行星际激波的多方指数

从Ｈｅｌｉｏｓ等６个飞船１９７２年至１９８７年的太阳风观测资料找出９８６个行星际快激波，利用ＭＨＤ Ｒａｎｋｉｎｅ－Ｈｕｇｏｎｉｏｔ方程组分析了激波上下游参数关系，确定出每一个激波的最佳多方指数。结果指出，多方指数有一分布，其最可几值约在１．７０－１．７５之间。     

电离层等效电流体系对行星际激波的响应研究

行星际激波是导致地球磁层-电离层系统发生扰动的重要原因之一,其可以通过对磁层-电离层系统电流体系的改变来影响地磁变化.本文采用全球三维磁流体力学数值模拟方法,分析了行星际激波作用下电离层等效电流体系的即时响应.模拟结果表明,在激波作用下伴随着异常场向电流对的产生,电离层在午前午后出现一对反向的等效电流涡.这对涡旋一边向极侧和夜侧运动,一边经历强度增强和减弱直至消失的过程.激波过后等效电流体系图像逐渐演化为激波下游行星际条件控制的典型图像.这个响应过程与行星际激波强度有关,激波强度越强,则反向的等效电流涡旋强度越大,寿命也就越短.     

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     

行星际空间MHD模拟激波跃变关系分析

分析了模拟得到的可以传播到1 AU以远的日地空间磁流体力学激波与Rankine-Hug-noniot跃变关系的符合程度.通过对模拟激波的结构及其在传播过程中的演化进行的分析,提出了模拟激波的定位方法;基于所提出的定位方法,利用向长青提出的确定MHD激波局地参数的方法计算了模拟得到的激波与Rankine-Hugnoniot跃变关系的偏差.结果表明在激波传播到100 R_s以后,激波对中前向快激波与Rankine-Hugnoniot关系的符合达到很高的程度,相对误差在10^-2数量级以内;并且在激波传播到150 R_s以后,相对误差在10^-3数量级以内.这个结果说明文中所使用的有限差分数值格式能较好地模拟激波.     

根据行星际闪烁观测研究耀斑—激波前后太阳风电子密度功率谱的变化

采用弱散射与薄屏近似模型，利用快速傅利叶变换和阿贝尔变换的方法，对１９７２年６月１５日耀斑－激波的行星际闪烁观测资料进行了计算，分别计算了激波前与激波后的电子密度功率谱，发现在小波数段都具有幂函数形式，并且波后幂指数值略大于波前幂指数值。说明此例激波后小波数段功率谱略变陡。     

联合太阳和行星际物理参数预测行星际激波能否到达地球

选取第23太阳活动周（1997—2006年）期间542例由太阳爆发活动驱动的行星际激波事件,分析确定了太阳源头和行星际空间中影响行星际激波能否到达地球轨道的关键物理参数;在此基础上,建立了预测行星际激波能否到达地球的新预报模型（EdEaSPM）. 回溯预报结果表明,EdEaSPM模型的预报成功率约为66%,略高于国际一流预报模型的预报成功率;EdEaSPM模型的虚报率未超过50%,改善了当前国际主流模型虚报率较大的情况;对于偏度指标,虽然当前所有模型的偏度值均大于1,但EdEaSPM模型的偏度值最接近于1且明显小于其他模型的偏度值;EdEaSPM模型的其他评价指标也都高于国际主流模型的相应指标. 此外,选取2012年期间的激波事件对EdEaSPM模型进行了预报检验,预测结果与实际情况吻合. EdEaSPM模型不仅能够提前约1～3天进行预报,而且预报效果与国际一流模型具有可比性,尤其是在提高预报成功率及降低虚报率方面具有一定优势.     

根据行星际闪烁观测研究耀班一激波前后太阳风电子密度功率谱的变化

采用弱散射与薄屏近似模型,利用快速傅利叶变换和阿贝尔变换的方法,对1972年6月15日耀斑一激波的行星际闪烁观测资料进行了计算,分别计算了激波前与激波后的电子密度功率谱。发现在小波数段都具有幂函数形式,并且波后幂指数值略大于波前幂指数值。说明此例激波过后小波数段功率谱略变陡。     

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     

太阳耀斑行星际激波传播中的追赶效应

本文采用二维MHD模型对具有不同间隔时间的2个耀斑先后爆发,模拟研究它们所对应的行星际激波间的追赶效应,并和单个耀斑所产生的行星际激波相比较。研究结果表明,间隔时间一天以内的2个耀斑激波在行星际空间向外传播时,激波之间有明显的相互作用发生,间隔时间的长短决定了激波传播过程中追赶效应的强弱。根据数值试验结果,追赶效应可归纳为4类,(1)强追赶效应,(2)中等追赶效应,(3)弱追赶效应,(4)无追赶效应。属于强追赶效应的2个耀斑激波传播至1AU处,产生的行星际扰动非常相似于单个耀斑激波的扰动。     

