近地磁尾方位角流期间的场向电流增强

以往研究表明,地向高速流在近地磁尾可演化为方位角流,电离层内的方位角流和极光膨胀活动发生时,通过磁力线追踪到近地磁尾等离子体片的对应部分通常为地向和方位角高速流.通过对2016-2018年THEMIS卫星计划中THA,THD,THE三颗卫星同时观测到的数据进行分析、甄别后,在筛选出的62个事件中挑选一个典型的方位角流事件,与过去单颗卫星在不同时间段内的观测数据统计平均给出的结果进行对比分析发现,三颗卫星同时观测到的数据与过去单颗卫星在不同时间段内观测数据的统计平均结果存在较大差异.通过比较此事件期间等离子体流在xy平面的流场图发现,场向电流的大小与三颗卫星同时观测到的流场剪切度有较好的相关性.研究结果表明,方位角流期间近地磁尾和电离层通过场向电流耦合时,场向电流并不是在一个较宽的磁地方时内均匀分布,而是在一个局域化区域及较短的时间内产生强场向电流,这可能是由于方位角流在xy平面内的强剪切而造成的.

近地磁尾方位角流能量转换过程

高速流是磁尾等离子体片中质量、能量和磁通量最重要的输运形式.高速流在地向运动到近地磁尾后流速会降低,主导方向也经常转为晨昏方向.在等离子体流速及其主导分量、密度和温度等宏观参数变化的过程中,可能伴随有不同类型的能量转换.为此,我们分析近地磁尾方位角流事件期间的能量转换过程.基于整体流速的主导分量为晨昏向,及事件期间的平均温度比其前后增强的选取原则,从2008-2020年期间THEMIS中的三颗卫星(THA,THD,THE)运行在磁尾时的观测数据中,共筛选出821个平均温度比其前/后(事件之前或事件之后10 min)升高的方位角流事件.2011年5月16日的方位角流事例研究发现:能量超过1 keV尤其是超过10 keV的高能离子通量增加,可导致低速低温等离子体的密度、温度和流速增加;磁场减小及磁场功率谱密度的分析表明等离子体和磁能的转换发生在频率为0.01~0.334 Hz的低频波动,仅1%能量耗散.统计给出方位角流事件的平均温度约为3.7 keV,比其前后增加的幅度大部分集中在100~1000 eV.事件期间的平均数密度可能升高或者降低,二者概率大致相当.约96%的平均温度和密度同时大于其前后的方位角流事件,当地等离子体通量管熵也皆大于事件的前后值;电磁能流密度增大,34%的事件期间电磁能流密度主要沿着背景磁力线方向,可影响电离层内方位角方向上的极光膨胀过程.我们的研究结果表明温度和密度同时增加的方位角流事件等离子体宏观参数变化可能暗含磁层-电离层能量耦合过程,有助于理解极光椭圆带赤道向边界的局部增亮现象和磁尾等离子体片中的磁通量.