磁云边界层与间断的观测研究

利用WIND飞船的磁场和等离子体观测数据,分析了1995年2月至2003年8月之间82个磁云中的边界层事件.我们认为(1)磁云边界层中方向间断DD(Directional Discontinuity)类型中RD(Rotational Discontinuity),TD(Tangential Discontinuity),ED(Either Discontinuity),ND(NeitherDiscontinuity)的分布为37:18:44:1(%),与背景太阳风中的分布51:12:35:2(%)不同;主要区别在于RD与TD的比例变化. (2)磁云边界层的内外边界切向间断的比例很高,占总数的20%,而且两侧的密度和温度平均相对变化分别为|△N/N|=0.24和|△T/T|=0.19,大于边界层内部的平均值,显示了更多的切向间断特征;此外,磁云边界层中方向间断的出现频次约为太阳风中的1.87倍. (3)磁云边界层中方向间断的法向分布在θ-φ平面中不是随机分布,而是以θ=-24.90°,φ=217.49°为几何中心,主要是指向远离太阳的方向,而不是简单的各向同性分布.初步结果表明,间断是磁云边界层中的重要结构,它有着不同于背景太阳风间断类型比,为诊断磁云边界层的形成机理提供了依据.     

磁云边界层中的复合重联喷流观测分析

太阳风中的磁场重联通常与行星际日冕物质抛射有关.本文分析了1995年10月18日WIND飞船观测到的一例磁云前边界层中的复合重联喷流事件.该复合排空区由相邻两个不同方向的喷流构成,这两个喷流分别经过Walén关系的证认,符合行星际磁场重联排空区等离子体喷流的特征.结果表明,在磁云前端可能存在众多重联点,从而将磁云本体的...     

行星际磁云边界层中的电子分布函数特征

基于WIND 飞船观测的1995---2006 年间的磁云事件, 研究了磁云边界层中电子的流动图样, 以及电子速度分布函数的特点与电子加热和加速的关系, 得出以下结果. ①磁云边界层中存在的电子流动图样, 包括各向同性、双向流动和单向流动等. ② 相比于背景太阳风和磁云本体, 通常情况下磁云边界层中电子分布函数的核心热电子成分 (E<60eV) 增多, 超热电子成分 (E>60eV) 在沿磁场垂直方向上增多, 而在沿磁场平行或反平行方向以单方向增加为主, 此外, 还在近1/10 的磁云边界层中观测到了高能电子的明显增多. ③对比研究了磁云边界层与磁云驱动的激波对电子速度分布函数的调制作用, 经过激波, 电子分布函数的超热电子成分在各方向上都有增加, 不同于磁云边界层中在沿磁场平行或反平行方向上超热电子成分以单方向增加为主, 表明二者有不同的形成机制. ④考察了磁云边界层中的波活动增强和电子分布函数及离子流量增加的对应关系. 上述观测和对比分析进一步表明了磁云边界层是一种重要的动力学结构, 磁重联是一种可能的形成机制.     

朗缪尔探针在轨快速除污染技术研究

讨论了一种朗缪尔球形探针在轨快速去除表面污染的技术方法. 朗缪尔探针是空间等离子体原位探测的一项重要手段, 广泛应用于各种航天器. 探针传感器表面被污染时, 会造成探针I-V特性曲线失真, 从而导致探测获得的等离子体参数产生偏差. 通过试验验证了采用探针传感器加载高压的技术, 其可快速有效清除传感器表面污染, 确保朗缪尔探针在轨探测获得实时、准确的空间等离子体信息.     

利用半导体二极管伏安特性进行朗缪尔探针性能测试研究

研究讨论了一种利用半导体二极管伏安特性进行朗缪尔探针性能测试的方法. 设计的朗缪尔探针性能测试方法对外界因素要求较低,在常温常压的通常实 验室环境下即可进行,其测试结果可作为利用地面等离子体环境进行定标测试 前的初步性能验证. 通过实验室环境下的测试试验, 验证了该方法的有效性和 可行性.     

