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...     

Ion dynamics associated with Alfven wave in the near-Earth magnetotail: Two-dimensional global hybrid simulation

Ion dynamics in the near-Earth magnetotail region is examined during periods of fast Earthward flow with a two-dimensional (2-D) global-scale hybrid simulation. The simulation shows that shear Alfven waves are generated at x ∼ −10R_E, where the strong earthward flow is arrested by the dipole field, and propagate along field lines from the equator to both southern and northern polar ionosphere. Non-gyrotropic ion velocity distributions occur where the large-amplitude Alfven waves are dominant. The simulation indicates that the Alfven waves are generated by interaction of the fast earthward flow with the stationary near-Earth plasma. Beam ions are found to be pitch-angle scattered and trapped in the wave field, leading to the non-gyrotropic ion distributions in the high-latitude plasma sheet boundary. In addition, significant particle heating and acceleration are found to occur behind the dipolarization front due to the effect of wave turbulence.     

相对论性离子束（环束）流引起的电磁不稳定性

在相对论性框架下,研究了冷离子流产生的右旋共振模,非共振模电磁不稳定性的特征结果表明,非共振模不稳定性增长率受离子流初始参数影响较大,而右旋共振模的增长率则受离子流初始参数影响较小。此结果可应用于太阳高能离子流通过低日冕区和地球磁层辐射带俘获的高能质子情形。     

参量激励过程中三波耦合的一般色散关系(Ⅰ)最容易激励参量不稳定性的频率和波矢条件

讨论了在各向同性的均匀无耗电离层背景下激励参量不稳定性的三波耦合过程.首先从波的非线性耦合理论出发,分析入射电磁波和多个等离子体本征波模间的耦合情况;然后得到了无耗情况下参量激励过程满足的色散关系,在激励等离子体波的临界情况下表现为两种频率和波矢匹配条件,进而从理论上证明最容易激励参量不稳定性的条件是耦合生成电子Langmuir波和离子声波.     

A 2-D comparison of ionospheric convection derived from SuperDARN and DMSP measurements

Ion drift vectors measured by the DMSP satellites are compared with plasma convection vectors obtained by the SuperDARN HF radars through the standard Map Potential algorithm of Ruohoniemi and Baker [Ruohoniemi, M., Baker, K.B. Large-scale imaging of high-latitude convection with super dual auroral radar network HF radar observations. J. Geophys. Res. 103, 20797–20811, 1998]. Despite significant data spread, the agreement can be qualified as reasonable for a data set comprising of 149 satellite passes over the Northern Hemisphere at high latitudes. The slope of the best-fit line relating SuperDARN and DMSP velocity magnitudes is of the order of 0.3 with a tendency for the SuperDARN velocities to be smaller. The agreement between the azimuths of the ion drift and convection is better with the slope of the best-fit line being close to 1. It is shown that consistency between the radar and satellite measurements is much better if the SuperDARN line-of-sight velocities are compared with the DMSP cross-track ion drifts for events showing slow spatial and temporal variations of the convection. If areas of strong convection changes are included into comparison, the degree of agreement deteriorates drastically. This result implies that differences in the spatial and temporal resolutions of DMSP and SuperDARN measurements are crucial factors contributing to the observed discrepancies. In addition, some differences are introduced when the SuperDARN line-of-sight velocities are filtered and reprocessed into vectors with the application of a background convection model.     

