远磁尾磁层顶位形的偏转

利用WIND和ARTEMIS卫星观测数据，分析远磁尾磁层顶对行星际和太阳风变化的响应，尤其是偏离日地连线的太阳风速度改变对远磁尾磁层顶的影响.研究发现在2011年9月13日的事件中，P2卫星观测到高速且高密度的磁鞘流.利用最小变量法进行分析发现，磁层顶沿着偏离日地连线的太阳风速度方向发生偏转.根据相似三角形定理，推断出本次事件中磁层顶在y方向和z方向上的偏转幅度分别达到10R_e和6R_e.P1和P2卫星的相对位置也证实了这一观点.因此，偏离日地连线的太阳风速度对远磁尾磁层顶的位形影响很大.研究结果可为建立包含太阳风速度v_y和v_z效应的磁层顶模型提供观测证据.      

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.      

太阳风向磁层输入电磁能量研究

利用全球磁流体力学（MHD）模拟结果,通过确立包含磁层顶的太阳风流线内边界来识别三维磁层顶位形,并以极尖区位置作为磁层顶日侧与夜侧的分界线,在此基础上定量研究了不同条件下穿过磁层顶向磁层内输入的电磁能量. 研究发现,磁层顶的能量传输与太阳风条件密切相关,磁重联是控制电磁能量传输的重要机制. 结果表明,当IMF（行星际磁场）南向时,极尖区后方的磁尾附近存在电磁能输入最大值,当IMF北向时,电磁能输入最大值发生在极尖区附近;南向IMF条件下,在IMF强度增大或太阳风密度增大时,磁层顶电磁能传输的电磁能量比北向IMF条件时增加更显著. 太阳风通过调节磁层顶面积间接影响到磁层顶能量传输大小. 研究还发现,北向IMF与南向IMF条件下穿过磁层顶的电磁能输入的比值范围约为10%～30%,此比值一定程度上反映了北、南方向IMF与地磁场磁重联效率的比值.      

IMF北向时太阳风粒子向磁层输运的试验粒子模拟研究

以ACE卫星实时观测数据驱动的全球磁流体模拟为背景场,选取2003年10月22－24日行星际磁场（IMF）持续北向的事件,使用试验粒子方法,对太阳风粒子向磁层输运的过程进行模拟研究,分析北向IMF下太阳风粒子注入磁层过程中粒子在磁层内的空间分布和时间演化特征。IMF北向期间,进入环电流区域的粒子在晨侧区域的密度大于昏侧,且晨侧的粒子分布范围更广。背阳面磁鞘中的太阳风粒子可以通过低纬边界层进入磁层,但很难通过南北侧磁层顶进入磁层。进入磁尾的太阳风粒子聚集形成冷而密的等离子体片（CDPS）,模拟中CDPS的空间分布和密度大小与观测数据符合。在IMF长时间北向期间,磁尾的粒子数量呈现随时间增长的趋势,并存在约20 min的小幅度准周期变化和约5~6 h的较大幅度的准周期变化。      

火星磁场产生的原因及其分布

构建了一个可以得到火星赤道面上磁场分布的模型. 模型根据卫星观测数据, 提出了火星电离层、磁层顶和磁尾电流片上都各自通有电流的假设. 由电流的连续性条件可知, 这三种背景条件下的电流之间满足一定关系, 即火星磁层顶上的总电流是电离层上的总电流与磁尾电流片上的总电流之和. 这些电流产生的磁场与太阳风磁场共同构成了火星赤道面上磁场分布. 通过计算发现, 采用这种磁场模型得到的结果与目前卫星所观测的结果以及与采用其他方法得到的结果符合得较好.      

三维试验粒子轨道法在磁层粒子全球输运中的应用

根据磁层粒子动力学理论, 通过偶极磁场模型验证利用三维试验粒子轨道方法模拟近地球区(r < 8R_e)带电粒子运动特征的可靠性. 在此基础上, 以太阳风和磁层相互作用的全球MHD模拟结果为背景, 利用三维试验粒子轨道方法, 对非磁暴期间南向行星际磁场背景下太阳风离子注入磁层的情形进行数值模拟, 并对北向行星际磁场背景下太阳风离子注入极尖区以及内磁层的几种不同情形进行了单粒子模拟. 模拟结果反映了南向和北向行星际磁场离子向磁层的几种典型输入过程, 揭示出行星际磁场南向时太阳风粒子在磁层内密度分布的晨昏不对称性以及其在磁鞘和磁层内的大致分布, 并得出统计规律. 模拟结果与理论预测和观测结论相一致, 且通过数值模拟发现, 行星际磁场北向时靠近极尖区附近形成的非典型磁镜结构对于能量粒子经由极尖区注入环电流区域过程有重要的影响和作用.      

极端太阳风条件下的磁层顶位形

基于极端太阳风条件下的三维MHD数值模拟数据, 构建了一种极端太阳风条件下的三维非对称磁层顶位形模型. 所提出的模型考虑了行星际南向磁场(IMF) B_z日下点距离侵蚀的饱和效应, 太阳风动压B_d对磁层顶张角影响的饱和效应, 赤道面、昼夜子午面磁层顶的不对称性以及极尖区的内凹结构和内凹中心的移动, 并利用Levenberg-Marquart多参量非线性拟合方法拟合了模型参数. 数值模拟研究表明, 在极端太阳风条件下, 随B_d增大, 磁层顶日下点距离减小, 磁层顶磁尾张角几乎不变; 随南向(IMF)B_z增大, 磁层顶日下点距离略有减小, 磁层顶磁尾张角减小, 极尖区内凹中心向低纬移动. 通过对2010年8月1日太阳风暴事件验证发现, 本文所建立的模型能够描述极端太阳风条件下的三维磁层顶位形.      

