束流．通过一维混合模拟方法,计算了束流密度较小(nb／n0=0．02)和较大(nb／n0=0．2)两种不同情形下的等离子体束流不稳定性．结果表明,在束流密度较小时,束流激发的主要是平行于背景磁场方向传播的右旋波,此波动只能对束流粒子产生影响,包括减速和加热．在束流密度较大时,束流可同时激发平行和反平行于背景磁场方向传播的右旋波,除能对束流粒子产生影响外,还可通过非共振作用加速和加热背景粒子．文中对准平行无碰撞激波耗散机制的影响也进行了讨论。     

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.      

行星际结构与垂直无碰撞激波的相互作用

应用一维混合模拟方法数值研究了两种行星际结构──反向磁场和高密度等离子团与垂直无碰撞激波的相互作用．结果表明，随着激波上游区磁场的反向，下游区磁场将逐渐改变符号，且等离子体密度和速度分别呈现较强的湍动．激波上游和下游的物理量依然满足Rankine-Hugonoit关系．当高密度的等离子体团通过垂直无碰撞激波时，部分质子被激波反射，部分质子被加速并进入下游区域．由于质子速度分布为非Maxwell分布，在激波下游也激发出较强的湍动．     

空间等离子体与垂直无碰撞激波相互作用的数值实验

应用混合模拟方法数值研究了高Ａｌｆｖｅｎ－Ｍａｃｈ数垂直无碰撞激波与等离子体间的相互作用。结果表明，激波上游的磁场非常稳定，粒子分布近似为Ｍａｘｗｅｌｌ分布。激波下游磁场存在不规则的湍动，质子分布有一个高能尾，且有些质子被激波反射。跟踪少量高速质子的计算结果表明，在ｔ＝４０Ωｉ＾－１时约有４０％的质子被激波反射，而７％质子可被加速，最大速度值可达到２０ＶＡ激波区的电场分布对质子的减速或加速起了主要     

具有不同等离子体β值的Hall MHD重联中的低频波研究

数值研究具有不同等离子体β值(等离子体热压与磁压之比)的Hall MHD重联过程.对于β值在0.5≤β≤6.5的算例,稳态重联率(6)A/(6)t|st为0.15≥(6)A/(6)t|st≥0.095.本文研究β值在上述范围内的Hall MHD重联中的波动.通过快速傅里叶变换(FFT),将平面外磁场By分量和xz平面内的速度分量vx,vz位于给定点的时间序列转换为功率谱.结果表明,By,vx,vz功率谱的频率范围为Ωci＜ω＜8Ωci,其中Ωci为离子回旋频率.随着β值增大,功率谱峰值能量降低,并且朝着低频端移动.对于电场E采用最小方差分析法(MVA)可以确定波的传播方向k,波矢k与局地磁场B之间的夹角α随β值增大而增大.对于β值最大的算例3(β=6.5),α＜28°.上述结果表明,k准平行于B.为了研究波的偏振特征,在垂直于k的平面内画出E的矢端图.三个算例的矢端图均表明,波动具有右旋偏振特征,在算例1(β=0.5)中矢端图为右旋椭圆偏振,而在算例2(β=2.5)和算例3(β=6.5)中矢端图变成复杂的右旋偏振图形,这些均为哨声波的典型特征.本文的研究为快速磁重联与哨声波之间提供了一种可能的联系.      

磁流体斜激波的碰撞

讨论了磁流体斜激波之间的碰撞及其与接触间断的相互作用规律,主要结论如下:(1)两个快激波碰撞后交换位置,同时出现一接触间断和一慢稀疏波对。(2)两个慢激波碰撞后交换位置且强度减弱,同时出现一接触间断和一块激波对。(3)一前向快激波与一后向慢激波碰撞后交换位置,快激波强度增加,慢激波强度减弱,同时出现一后向快激波、一负接触间断和一前向慢稀疏波。(4)一前向快激波与一正(负)接触间断相互作用后交换位置,快激波减弱,同时出现一后向快稀疏波(快激波)、一后向慢激波和一前向慢激波(慢稀疏波).(5)一前向慢激波与一正(负)接触间断相互作用后交换位置,慢激波减弱,同时出现一后向慢稀疏波(慢激波)和一快稀疏波(快激波)对。      

重力波波包相互作用时空演变的数值研究

本文设计了一种研究二维空间中重力波波包共振相互作用演变的数值模式.利用此模式获得二个大振幅重力波波包通过碰撞而发生的完整的相互作用过程.数值结果表明,能量上行重力波可以通过波-波相互作用激发能量下行重力波;在相互作用的时空演变过程中,3个波包的能量收支情况和相互作用的强度具有局地性;由于考虑了空间传播效应,相互作用过程不再具有周期性,而是出现一个具有不同物理含义的相互作用特征时间,这个新的相互作用特征时间和相互作用最终的发展程度不仅由相互作用系数和初始波包振幅决定,还受到波包空间尺度和波包群速度的相对大小控制.      

