二维太阳风速度结构与日球电流片

本文分析了第1733—1742Carrington周的太阳耀斑、行星际闪烁(IPS)、太阳风及K-日冕资料,对二维太阳风速度结构进行了综合研究。结果表明:速度的大尺度分布、高速区、速度梯度、经度不均匀性和边界形状等方面相对于太阳赤道面都是不对称的;通过对理想的和实际的电流片以及飞船测量的磁场和速度比较,可以看到电流片附近大体上为低速区,但不存在简单的对应关系;扰动太阳风对背景太阳风的二维速度结构有显著的影响;理想电流片与实际电流片之间也存在较大的差距。      

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。      

电离层不规则结构的等效厚度和漂移速度对闪烁功率谱的影响

利用由衍射基本原理导出的有限厚薄相屏弱闪烁信号强度的Fourier功率谱表达式研究了不规则结构等效厚度L和水平漂移速度V对Fourier功率谱的影响。结果表明,L加大,Fresnel振幅变小,Presnel半径不变;V加大,Fresnel振幅不变,Fresnel半径变大。功率极小值相应的频率值之比为1:1:2:3:…:n而不是√2:√3:…:√n,与实测资料分析结果一致。对实测闪烁功率谱进行了数值模拟。由此得到了实际电离层不规则结构等效厚度、漂移速度的数值。      

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...     

嫦娥一号卫星太阳风离子探测器离子流量反演太阳风参数与初步结果分析

嫦娥一号卫星(Chang'E-1)上搭载的两台太阳风离子探测器(SWID-A/B)是国际上首次在200 km极月轨道观测等离子体环境的探测仪器.SWID-A/B的科学目标是探测月球附近等离子体与月球的相互作用,获得月球附近的太阳风速度、密度和温度.太阳风离子探测器的观测数据是各能量成分离子流量的直接反映,包含了太阳风离子的速度、密度和温度信息.本文设计了一种利用离子流量数据反演太阳风速度、密度和温度的算法,并通过模拟太阳风离子注入探测器的过程,验证了算法的可行性.对月球附近太阳风离子基本特征的分析研究表明,在太阳活动低年,空间环境扰动水平相对较低时,行星际太阳风运动到月球附近后依然保持着相同的变化趋势;太阳风离子的速度和密度与在上游行星际空间时相近;太阳风离子的温度则比在上游行星际空间时高103 K.     

通量传输事件相关的动力学磁场湍流观测研究

THEMIS卫星观测到通量传输事件（FTE）的同时,也在磁层侧涡流区域观测到强磁场扰动现象.利用快速傅里叶变换分析磁场扰动频谱特征发现:大约在FTE的扰动频率（约0.1Hz）处,功率谱密度达到峰值;在质子回旋频率（约1Hz）至64Hz的频段内,功率谱密度随着频率的增大而减小,服从幂律分布P₀ f-α.因此,可以认为这些磁场扰动为低纬边界层中的动力学磁场湍流.研究结果表明,当低纬边界层（Low Latitude Boundary Layer,LLBL）中卫星相对磁层顶或FTE的位置越来越远时,功率谱密度与功率谱斜率α（幂律指数）降低,但FTE所在的方位角或低纬磁层顶的磁地方时对幂律指数α和功率谱密度没有显著影响.这些观测特征表明移动的FTE是磁场湍流的源.磁层顶上的大规模扰动（如FTE）和相关的磁场湍流从动力学尺度揭示了磁鞘与磁层的类黏滞相互作用.然而低纬边界层中FTE磁层侧涡流形成所需的黏滞性是否可由磁场湍流来提供还需要验证.      

几种材料的磁层亚暴环模试验

<正> 一、引言星际空间存在运动着的带电粒子。当太阳风粒子到达地球磁层顶且随着太阳风粒子而来的星际磁场,指向地磁南极时,太阳风中的感应电流产生的附加场使地磁场发生畸变。迎着太阳的一面较为扁平,而背着太阳的一面形成一个很长的磁尾。在磁尾区,太阳风粒子的注入(它们的能量为几十电子伏到几千电子伏)引起了高能粒子的大量增加。这些高能粒子在     

行星际电场与Dst指数

利用ACE卫星的太阳风及行星际磁场观测数据和相应时期的Dst指数，分析了行星际电场的Dst指数的相关关系，讨论了行星际电场作为研究磁层和太阳风相互作用的良好参数的物理机制。结果表明：行星际电场与Dst指数有很好的相关性，并且在强和中等地磁活动基间，存在显著的突变特征曲线；相对于V、V^2Bz、VB^2和ε，行星际电场的突变特征曲线更易识别；弱的扰动磁层背景状况和行星际磁场南向分量及电场晨昏分量的较大波动影响着磁暴的发展，使磁暴主相有多个发展阶段，从而增加磁暴的强度；对主相有多个发展阶段磁暴的研究有待进一步改善。     

根据行星际闪烁(IPS)的双频互谱估计太阳风速度

本文讨论了观测频率为232MHz和327MHz时,利用互谱的方法估计太阳风速度的可能性、考虑路径积分效应,结果表明在17°≤ε≤50°范围内,对于几种可能的太阳风速度分布,由互谱所得结果与太阳风速度值差别小于15%.      