等离子体密度对栅极系统束流影响分析

针对现有离子推力器栅极系统束流引出分析中未考虑放电室等离子体密度均匀性影响的不足,基于数值方法对该问题进行了研究。采用单元内粒子 （Particle In Cell,PIC） 方法对栅极系统束流引出进行了数值模拟。PIC方法中电场求解采用有限差分方法,离子加速方法采用跳蛙格式。以国产20cm Xe离子推力器作为算例,计算得到了栅极中心和边缘孔引出束流离子和电场的分布。结果显示栅极中心孔相对边缘孔束流聚焦性好,束流发散角小,但中心孔轴线的鞍点电势较边缘孔高24.8V。因此,放电室等离子体密度分布对束流引出具有重要影响,电子返流现象最先出现在栅极中心位置。     

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     

冲击响应谱控制的研究

冲击响应谱模拟比规定冲击脉冲来模拟更接近实际冲击环境.采用迭代算法,用指数衰减正弦函数组合出具有规定的冲击响应谱的瞬态冲击加速度波形,其末加速度,末速度和末位移为零满足实际振动台的需要.探讨了瞬态冲击加速度波形实时控制中传递函数的估算和修正方法,以及驱动数据块的大小对控制精度的影响并给出了解决方法.     

柱形等离子体电离阻抗测量与分析

表面波等离子体的研究由于实验数据的大量积累而得到快速发展.结合传输线阻抗匹配原理,设计实验对柱形表面波等离子体电离阻抗进行测量;参照金属辐射体中辐射阻抗与损耗阻抗的求解方法,在简化条件下理论计算柱形等离子体的电离阻抗,并与实验数据进行分析比对.研究表明,表面波激发柱形等离子体的电离阻抗对等离子体源产生效率的分析及等离子体参数的诊断有着重要作用.这种新型等离子体源的研究具有非常重要的意义.     

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。     

准平行无碰撞激波上游能量粒子的观测研究

通过Cluster卫星在2005年3月16日观测到的一个准平行激波观测事例,研究了准平行激波上游低频等离子体波动与能量离子之间的关系.卫星观测结果表明,在准平行激波上游,离子微分能通量受到了非线性波动的调制.在磁场强度较小区域,离子微分能通量较高.产生这种现象的可能原因是准平行激波上游的非线性波动可以捕获离子,被捕获的离子在波动中来回弹跳并被电场加速,从而导致磁场强度较小区域离子微分能通量较高.这一观测结果与已有的混合模拟结果相吻合.     

磁尾静电离子束流-密度漂移不稳定性的数值研究

本文研究了磁尾等离子体片边界层宽频带静电噪声的产生机制.模型等离子体由暖的背景电子、暖的向地球方向的离子束流和较冷的向尾方向的离子束流组成.结果表明,静电离子束流-密度漂移不稳定性可以在比较宽的频率范围内激发,在低频区大传播角方向上增长率最大,在高频区小传播角方向上增长率也比较大。最大增长率的方向取决于离子束流和密度漂移的速度比值.这些结果与磁尾观测到的宽频带静电噪声特征符合一致.     

Reconstruction of topside density profile by using the topside sounder model profiler and digisonde data

To improve the accuracy of the real time topside electron density profiles given by the Digisonde software a new model-assisted technique is used. This technique uses the Topside Sounder Model (TSM), which provides the plasma scale height (H_s), O⁺–H⁺ transition height (H_T), and their ratio Rt = H_s/H_T, derived from topside sounder data of Alouette and ISIS satellites. The Topside Sounder Model Profiler (TSMP) incorporates TSM and uses the model quantities as anchor points in construction of topside density (Ne) profiles. For any particular location, TSMP calculates topside Ne profiles by specifying the values of foF2 and hmF2. In the present version, TSMP takes the F2 peak characteristics – foF2, hmF2, and the scale height at hmF2 – from the Digisonde measurements. The paper shows results for the Digisonde stations Athens and Juliusruh. It is found that the topside scale height used in Digisonde reconstruction is less than that extracted from topside sounder profiles. Rough comparison of their bulk distributions showed that they differ by an average factor of 1.25 for locations of Athens and Juliusruh. When the Digisonde scale heights are adjusted by this factor, the reconstructed topside profiles are close to those provided by TSM. Compared with CHAMP reconstruction profiles in two cases, TSMP/Digisonde profiles show lower density between 400 and 2000 km.     