多重激波的数值模拟研究

本文用一维混合粒子模拟Code研究了包括中间激波在内的多重激波.模拟了四种情形,可以分为两类:(1)由快激波和中间激波构成的两重激波,(2)快激波、中间激波和慢激波构成的三重激波.结果表明:多重激波是不稳定的,它趋向于发展成磁流体旋转间断和MHD波,左旋圆偏振波逐渐在上游区内发展起来.文章对导致多重激波不稳定性的可能原因进行了简单的讨论.     

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.      

引导场对无碰撞电流片低频电磁不稳定性的影响

通过数值求解无碰撞电流片中可压缩磁流体力学模型下得到的一般形式的色散关系,讨论了无碰撞电流片中引导场对低频电磁波不稳定性的影响.结果表明,平衡态磁场中的引导场,对于三维扰动传播的波不稳定性有很强的影响.(1)在电流片中间平面上(z=0),无引导场时,没有不稳定性发生,但若存在引导场,不稳定性便发生,并随着引导场的增强,不稳定性明显增强,不稳定的波模可能是低混杂模.(2)在中间平面附近(z=0.2),电流片是不稳定的.随着引导场的增强,不稳定性增长率明显地增强,不稳定的波模从平行和反平行两个方向传播变为反平行方向一个方向传播,并且是斜传播的,具有低频哨声模或低混杂模的特征.(3)在电流片边缘附近(z=0.8),引导场对不稳定的波模和增长率没有明显影响,不稳定的波模都是准平行的哨声波.      

Magnetic Field Fluctuations in the Solar Wind, Foreshock and Magnetosheath： Cluster Data Analysis

46 magnetosheath crossing events from the two years (2001.2-2003.1) of Cluster magnetic field measurements are identified and used to investigate the characters of the magnetic field fluctuations in the regions of undisturbed solar wind, foreshock, magnetosheath. The preliminary results indicate the properties of the plasma turbulence in the magnetosheath are strongly controlled by IMF orientation with respect to the bow shock normal. The amplitude of the magnetic field magnitude and direction variations behind quasi-parallel bow shock are larger than those behind quasi-perpendicular bow shock. Almost purely compressional waves are found in quasi-perpendicular magnetosheath.     

Acceleration at the termination shock: Anisotropies and spectra

Low-energy termination shock particle populations observed by the Voyagers upstream of the shock exhibited strong field-aligned beaming with anisotropies of the order of unity. The Parker transport equation is valid only for nearly isotropic phase space distributions and is inapplicable to these highly beamed populations. The usual approach is to revert to the more general focused transport equation retaining pitch-angle information. We developed a complimentary technique employing a three-moment expansion of the Skilling equation using Legendre polynomials. We investigate the effects of adiabatic focusing and reflection on the diffusive acceleration process at oblique shock waves. It is shown that low-energy particle intensities are discontinuous and sharply peaked at the shock, consistent with the observations. Particle spectra are not only harder than the power laws predicted from diffusive transport theory, but also exhibit spectral gaps near the low-energy acceleration threshold due to more efficient acceleration by scattering and mirroring. Our model also predicts upstream anisotropies as high as 100% for highly oblique shocks whereas downstream distributions are nearly isotropic.     

Energetic ions upstream of the Earth''s bow shock: INTERBALL-1 survey

A statistical survey of energetic ions (> 20 keV) observed by the DOK2 experiment on Interball-1 during foreshock intervals from 1996 to 1998 is presented. Flux levels depend on the connection geometry, with higher values at quasi-parallel shocks, particularly at lower energies. The decrease of flux in diffusive events with distance from the bow shock is consistent with results from earlier surveys performed closer to the bow shock. The energy spectra are softer for quasi-parallel than quasi-perpendicular connections. The reflected ions have musch softer spectra. The cumulative frequencies for flux level occurrence patterns exhibit differences for quasi-parallel and quasi-perpendicular geometries up to approximately 200 keV.     

Supernova remnants

Optical observations of young supernova remnants can give information on the abundance structure of the supernova ejecta, from which properties of the supernova explosion can be deduced. Young remnants also act as laboratories for fast shock wave phenomena. Observations of X-ray and optical line emission show that while a collisionless shock wave does form, it is far from thermal equilibrium. Some young remnants are promising candidates for particle acceleration in shock waves, while in other remnants a central compact object is probably responsible for particle acceleration.