基于T96模型的极尖区位形变化特性研究

基于T96模型,定义了极尖区的位形以及相关的描述参量(例如赤道向边界磁纬的最小值,纬向宽度,子午向和晨昏向的张角,倾斜度,扁平度,中心磁地方时等),讨论了太阳风动压(P_d)、行星际磁场(IMF)及磁暴强度对极尖区位形的影响.太阳风动压和磁暴强度越大,则极尖区的赤道向边界磁纬越小,纬向宽度越大,子午向和晨昏向的张角越大,倾斜度越大,扁平度越小;南向IMF B_z越强,则极尖区的赤道向边界磁纬越小,纬向宽度越小,子午向的张角越小,晨昏向的张角越大,倾斜度越大,扁平度越大;北向IMF B_z与南向IMF B_z的情况刚好相反;极尖区的中心磁地方时受IMF B_y控制,IMF B_y为正时,极尖区向昏侧移动,而IMF B_y为负时,极尖区则向晨侧移动,并且极尖区的中心磁地方时与IMF B_y之间有着良好的线性关系.将所得结果与前人的观测结果进行了简单比较,发现利用T96模型确定的极尖区位形与观测基本一致.

地球磁层极尖区场向电子事件期间能量特性研究

根据Cluster卫星2001年9月30日在北半球极尖区观测到的一次强扰动场向电子事件数据,分析研究了这次事件期间场向电子的能量特性,讨论了场向电子对太阳风能量向磁层的传输和磁层-电离层耦合过程中能量传输的作用.分析认为,这次电子扰动事件期间电子速度和密度都具有很强的扰动变化,电子速度增加是一个主要特点.本次事件中低能段5~200 eV和500~1500 eV内的能谱分析结果表明,上行电子通量大于下行电子通量,上行电子主要来源于电离层,说明电离层上行电子在本次事件中具有非常活跃的作用.根据电离层中带电粒子的能量特征分析结果可知,这次事件中电离层起源的上行电子在上行过程中得到了加速.关于加速机制问题还有待深入研究.

磁暴期间极尖区场向电子事件研究

根据Cluster卫星在中高度极尖区的观测数据,分析研究了两次连续磁暴期间极尖区场向电子事件的持续时间以及与Dst值和Dst时间变化率之间的关系.结果表明,磁暴期间场向电子事件的持续时间的范围为6~54 s,大多数场向事件的持续时间小于34 s;极尖区场向电子事件的最大密度和最大场向通量与Dst值没有明显的相关关系;而随着Dst变化率的增加,场向电子最大密度和最大通量也随之增加,场向电子最大密度与Dst变化率之间的相关系数为0.81,场向电子最大通量与Dst变化率之间的相关系数为0.56,下行电子最大通量与Dst变化率之间的相关系数为0.85.经讨论认为行星际磁场持续南向、太阳风速度和动压的急剧增加是引起场向电子通量增加的主要原因.

行星际磁场对极尖区位形变化的统计研究

利用Cluster卫星数据,选取2001—2010年期间的616个极尖区穿越事件,研究了行星际磁场(IMF)的大小和方向对极尖区位形的影响.结果表明:当B_z为北向时,随着B_x负向的增大,极尖区的磁不变纬度向高纬方向(极区)移动;当B_z为南向时,随着B_x负向增大,极尖区的磁不变纬度略微向低纬度方向(赤道)移动.B_x正向增大时,极尖区并没有明显移动.B_x对极尖区影响在南半球较为显著,在北半球没有明显规律性变化.此外,随着行星际磁场锥角的增大(>90°),极尖区也随之向高纬移动.当B_z南向时,随着B_y的负向增大,极尖区在北半球向晨侧移动,在南半球向昏侧移动.而当B_z南向增加时,南北半球两个极尖区的磁不变纬度都朝赤道方向移动;但北向B_z时几乎没有移动.

高密度极尖区的形成原因

极尖区是太阳风进入磁层的一个重要窗口,极尖区密度是反映这一物理过程的重要参量,通常情况下极尖区密度约为1~10 cm-3,但有时卫星会观测到密度大于40 cm-3的极尖区,本文称之为高密度极尖区.我们分析了Cluster卫星2001—2009年的观测数据,在470个极尖区穿越中找到28个高密度极尖区穿越事件并进行了统计研究,分析了高密度极尖区事件的形成原因,进而讨论了太阳风高效地进入极尖区的外部条件.结果表明:距正午的距离(|MLT-12|)较小,太阳风的密度高,低纬有磁层顶磁重联发生以及正偶极倾角都是观测到高密度极尖区事件的有利条件,并且当同时满足上述4个条件时,高密度极尖区事件发生率为100%;而低纬磁层顶磁重联以及大的正偶极倾角被认为是太阳风高效地进入极尖区的重要条件.这些研究结果有助于我们更进一步地理解太阳风进入极尖区的物理机制.

