利用TIE-GCM模式计算电离层电流及夜间电离层磁场

电离层电流产生的磁场是地磁场卫星测绘时需要剔除的干扰源.利用电离层热层模式TIE-GCM计算电离层中的中性风、重力驱动和压强梯度等形成的电离层电流的全球分布,分析电流在特定位置产生的磁场及磁场三分量随纬度的变化规律.结果表明,E层尤其是磁赤道和极区的电流密度较大,可达103nA·m-2量级,F层电流密度量级约为10nA·m-2.在磁静日（Kp≤ 1）夜间22:00LT-04:00LT,电离层电流在中低纬度（南北纬50°之间）产生的磁场量级为几个nT,且磁场的南北向分量和径向分量基本大于东西向分量.通过与CHAMP卫星磁测数据分析比较,发现TIE-GCM模式计算电离层干扰磁场在中低纬度可以取得较好的结果,但在高纬度地区的效果不理想,还需进一步改进模式以提高计算精度.      

磁静日期间中国大陆地区外源弱磁场研究

利用第四代地磁场综合模型CM4, 研究了中国大陆地区1960-2000年磁静日期间地磁外源弱磁场的变化情况, 计算并分析了外源场中的电离层感应场、环形场以及磁层感应场的分布和变化. 结果显示, 北向分量X的磁层感应场强度总体呈先增加后减少的趋势, 共减少了约7.3nT; 东向分量Y的磁层感应场强度呈先减少后增加的趋势, 共增加了约0.8nT; 垂直分量Z的磁层感应场强度呈先增加后减少的趋势, 共增加了约5.5nT. 三个分量的电离层感应场以及环形场变化幅度很小, 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, 认为该现象可能与太阳11年活动周期有关. 最后对弱磁场随时间变化的结果进行了分析说明.      

第23太阳活动周行星际磁场扇形结构对中低纬地磁场的影响

用特征向量分析法对第23太阳活动周天津静海磁场强度水平分量H的时均值进行研究,分析行星际磁场扇形结构的地磁效应（简称扇形效应）对中低纬地磁场H分量日变化的贡献.研究结果表明,中低纬扇形效应为3～11nT,在太阳活动高年扇形效应达到最大值（约11nT）,低年达到最小值（约3nT）.太阳活动高年扇形效应引起的地磁H分量值变化与太阳活动低年的情况相反,但是扇形效应在夏季对地磁H分量的影响较小.太阳活动高年扇形效应日均值的增减与上升年的相反,与下降年相同,夏季扇形效应平均增量最小且无规律.春、夏和秋三个季节的扇形效应最大值都出现在太阳活动高年,冬季的扇形效应在太阳活动峰年两年后才出现最大值（约11nT）.在太阳活动低年（或高年）,当扇形磁场背离（或指向）太阳时,夏季扇形效应白天引起地磁H分量增大（或减小）,夜间导致地磁H分量减小（或增大）,其他季节全天都会导致地磁H分量减小（或增大）.用特征向量推断行星际磁场扇形极性的符合率在春夏秋三个季节高达60%,在冬季为55%.      

地磁Ap指数滞后太阳周循环分析

把1932-2006年地磁Ap指数12个月流动均值分解成为(Ap)R和(Ap)I.其中(Ap)R为太阳黑子数R的线性函数,与太阳黑子数R相位相同,可能对应于日冕物质抛射(CME)等地磁控制因素. (Ap)I分量与太阳黑子数R相位相差约180°,该分量可能对应于极冕洞变化(从太阳峰年开始,由日面极区逐渐向赤道延伸).以地磁Ap指数与太阳黑子数R滞后非常严重的第20太阳周为例,证实了(Ap)I分量与极冕洞向赤道延伸循环变化相对应.因此极冕洞循环变化可能是导致地磁扰动指数与太阳周循环相位不一致,出现滞后现象的一个十分重要原因.      

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.     

月表磁异常影响的太阳风电子反射运动

模拟太阳风电子向月表运动的轨迹, 研究由于月表磁异常的存在造成的电子反射运动. 首先设定行星际磁场Bsw 指向月球并与月表垂直, 将月表的磁异常区看成是一个磁偶极子, 偶极矩大小为Mcb; 然后分别考察该偶极矩与行星际磁场方向平行, 反平行以及±90° 的情形, 通过计算发现, 被反射的电子数目会随着磁偶极矩和行星际磁场的方向改变而改变. 在偶极矩与行星际磁场平行的情况下, 反射率最大; 随着夹角的增大, 反射率减小. 这些结果为利用电子反射法高精度遥测月表磁场提供了很重要的信息.      

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.      

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.      

磁暴期间全球TEC扰动特性分析

磁暴期间白天电离层总电子含量（TEC）大幅度扰动.TEC扰动与磁暴发生时的世界时（UT）有关.利用7年的数据对TEC对磁暴的响应进行统计研究.结果显示,磁暴期间白天TEC增大明显,且在午后TEC的增大比例有一个高峰.在18:00UT-04:00UT,南美地区与其他地区相比TEC增长较大,这可能与白天的光照有关.为了研究TEC变化与磁暴的关系,结合同样时间段的Dst指数,把TEC数据分为磁暴日（Dst<-100nT）和平静日（Dst>-50nT）.研究发现,将TEC前移2h,低纬日侧地区TEC增大值随着世界时的变化与Dst变化的负相关性较好,相关系数为-0.75.在中纬度地区,将TEC扰动前移1h,相关系数为-0.61.这可能是行进式大气扰动携带着赤道向的子午风,由极区向低纬传播引起.可以认为,TEC的变化可能是由磁暴引起的.在高纬地区,TEC增大值随着世界时的变化与Dst变化的相关性较差.这可能是由于太阳高度角较低,光辐射通量较小,导致电子密度的增加不明显.      

