离子非线性极化漂移对动力学Alfvén孤波特性的影响

考虑离子极化漂移中非线性项对动力学Alfven孤波特性的影响，采用双流体模型研究磁化等离子体中低频动力学Alfven稀疏型孤波的特性，所得的结果表明，两种类型的动力学Alfven稀疏型孤波在磁层中大范围内均存在（参数β约为10^-6,0,1,β为等离子体的热压之磁压之比，即β＝20μ0nT/B0^2)，它们或以超Alfven速或以亚Alfven速传播。同时发现在β值较小（10^-6-10^-4)时，离子极化漂移非线性项对动力学Alfven孤波特性有较大的影响，不可忽略，而在较大值时（β－0．1），此修正作用不大，由于动力学Alfven孤波允许平行电场存在，故它对等离子体中带电粒子的加速和能化起重要作用。同时也对离子的横向加速有一定的作用，它使一种新的能量转换机制成为可能。     

对流层顶变化对上对流层/下平流层臭氧分布的影响

上对流层和下平流层(UT／LS)，位于8-25km高度之间，是大气中一个很特殊的区域．大部分的臭氧分布在下平流层，在下平流层臭氧的含量发生一个很小的变化，就会对气候和地面的紫外辐射产生很大的影响．而作为气象参数的对流层顶，是充分混合、缺乏臭氧的上对流层和层结稳定、臭氧丰富的下平流层之间的边界或过渡层，其变化对臭氧总量和分布有直接和明显的影响．本文使用二维模式模拟研究对流层顶变化对臭氧在UT／LS分布的影响．模拟结果表明对流层顶的季节变化对UT/LS的臭氧分布有明显的影响，臭氧的局地变化可以超过10％在冬季北半球中纬度对流层顶高度升高1km时，模式结果表明对臭氧分布的影响比较显著，局地变化可超过6％，但是对臭氧总量的影响较小，变化不超过5DU，小于观测资料统计分析的结果。     

太阳风——磁层相互作用的磁流体力学数值模拟研究

磁层位于地球空间的最外层, 太阳风与磁层的相互作用是空间天气变化因果链中承上启下的关键环节, 是揭示地球空间天气基本规律的关键科学课题. 地球空间由于时变、多成分、多自由度的关联相互作用,使得传统的理论分析变得非常困难. 数值模拟作为近几十年发展起来的一个新的研究手段,对地球空间的理论和应用研究产生了深刻的影响. 国际上磁层的全球MHD数值模拟工作开始于20世纪70年代末, 最初的研究局限于二维空间. 由于磁层内在的三维特性, 20世纪80年代三维MHD数值模拟工作兴起. 本文简要说明了三维全球磁层MHD (磁流体力学)研究的特点及现状, 给出了三维全球磁层模型的基本框架, 综述了行星际激波与磁层相互作用、大尺度电流体系、重联电压和越极电位、磁层顶K-H不稳定性等方面的太阳风--磁层相互作用的MHD数值模拟的研究进展.      

有剪切速度的Sweet-Parker薄电流片在非线性阶段的不稳定性研究

以Harris Sheet作为初始条件, 使用数值模拟的方法, 研究了二级磁岛不稳定重联的一些性质. 在模拟中随着初始扰动的加入, Harris Sheet将演化到非线性阶段, 形成更薄的有剪切速度的电流片, 并伴有一级磁岛产生. 当Lundquist数大于或等于105时, 非均匀剪切速度的Sweet-Parker电流片开始不稳定, 并有二级磁岛出现. 不稳定Sweet-Parker电流片对应的临界长宽比为65. Lundquist数越大, 演化形成的Sweet-Parker电流片越薄, 更多的二级磁岛将出现, 且沿电流片两边向外喷出, 随时间变大, 相互合并. 二级磁岛的出现使重联率增大, 并与Lundquist数之间不再满足S-1/2的关系, 而似乎对它的依赖关系不明显.      