无振荡、无自由参数格式在三维太阳风流动数值模拟中的应用

从快速、有效地进行空间天气数值预报的需要出发,针对1998年5月份行星际太阳风暴事件,采用全三维流体力学(HD)模型进行数值试验,考察了无振荡、无自由参数(NND)格式在三维太阳风流动数值模拟中的应用.计算中内边界的密度分布由观测K日冕数据来确定,由此得到的源表面密度分布具有和源表面电流片相似的结构.数值试验表明: 虽然该格式不需要加入人工粘性,但是具有很好的计算稳定性.在扰动计算时激波间断耗散小,在三维任何方向上间断所占的网格数比较少,没有数值色散现象.      

太阳高能电子束通过空间振荡轴向场产生的电磁不稳定性

本文基于太阳高能电子和日冕区开放场及行星际磁场特征，建立了相对论电子束与伴有空间变化（空间周期变化）的轴向场相互作用模型，用数值方法研究了该体系产生的电磁不稳定性，结果指出只有当太阳高能电子束速度和空间振荡场波数大到一定程度时，该体系才可激发在旋电磁模不稳定性，当太阳高能电子束逐一通过日冕和行星际空间时，激发具有波频向低频漂移特征的电磁波．     

Studies of some statistics of the interplanetary magnetic field and implications for discrete modes

We present some results from a statistical study of the levels of the power spectrum of the interplanetary magnetic field as measured by the Ulysses spacecraft near the ecliptic plane between 1 and 5 AU. We conclude from the studies of the probability distributions of the power spectral levels that the interplanetary medium is not totally chaotic, but can sustain high percentages (21% to 30% for the examples shown here) of discrete, low frequency modes, probably of solar origin, over a long interval of time.     

Peculiarities of galactic cosmic ray Forbush effects during October–November 2003

Features of two successive Forbush effects of the galactic cosmic ray intensity in October–November 2003 have been studied based on the neutron monitors data. The rigidity spectrum of the galactic cosmic ray intensity in the course of the first Forbush effect (22–27 October) is gradually hardening, while the rigidity spectrum of the second Forbush effect (28 October–10 November) from the starting moment is very hard. As far, the energy range of the turbulence of the interplanetary magnetic field is in general responsible for the diffusion of galactic cosmic ray particles of the energy 5–50 GeV (to which neutron monitors are sensitive), we postulate that the gradually hardening (from day to day) of the rigidity spectrum of the first Forbush effect is associated with the enhancement of the power spectral density in the energy range of the interplanetary magnetic field turbulence caused by the large scale irregularities generated due to the interaction of the extending high speed disturbances with the background solar wind. The very hard rigidity spectrum (from the starting moment) of the second Forbush effect is generally associated with the well established new structure of the energy range of the interplanetary magnetic field turbulence enriched by the already created large scale irregularities. The gradually softening of the rigidity spectrum during the recovery phase of the second Forbush effect confirms that the disturbed interplanetary magnetic field turbulence step by step returns to the initial state.     

Fluctuations of cosmic rays and IMF in the vicinity of interplanetary shocks

Fluctuations of cosmic rays and interplanetary magnetic field upstream of interplanetary shocks are studied using data of ground-based polar neutron monitors as well as measurements of energetic particles and solar wind plasma parameters aboard the ACE spacecraft. It is shown that coherent cosmic ray fluctuations in the energy range from 10 keV to 1 GeV are often observed at the Earth’s orbit before the arrival of interplanetary shocks. This corresponds to an increase of solar wind turbulence level by more than the order of magnitude upstream of the shock. We suggest a scenario where the cosmic ray fluctuation spectrum is modulated by fast magnetosonic waves generated by flux of low-energy cosmic rays which are reflected and/or accelerated by an interplanetary shock.     