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。      

Magnetic field measurements in the ionosphere-magnetosphere region

An analysis of the differences between the measured by the Intercosmos Bulgaria 1300 satellite and the computed from the IGRF-1980 values of the magnetic field intensity is presented. In a global scale the residuals are negative. A 75 nT spacecraft remanent magnetic field along the X-axis is determined. Partially the negative residuals could be explained by the model itself which results in a stronger field than the actual one. The spacecraft inductive magnetization may be a reasonable explanation for the rest. It is difficult to explain the negative residuals in the polar region by a magnetization along any of the axes. The complex character of the differences in this region is conditioned by the external fields, in particular, by the ionospheric current systems. The authors believe that the bias fields from the spacecraft have a static character and they are restricted mainly along the X-axis.     

2000年7月空间天气大事件对地磁场的影响

2000年7月空间大事件对地磁场产生了巨大影响，7月15日至18日发生大磁暴(K=9)．磁暴为急始型，在我国地区初相期变幅有200—300nT，主相最大幅度有500—600nT，为多年来所罕见．在行星际磁场Bz由北向转向南向时，磁暴主相开始；南向分量达到最大值后大约2h，地磁H分量达到最小值，恢复相开始．并且，这次磁暴与太阳风也存在一定的对应关系。     

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。     

Geomagnetic storm effects on the occurrences of ionospheric irregularities over the African equatorial/low-latitude region

The study investigated the effects of intense geomagnetic storms of 2015 on the occurrences of large scale ionospheric irregularities over the African equatorial/low-latitude region. Four major/intense geomagnetic storms of 2015 were analyzed for this study. These storms occurred on 17th March 2015 (?229?nT), 22nd June 2015 (?204?nT), 7th October 2015 (?124?nT), and 20th December 2015 (?170?nT). Total Electron Content (TEC) data obtained from five African Global Navigation Satellite Systems (GNSS) stations, grouped into eastern and western sectors were used to derive the ionospheric irregularities proxy indices, e.g., rate of change of TEC (ROT), ROT index (ROTI) and ROTI daily average (ROTI_AVE). These indices were characterized alongside with the disturbance storm time (Dst), the Y component of the Interplanetary Electric Field (IEFy), polar cap (PC) index and the H component of the Earth’s magnetic field from ground-based magnetometers. Irregularities manifested in the form of fluctuations in TEC. Prompt penetration of electric field (PPEF) and disturbance dynamo electric field (DDEF) modulated the behaviour of irregularities during the main and recovery phases of the geomagnetic storms. The effect of electric field over both sectors depends on the local time of southward turning of IMF Bz. Consequently, westward electric field inhibited irregularities during the main phase of March and October 2015 geomagnetic storms, while for the June 2015 storm, eastward electric field triggered weak irregularities over the eastern sector. The effect of electric field on irregularities during December 2015 storm was insignificant. During the recovery phase of the storms, westward DDEF suppressed irregularities.     

Field and wave measurements aboard the Aureol-3 spacecraft

In the Soviet-French Arcad-3 project, 3 experiments TBF-ONCH, TRAC and ISOPROBE are carried out on board the Aureol-3 satellite to measure the AC and DC electric and magnetic fields and waves. Several modes of telemetry, real time and memory regimes are available for data transmission. TBF-ONCH is devoted to the measurement of 3 components of the DC electric field, 2 electric and 3 magnetic components of the waves. In one mode of the real time telemetry these 5 components are transmitted simultaneously in the frequency range 10 Hz-1.5 kHz in order to be able to determine the wave normal directions of natural emissions and to localize their sources. In the second mode, morphological studies of saucers, chorus, hiss and triggered emissions can be undertaken using the wide band transmission (70 Hz-16 kHz) of any one of these 5 components with the possibility of periodically changing the transmitted component every 4 seconds or keeping the same one during all the pass. TRAC makes use of the on board 3 axis flux gate magnetometer to perform a fine measurement of the magnetic effects of the currents flowing in the vicinity of the spacecraft either in the ionosphere or along the magnetic field lines, with a resolution of ～ 12 nT and in the frequency range from DC to ～ 20 Hz. One component of the HF electric field (0.1–10 Mhz) is measured by ISOPROBE (see companion paper). Examples of inflight measurements from the above instruments and their presentation on microfiches are shown. Some new phenomena are emphasized and briefly discussed.     

磁层顶对磁层磁场的影响

太阳风与地磁场相互作用形成的磁层顶对磁层内磁场有重要影响。本文假定地磁场为偶极子,太阳风为理想导体,在太阳风与磁层的边界上满足磁场法向分量为零的边界条件。采用最小二乘法求得磁层顶电流在磁层内产生的磁场的球谐系数。从计算结果可以看出磁层顶对磁层磁场的影响。结果表明,向阳面的磁场、中性点、极光区的位置与形状与实际观测比较接近;磁尾磁场与实际观测相差较远,原因是没有加上磁尾片电流。文中还给出了太阳风与地磁轴交不同角度时的磁层磁场的计算结果。      

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。      

关于IMF北向分量特强时的太阳风－磁层－电离层耦合

关于ＩＭＦ北向分量特强时的太阳风－磁层－电离层耦合沈长寿，资民筠（北京大学地球物理系，１００８７１）（中国艺术研究院，北京）关键词行星际磁场，太阳风－磁层能量耦合函数为检验Ａｋａｓｏｆｕ提出的能量融合函数“’在ＢＺ强北向时能否反映太阳风与磁层扰动间的...