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。     

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.      

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     

On the modular approach of a 3D model of the system magnetosheath–magnetosphere

This article presents some preliminary features of a new self consistent model of the system magnetosheath–magnetosphere, recently developed in the Institute of Mechanics, Sofia, Bulgaria. The flow in the magnetosheath is governed by 3D ideal gas-dynamic equations. The positions and the shapes of the bow shock and the magnetopause are calculated iteratively as a part of the solution. These surfaces are essentially three-dimensional (generally non-axially-symmetric). The self-consistency between the regions is ensured via the boundary conditions. The magnetopause cusp indentations are formed, influencing essentially the magnetosheath flow. Prediction of the position and the shape of the bow shock for different values of the sonic Mach number are derived. Distribution of some flow parameters in the magnetosheath is presented. 3D numerical finite element model, calculating the field due to the magnetopause currents for an arbitrary magnetopause geometry, is used in the magnetosphere. The fields due to the current systems inside the magnetosphere(cross-tail current, ring current, and Birkeland current) are taken from the Tsyganenko empirical model. The magnetopause surface is calculated from the requirement the outside gas-dynamic pressure to be balanced by the magnetic pressure inside. The magnetosphere model can be viewed as an improved version of the empirical model but with more realistic magnetopause form and shielding field. Not a final but a beta version is used in this approach. The final model version as well the model details will be presented elsewhere.     

The magnetopause erosion and the magnetosheath magnetic field penetration into the dayside magnetosphere

The earthward displacement of the magnetopause observed during a southward IMF (or the magnetopause erosion) and its dependence on the solar wind plasma and magnetic field parameters is studied by investigating data of about 30 magnetopause crossings by the ISEE 1 and 2 spacecraft. It is shown that the magnetopause erosion may be explained by a depression of the magnetic field intensity in the dayside magnetosphere caused by the penetration of the magnetosheath magnetic field (component perpendicular to the reconnection line) into the magnetosphere. The penetration coefficient (the ratio of the intensity of the penetrated field to the intensity of the magnetosheath magnetic field) is estimated and found to equal approximately 1.     

地球磁尾的电场模式

地球磁层中的电场是磁层等离子体运动的主要驱动力。目前常用的磁层电场为均匀晨昏电场和投影电场。本文假定磁力线为电场的等位线，地球电离层电场看做磁层电场沿磁力线在电离层的投影。利用Tsyganenko磁场模式（T89），沿磁力线反电离层电场投影到磁尾，得到了一个新的磁层电场模式。文中对偶极磁场和T89磁场模式下的投影场作了比较，说明本模式突破了偶极磁场的局限，在磁层有更大的适用范围。     

行星际起伏向磁层顶的输运

时间尺度为分钟数量级的太阳风速度和行星际磁场大幅度扰动实际上始终存在于行星际空间的。这些扰动一直传输到紧贴磁层边界面外侧的区域。它们在磁鞘等离子体和磁层顶的相互作用过程中可能起很重要的作用。行星际起伏中的磁场分量在通过地球弓激波时首先经历一次跳跃,然后一部分扰动被带到磁层边界面处。在边界面附近磁场扰动幅度被大大地放大了。弓激波上游的太阳风条件控制了放大因子。本文所作的数值模拟研究结果表明,如果上游有大幅度的扰动,在边界面附近就有大幅度的Alfven起伏的磁场分量。当上游磁场接近垂直于日地联线时,放大因子变得相当大,而且放大因子随上游的等离子体β值和/或Alfven马赫数的增加而增加。上游各向异性对放大因子的影响不大。在磁层边界附近存在大幅度起伏表明这里不存在稳定的片流。      

磁层顶剪切磁流体非线性性态的谱截断法研究Ⅰ.流场扰动对磁场的作用

本文用谱截断方法研究了磁层顶剪切磁流体的非线性性态。结果表明:流场扰动会使系统出现剪切不稳定(K-H不稳定)性;系统具有对初值的敏感性,这是导致湍动而使磁层顶动力学性态难以预测的根本原因;流场粘性及流场与磁场的相互作用使能量与动量在流场与磁场中转化和传输;外界能流通过粘性与耦合作用可周而复始地在系统中传递。      

磁层顶极尖区的理论探讨

本文解出了三维磁层顶的Chapman-Ferraro模型。证明极尖区有一条极尖线,长约40°。磁尖线上磁层顶呈尖角。磁层磁力线由极尖线上各点通往磁层顶。通常所谓中性点,足极尖线在日地子午面的截点。      

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．     

关于行星际磁场螺旋扇形过渡区稳定性的分析

本文利用四层模式,讨论了ME型行星际磁场螺旋扇形过渡区的稳定性。结果表明:(1)ME型过渡区中可以激发三种大尺度波动,且三种波动都存在低频截止;(2)随着波数k增大,不稳定性的增长率都有上升的趋势,但其中A型波动的增长率存在一个极大值和一个极小值;(3)当k与扇形区中太阳风速度V_q呈平行或反平行时,波动最易被激发;随着k与V_q之间夹角变大,截止波长逐渐向短波段移动;当k与V_q相垂直时,波动则不能被激发;(4)当k与V_q夹角呈75°时,可以激发波长为5×104km、相速为340 km/s的波动,这与Voyager 1飞船在磁层顶处的观测结果相一致。由此推断,螺旋扇形过渡区中激发的波动可能是导致磁层顶K-H不稳定性的一种扰动源。