Modeling and data analysis of a Forbush decrease

We study the Forbush decrease of the galactic cosmic ray intensity observed in 9–25 September 2005 using the experimental data and a newly developed time-dependent three dimensional modeling. We analyze neutron monitors and muon telescopes, and the interplanetary magnetic field data. We demonstrate a clear relationship between the rigidity (R) spectrum exponent (γ) of the Forbush decrease and the exponent (ν) of the power spectral density of the components of the interplanetary magnetic field in the frequency range of ∼ 10⁻⁶–10 ⁻⁵ Hz. We confirm that an inclusion of the time-dependent changes of the exponent ν makes the newly developed nonstationary three dimensional model of the Forbush decrease compatible with the experimental data. Also, we show that the changes of the rigidity spectrum exponent γ does not depend on the level of convection of the galactic cosmic rays stream by solar wind; depending on the changes of the exponent ν, i.e. on the state of the turbulence of the interplanetary magnetic field.     

基于EEMD-Hilbert谱的涡街流量计尾迹振荡特性

为了研究涡街流量计尾迹振荡特征,采用集总经验模态分解(EEMD)-Hilbert谱方法,对测量介质为空气、流量范围为10.58~220 m~3/h的涡街流量计管壁差压信号进行处理,首先用EEMD方法对管壁差压信号进行分解,得到固有模态分量,然后对分解后的各个分量进行Hilbert变换,得到Hilbert谱和边际谱,进而提取管壁差压信号的旋涡脱落频率。比较了Fourier变换与EEMD-Hilbert谱方法在信号去噪和频率提取方面的性能。结果表明:EEMD-Hilbert谱方法可有效去除叠加在实际涡街成分之中的噪声,能够较完整保留尾迹振荡的固有成分;在流量较低时,EEMD-Hilbert谱方法对尾迹振荡频率的提取精度比Fourier变换高30%以上,有效拓展了涡街流量计的测量下限;通过计算能量比,揭示了EEMD-Hilbert谱方法提高频率提取精度的原因,即EEMD-Hilbert谱方法降低了信噪比;Hilbert谱直观表示信号的时间-频率-能量关系。     

基于流动显示的翼尖涡不稳定频率测量

翼尖涡涡核振荡频率的准确测量是翼尖涡控制技术得以有效实施的重要前提。采用流动显示方法,研究了椭圆机翼翼尖涡在低雷诺数条件下的不稳定特性。分别采用单点谱分析和动力学模态分解技术,从流动显示图像序列中提取了涡核振荡的短波不稳定模态的频率,2种方法得到的频率相对误差最大不超过5%。研究结果表明:涡对的空间运动通常展现出长波与短波模态的耦合,涡核的高频短波振荡耦合在低频长波摆动中,以前者为主要含能模态;短波不稳定性的无量纲振荡频率随雷诺数的增大而增大、随机翼攻角的增大而减小。      

Geomagnetic activity associated with magnetic clouds,magnetic cloud-like structures and interplanetary shocks for the period 1995–2003

Using nine years (1995–2003) of solar wind plasma and magnetic field data, solar sunspot number, and geomagnetic activity data, we investigated the geomagnetic activity associated with magnetic clouds (MCs), magnetic cloud-like structures (MCLs), and interplanetary shock waves. Eighty-two MCs and one hundred and twenty-two MCLs were identified by using solar wind and magnetic field data from the WIND mission, and two hundred and sixty-one interplanetary shocks were identified over the period of 1995–2003 in the vicinity of Earth. It is found that MCs are typically more geoeffective than MCLs or interplanetary shocks. The occurrence frequency of MCs is not well correlated with sunspot number. By contrast, both occurrence frequency of MCLs and sudden storm commencements (SSCs) are well correlated with sunspot number.     

2008年4月24日行星际激波事件相关联的超热电子90°投掷角的增强

利用测试粒子数值模拟的方法研究了与STEREO-A卫星观测到的2008年4月24日行星际激波事件相关联的超热电子90°投掷角的增强.根据激波到达前给定时刻超热电子的观测分布,拟合得到不同投掷角的初始分布函数;在给定的激波参数下,采用时间向后的方法计算特定能道上激波下游超热电子的投掷角分布.由于超热电子具有较高的共振频率,模拟采用的磁场湍流谱包含了低能电子发生共振的耗散区.对以215.76,151.67,106.63,eV为中心的三个能道进行了模拟.结果表明,不同能道上超热电子在激波下游的投掷角分布均在90°投掷角附近出现峰值,呈现出明显的90°投掷角增强,这与观测结果符合得很好.可以认为在激波对电子的加速过程中,电子与湍流耗散区的共振对90°投掷角的增强具有重要作用.