磁云边界层中的重联慢激波观测分析

在Petschek模型中,排空区边界处的一对慢激波是能量耗散的重要机制.已有大量行星际空间的Petschek型磁场重联排空区观测事件被报道,但是只有少量的排空区边界处观测到了慢激波.针对一例位于磁云边界层中的Petschek型磁场重联排空区观测事件,在排空区靠近磁云一侧边界处证认了一例慢激波.激波跃变层两侧的磁场和等离子体参数满足Rankine-Hugoniot关系,且激波上下游的中间马赫数均小于1,上游的慢马赫数为2.94（>1）,下游的慢马赫数为0.65（<1）,符合慢激波的观测特征.磁云内部的等离子体β值很低,局地阿尔芬速度高,同时磁云边界层中可能发生丰富的磁场重联活动,这可能是磁云前边界处慢激波形成的原因.     

磁云—高速流相互作用的数值模拟

对１９７８年８月２７至２８日期间观测到的磁云与尾随高速流的相互作用进行数值模拟，基本拟合了１ＡＵ处的观测剖面。模拟结果表明，磁云－高速流系统将导致前向快，慢激波和后向快激波的形成。     

第24太阳活动周地球附近磁云与非磁云事件的统计分析

为研究第24太阳活动周中磁云（Magnetic Clouds,MC）与非磁云（Non-Magnetic Clouds,non-MC）的等离子体性质及其对空间天气的影响,使用1AU处的观测数据对2008-2015年168个ICME事件进行统计与分析,其中认证出磁云事件68个,占总数的40.48%.通过分析磁云与非磁云等离子体参数对空间天气环境的影响及与太阳活动的关系,整体性质的对比及在第23和24太阳活动周中性质的对比,可以发现：在第24太阳周中,磁云引起的磁暴强度普遍大于非磁云,南北向磁场分量是引起磁暴的重要参数;磁云数和太阳黑子数有很好的相关性,非磁云数与行星际日冕物质抛射总数及黑子数的相关性稍弱,磁云数在太阳周的不同阶段表现出不同的分布特性;磁云的磁场强度和南向磁场分量整体强于非磁云,两者质子温度、密度等参数差异不大.第24周磁云事件引起的地磁效应整体上弱于第23周磁云事件,这与第24周磁云事件最大南向磁场分量、传播速度以及质子温度整体小于第23周磁云事件有关.     

行星际磁云与日球电流片相互作用的实例分析

基于1995-2007年Wind飞船观测到的105个磁云事件, 按照磁云在地球附近是否与日球电流片发生碰撞, 将其分为碰撞和未碰撞两类, 得到初步分析结果. ①可能与日球电流片发生碰撞的磁云事件有51例, 约占事件总数的49%; ②发生碰撞时, 磁云与日球电流片之间的相互作用区内呈现动力学相互作用增强的趋势, 例如多呈现局部的磁场方向间断结构(或称局域电流片结构), 伴随磁场强度下降、质子温度升高、部分质子速度分量出现跃变, Langmuir波或100~250,kHz的离子声波出现增强,这些现象可能与碰撞相互作用区域内发生的磁重联有关; 没有碰撞时这些特征一般不明显; ③至少有15个事例中, 磁云前后背景磁场的极性相反, 或磁场极性反转的位置位于磁云内部, 显示磁云可能正在跨越电流片运动; ④在几个磁云事件中发现磁云的亮环和亮核纤维结构. 这些极为初步的分析结果有利于了解磁云与日球电流片之间的相互作用过程.     