3点逐步r型自适应网格算法

为了根据某个流场参数梯度较合理地分布网格同时又不增加网格点的数量,提出一种基以总变差为基础的r型3点逐步自适应网格算法,通过3点逐步调整网格点的位置以减小网格线的扭曲,生成质量较好的计算网格.以绕二维圆柱和三维双椭球的超声速流动为算例,用Euler方程模拟,以流场的压力总变差来进行自适应,通过分别用所提出的自适应方法生成的自适应网格与用原始网格计算所得的流场结果对比,计算结果表明,用自适应网格计算所得的激波比用初始网格计算所得的激波薄,采用自适应方法所计算出的流场数值解具有更高的分辨率.      

具有不同等离子体β值的Hall MHD重联中的低频波研究

数值研究具有不同等离子体β值(等离子体热压与磁压之比)的Hall MHD重联过程.对于β值在0.5≤β≤6.5的算例,稳态重联率(6)A/(6)t|st为0.15≥(6)A/(6)t|st≥0.095.本文研究β值在上述范围内的Hall MHD重联中的波动.通过快速傅里叶变换(FFT),将平面外磁场By分量和xz平面内的速度分量vx,vz位于给定点的时间序列转换为功率谱.结果表明,By,vx,vz功率谱的频率范围为Ωci＜ω＜8Ωci,其中Ωci为离子回旋频率.随着β值增大,功率谱峰值能量降低,并且朝着低频端移动.对于电场E采用最小方差分析法(MVA)可以确定波的传播方向k,波矢k与局地磁场B之间的夹角α随β值增大而增大.对于β值最大的算例3(β=6.5),α＜28°.上述结果表明,k准平行于B.为了研究波的偏振特征,在垂直于k的平面内画出E的矢端图.三个算例的矢端图均表明,波动具有右旋偏振特征,在算例1(β=0.5)中矢端图为右旋椭圆偏振,而在算例2(β=2.5)和算例3(β=6.5)中矢端图变成复杂的右旋偏振图形,这些均为哨声波的典型特征.本文的研究为快速磁重联与哨声波之间提供了一种可能的联系.     

气动谐振管加热机理数值研究

放置在高速喷流中的半开口气动谐振管在一定的条件下会出现加热现象.针对这一现象,利用数值计算方法计算了一维非定常非线性Euler方程组,采用MacCormark格式,对不同管口条件下谐振管内的振荡过程进行了数值研究.研究发现,当管口压力变化频率处在谐振管的线性谐振频率附近时,管内形成的激波以及激波的反射增强导致了谐振管端壁区域明显的加热效果.对不同的驱动气体和不同的谐振管型式(圆柱形和圆锥形)的数值研究也给出了有价值的结论.研究结果与实验事实或现象是相吻合的.      

模拟可压缩流的高分辨率有限元法

采用经典的Galerkin方法对N-S方程进行空间离散,再以该半离散格式作为基本格式,参照Kuzmin的思想加入耗散与反耗散项,使所构造的格式具有局部极值不增(LED,Local Extremum Diminishing)性质.对上述半离散格式进行时间离散后所导出的稀疏线性代数方程组,采用了GMRES(Generalized Minimal Residual)迭代法进行求解.为验证所建立的格式及相应的程序,给出了激波管问题和绕圆柱与双椭球超声速流动问题的数值模拟结果.      

气动谐振管内压力振荡数值计算

为了研究气动谐振管内的加热现象,采用二维轴对称Euler方程组和显式MacCormack格式对谐振管内的非定常振荡流场进行了数值模拟.针对不同压力的驱动气体进行了计算,得到了谐振管底端压力振荡时间历程以及谐振管内其它气动参数的变化规律,确认了谐振管内的压力振荡是由于激波和膨胀波交替进出谐振管引起的,而且与驱动气体的压力相关.计算所得的谐振管底端压力振荡曲线与实验结果相一致,表明了所采用的数值方法对分析谐振管内的振荡流动过程是适用的.