行星际慢激波的传播和演化

采用二维理想MHD模型,分别在日球赤道面（二维二分量模型）和日球子午面（二维三分量模型）内研究太阳风中慢激波的传播和演化规律。结果表明,慢激波在向外传播的过程中逐渐演化为由原慢激波和新产生的快激波构成的激波系统。该激波系统在子午面内相对慢激波源中心法线基本对称,而在赤道面内则是不对称的:快激波阵面和慢激波阵面之间存在一个切触点,该处两个激波合并,蜕化为气体激波。上述切触点相对激波源中心法线东偏,且东偏角度在激波系统向外传播过程中不断增加。初步分析表明,行星际磁场的螺旋结构是产生日球赤道面内慢激波传播和演化的东西不对称性的主要原因。     

一种确定模拟的行星际MHD激波局地参数的新方法

简要阐述了分析模拟的行星际磁流体力学（MHD）激波的局部性质时,采用无厚度局部平面激波这一假设的合理性,说明了在激波未扰动区域（激波上游）,物理量在几个小时内的变化很小这一事实,利用平面激波的分析方法,提出了分析模拟的行星际MHD激波的新方法,包括激波位置的确定,上下游状态参数的选择,激波局部参数的计算以及激波的分类,最后应用这种方法对一个二维的MHD模拟结果进行了分析。结果证实了过去文献关于磁流体力学混合激波空间连接和时间演化的链式规则,而且说明位于太阳赤道附近的慢激波和中间激波最终会发展为快激波。     

异常SSC事件的行星际原因分析

磁暴急始(SSC)是强烈太阳风动压或行星际激波与磁层相互作用的结果.通常SSC事件的上升时间在4～10 min,我们把上升时间超过15 min的SSC事件称为异常SSC事件.本文利用地磁SYM-H指数鉴别出了5个有地磁观测历史以来发生的上升时间大于15 min的异常SSC事件,并利用Wind,ACE,IMP 8,Goes,Geotail多点卫星太阳风观测数据和地磁观测数据,分析了异常SSC事件的行星际原因.结果表明,异常SSC事件通常都是强烈行星际扰动引起的,5个异常SSC事件有4个对应于行星际激波,有3个对应于多步太阳风动压跃变,有1个对应于行星际电场大幅度变化;由行星际激波产生的异常SSC事件,其上升时间依赖于行星际激波的方向,方向相对于日地连线越偏,上升时间越长;异常SSC事件上升时间与行星际磁场方向关系不明显.     

Model-independent large-scale magnetohydrodynamic quantities in magnetic clouds

Magnetic clouds are the interplanetary manifestation of coronal mass ejections, which are transient expulsions of major quantities of magnetized plasma, from the Sun toward the heliosphere. The magnetic flux and helicity are two key physical magnitudes to track solar structures from the photosphere-corona to the interplanetary medium. To determine the content of flux and helicity in magnetic clouds, we have to know their 3D structure. However, since spacecrafts register data along a unique direction, several aspects of their global configuration cannot be observed. We present a method to estimate the magnetic flux and the magnetic helicity per unit length in magnetic clouds, directly from in situ magnetic observations, assuming only a cylindrical symmetry for the magnetic field configuration in the observed cross-section of the cloud. We select a set of 20 magnetic clouds observed by the spacecraft Wind and estimate their magnetic flux and their helicity per unit length. We compare the results obtained from our direct method with those obtained under the assumption of a helical linear force-free field. This direct method improves previous estimations of helicity in clouds.     

Magnetospheric and ionospheric manifestations of interplanetary foreshocks

The geometry of a typical interplanetary shock front in the vicinity of the Earth’s orbit predicts that the leading edge of the foreshock region comes into contact with the magnetosphere a few hours ahead of geomagnetic sudden impulses (SI). There is reason to believe that the interaction of the magnetosphere with the foreshock leads to magnetic and ionospheric disturbances, which can be detected by ground-based instruments. We searched for specific precursors of SIs in data from the Scandinavian riometer network and in the short period geomagnetic pulsation data from mid-latitude magnetometers. We found that SIs were preceded by the following three features: (1) an increase in riometric absorption, (2) excitation of Pcl magnetic pulsations and (3) a spectral broadening of the Pc3 magnetic pulsations. Our observations may be useful for the study of acceleration processes in the solar wind. These observations are also of potential forecasting interest.     

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.     

行星际激波导致的磁尾等离子片中ULF波动事件

磁层中的超低频(ULF)波动在太阳风和磁层之间的能量输运过程中具有重要作用.ULF波动主要发生在内磁层,且内磁层中ULF波动影响粒子的加速及沉降,而在夜侧磁层尤其是磁尾等离子片中观测到的ULF波动比较少.基于中国自主磁层探测卫星TC-1的观测数据,发现了两例行星际激波导致的磁尾中心等离子片中ULF波动事件,并发现这两例...     

1994年2月21日行星际激波引起的磁暴

利用Imp-8,Geotail和Goes-6等卫星资料,研究了1994年2月21日0900UT到达地球磁层的行星际激波引起的磁暴期间,从太阳风向磁层传输能量的有关问题.结果指出:（1）南向行星际磁场（IMF）的长持续时间不是太阳风向磁层输能的必要条件.南北振荡的,较强IMF也能产生显著的能量传输;（2）行星际扰动磁场通过弓激波和磁层顶后扰动磁能增加,增幅将近5倍;（3）在磁层内扰动磁场的Bz分量在1×10-4Hz附近显著被吸收.这一低频扰动磁场可能是磁暴期间导致氧离子和质子等环电流粒子向内扩散并被加速的原因之一.