镜模波识别方法研究及其在火星磁鞘中的应用

镜模波是温度各向异性等离子体中的一种波动结构,根据磁场和离子分布及波动特性可以进行识别.本文对比了只使用磁场数据与同时使用磁场及离子数据两种识别方法,分析了两类方法的特点.只使用磁场数据的方法基于磁场强度变化大、方向沿背景磁场的特征,通常使用磁场强度的波动幅度ΔB/|B|以及磁场变化方向与背景磁场的夹角θ_min,θ_max作为参数;同时使用磁场及粒子数据的方法利用的是磁场纵波特性、总压平衡和波动在等离子体坐标系下静止的特征.使用两种方法对MAVEN卫星在火星磁鞘内的数据进行识别,结果表明在某些情况下,只使用磁场数据会导致对镜模波的误判.通过研究改变上述参数阈值时识别结果的变化,发现当θ_min> 40°,θ_max < 40°,ΔB/|B|> 80%时,只用磁场数据可取得较好的识别效果.     

近壁区理论耗散率模型的改进

提出了在边界层的近壁区,采用共振三波的理论模型描述湍流边界层相干结构,由此解决了对称三维波理论模型不能处理三阶相关量的问题,根据新的理论模型对ε方程逐项进行计算和分析.与原理论模型计算结果相比,本文理论结果与直接数值模拟(DNS)符合更好.     

逆压梯度湍流边界层中的相干结构

利用流动稳定性理论中一般共振三波的概念对4种定常逆压梯度以及两种变逆压梯度湍流边界层的相干结构进行研究.其中2种变逆压梯度分别为压力梯度由小变大和由大变小,变化的终了具有相同的压力梯度.通过计算得出逆压梯度能够激励相干结构的生成和发展,而且逆压梯度越大作用越强.在变压力梯度流动中,压力梯度由大变小的情况对相干结构的激励最强.此外,逆压梯度使相干结构的流向尺度变小,而展向间距基本在100个粘性长度左右,这些变化趋势与实验以及直接数值模拟结果一致.     

用GAO-YONG湍流模型计算激波/边界层干扰

采用GAO-YONG可压缩湍流方程组,模拟了平板激波/湍流边界层干扰现象.运用SIMPLE算法求解方程组,并分别采用三阶精度的QUICK格式和中心格式离散对流项和扩散项.计算结果较好预测了入射斜激波在平直壁面引起湍流附面层分离的流动特征: 分离点的反射激波、分离包引起的膨胀扇以及再附点的反射激波.对流场的时均参数与实验值进行了比较,计算得到的壁面压力分布、摩阻系数分布和速度型与实验值比较吻合很好.结果表明GAO-YONG可压缩湍流方程组能够高精度模拟平板激波/湍流边界层干扰流动.      

Nonplanar electron acoustic shock waves

The properties of cylindrical and spherical electron acoustic shock waves (EASWs) in an unmagnetized plasma consisting of cold electrons, immobile ions and Boltzmann distributed hot electrons are investigated by employing the reductive perturbation method. A Korteweg–de Vries Burgers (KdVB) equation is derived and its numerical solution is obtained. The effects of several parameters and ion kinematic viscosity on the basic features of EA shock waves are discussed in nonplanar geometry. It is found that nonplanar EA shock waves behave quite differently from their one-dimensional planar counterpart.     

近壁区Reynolds应力输运方程的理论模型

在湍流边界层的近壁区,采用对称共振三波的理论模型描述相干结构,根据理论模型对Reynolds应力输运方程逐项进行计算和分析,结果与直接数值模拟符合很好.这不仅在理论上有益于对湍流物理机制的了解,而且展现了一种可能性,即根据相干结构的理论知识来改造湍流模型,使之具有更清晰的物理内涵以提高近壁区的预估精度.     

太阳风里高能电子自发辐射的Langmuir波

本文讨论太阳风里太阳耀班高能电子产生的Langmuir波的自发辐射。理论估计得出,在时间尺度γ_km-1内,Langmuir波自发辐射的电场幅值约为10-3-10-2mV/m(依赖于高能电子速度分布的具体形式),这里γ_km为在波数k处的峰增长率。此理论结果比飞船在太阳风里的观测值低2-3个数量级。因此认为,太阳风里自发辐射产生的Langmuir波辐射是可以忽略的。