太阳表面水平运动驱动的磁圈与开放磁场重联的模拟研究

太阳大气的诸多观测事件(如耀斑、喷流等)均被归因于磁重联产生的能量转换. 近年来, 关于太阳风起源, 有研究提出了磁重联使闭合磁圈开放为太阳风供应物质的新模式. 在该模式中, 闭合磁圈被光球超米粒组织对流携带, 向超米粒边界运动, 与位于边界的开放磁场相碰撞进而发生磁重联. 该模式中磁重联的驱动及其效应是本文的研究目标. 磁流体力学(MHD)数值模拟是研究太阳大气磁重联物理过程的重要途径. 本文建立了一个二维MHD数值模型, 结合太阳大气温度和密度的分层分布, 在超米粒组织尺度上模拟了水平流动驱动的闭合磁圈与开放磁场的重联过程. 通过对模拟结果的定量分析, 认为磁重联确实能够将闭合磁圈的物质释放, 进而供应给新的开放磁结构并产生向上流动. 该结果为进一步模拟研究太阳风初始外流奠定了基础.      

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.      

星载全球大气波动成像仪研究

在卫星上对中间层顶区域的气辉辐射成像观测, 对于全球大气波动的监测和研究具有重要的意义. 利用TDICCD对O₂A (0-0)气辉进行成像观测, 计算了曝光积分时间、信噪比和能达到的最高空间分辨率, 分析了地球自转对空间分辨率的影响, 在此基础上提出一种星载全球大气波动成像仪方案, 该方案可以观测垂直波长大于10km的大气波动, 最高水平分辨率可以达到0.33km.      

2.5维自适应磁场重联MHD模式

磁雷诺数(R_m)是影响磁场重联的重要因素. 真实的物理环境中R_m往往很高, 例如, 在行星际空间和太阳日冕中R_m通常大于104量级. 高R_m条件下的磁重联表现出很多异常特性, 然而高R_m条件下的磁场重联数值模拟需要很高的时空分辨率, 否则很难分辨出重联过程中形成的薄电流片. 本文基于自适应软件包PARAMESH将并行自适应网格技术引入磁场重联数值模拟, 建立了一个2.5维自适应磁场重联MHD模式, 研究高磁雷诺数条件下重联的动态演化过程, 进而将不同磁雷诺数的参数进行对比研究. 结果表明, 该模式可以自动捕捉到磁场重联产生的奇性电流片, 高磁雷诺数条件下产生的慢激波结构可提供一种快速磁能释放机制.      

中国科学家揭示太空三维磁重联的几何结构

2007年6月24日，国际权威科学刊物Nature Physics网络版提前发表了中国科学院国家天文台肖池阶副研究员等合作完成的三维磁重联完整几何结构的卫星观测研究成果，并称这一工作朝着（太空）天体等离子体中的三维磁重联的完整图像更前进了一步。欧洲航天局的官方网站把这一成果作为头条新闻发布，称这是由中国科学家领导的国际团队得到的一个先驱性发现，是继2006年首次发现自然界中存在磁场零点后的又一重要发现。     

MMS星座对磁层顶磁通量绳内离子惯性尺度结构的观测

利用MMS观测数据,对磁层顶通量绳内离子惯性尺度（d_i）的结构进行分析研究.结果发现,许多不同尺度（约1d_i至数十d_i）的通量绳内都存在具有d_i尺度的电流 j _m,其方向在磁层顶局地坐标系的-M方向,即与磁层顶查普曼-费拉罗电流同向,由电子在+M方向的运动（ v _em）携带.这些电流结构具有以下特征:磁鞘与磁层成分混合,磁场为开放形态;离子去磁化,电子与磁场冻结;N方向（即垂直于磁层顶电流片方向）的电场 E _n显著增大,幅度达到约20mV·m-1,并伴有明显的尖峰状起伏,该增强和尖峰状起伏的电场对应于霍尔电场.分析表明,电流、电子与离子运动的偏离以及霍尔电场之间遵从广义欧姆定律,三者密切关联.进一步对磁层顶磁重联的探测数据进行分析发现,在很多重联区内也存在与通量绳内相似的结构,其尺度约为d_i量级,其中霍尔电场 E _N、电流 j _M和电子速度 v _eM均与通量绳内对应物理量的方向相同且幅度相近.基于上述观测事实,采用经典FTE通量绳模型,对通量绳内电流、电子运动和霍尔电场的起源进行了初步探讨,认为其来源于磁层顶无碰撞磁重联区内的相应结构,并且后者在离子尺度通量绳的形成过程中起到重要作用.