非线性磁声波和动力Alfven波的稀疏孤子解及其在低极尖区的应用

详细研究非线性磁声波和动力Ａｌｆｖｅｎ波稀疏型孤子解的性质，发现激发的电磁场在方向和形态上有明显区别，并和低极尖区Ｆｒｅｊａ卫星观测资料作比较，说明低频波密度下凹型事件更可能是非线性动力Ａｌｆｖｅｎ波所引起．

低高度极尖区位形的经验模式

地球极尖区是太阳风等离子体进入内磁层和电离层的一个重要“窗口”,但其总体结构长期以来尚未确定.2008年3月8日两个连续亚暴期间,太阳风的整体变化范围较大,基于全球三维数值模拟我们建立了一个由行星际磁场(interplanetary magnetic field,IMF)B_(Y)、B_(Z)控制的低高度(1.1个地球半径高度)极尖区的预报模式.该模式由椭圆函数构造而成,拟合函数由极尖区位置和宽度控制并取决于IMF B_(Y)和B_(Z).极尖区地磁纬度(geomagnetic latitude,MLAT)随着向北IMF B_(Z)的增加而增加,随着向南IMF B_(Z)的增加而明显降低.当B_(Y)=0时,磁地方时(magnetic local time,MLT)接近12,当IMF为东向(西向)时,极尖区中心将位于北半球下午(上午)侧.MLAT宽度随IMF B_(Z)从北转南而减小,MLT宽度随IMF B_(Z)从北转南而增大.通过与DMSP卫星观测结果的比较分析,验证了该模型的有效性.基于低高度极尖区预报模式,将进一步建立极尖区三维预报模式,这将有助于空间天气预报.

在低极尖区磁声波孤子模型(英文)

A referactive soliton solution of magnetosonic wave is obtained in the small pitch angle between wave propagation and magnetic field. It can be used to explain simultaneously a milliseconds cavity in the plasma density, and a coexistent spike in the perpendicular electric field, which was observed by Freja satellite in the region of low altitude aurora.

IMF Bz多次快速反向期间极尖区的Cluster观测

2003年2月12日,ACE卫星观测到IMFBz分量的4次快速反向：从稳定的北向（Bz～9nT）快速转为稳定的南向（Bz～-8nT）;在持续南向约34min后Bz再次转为稳定北向（Bz－5nT）；约22min后，ACE卫星观测到南向的IMF；IMF保持南向约46min后第二次转回稳定的北向（Bz－6nT）．

极尖区电离层离子与地磁活动及太阳风的相关分析

对2001～2003年间Cluster星簇穿越极尖区期间观测到的电离层起源的离子(O+离子,He+离子和H+离子)特性进行了统计分析,主要研究了这些离子的数密度与地磁活动以及太阳风动压之间的关系.结果表明:O+离子数密度和地磁活动指数Kp之间存在着正相关关系,He+离子数密度和地磁活动指数Kp不相关,O+离子和He+离子数密度都和太阳风动压之间存在着显著的正相关关系;H+离子数密度与太阳风动压之间存在着正相关关系,而和地磁活动指数Kp不相关.最后,对这些离子的特性与太阳风动压及地磁活动之间的关系进行了讨论.

不同高度处极尖区位置对地磁偶极倾角的依赖程度

由于太阳风与地球磁层相互作用以及地磁偶极倾角的存在,地球磁层极尖区的位置在不断变化.这种变化不仅与太阳风参数的扰动变化有关,而且与地磁偶极轴运动状态有关.关于极尖区位置对地磁偶极倾角的依赖程度问题,

极区电离层对IMF Bz4次快速转向的响应--EISCAT／ESR雷达观测

利用EISCAT VHF和EISCAT Svalbard(ESR)雷达观测数据,对2003年2月12日IMF B_z分量4次快速方向转换期间,极区电离层,尤其是极尖/极隙区的响应特征进行了分析研究.随着IMF B_z方向的多次快速变化,地面雷达观测到极尖/极隙区所在位置随着开放闭合磁力线边界在纬度方向上来回移动.在此期间,极区电离层等离子体水平对流多次反向,表现出与IMF B_z分量强的负相关性.进一步分析表明:极区磁层-电离层系统在日侧对IMF极性变化的平均响应时间约为3 min.

FREJA卫星观测到的低混杂小尖峰和密度空穴的关系

从FREJA卫星近期观测发现，地球低极尖区等离子体密度的衰减有多种可能的机制，不同机制所形成的密度空穴都可能捕获低混杂频率附近的湍动波，进而使原有的密度空穴加深．由于同时检测到静电和电磁的低混杂小尖峰，故提出电磁低混杂湍动的电场分量被密度空穴所捕获．