地球磁层中粒子投掷角扩散特性

研究了地球磁层中粒子投掷角扩散过程,分析了强扩散、弱扩散和一般扩散等特性.计算结果表明,在强扩散过程中,粒子填满整个损失锤区域;而对于弱扩散过程,损失锤区域粒子数很少.此结果可解释带电粒子在地球磁暴时,由于投掷角扩散而向大气层发生沉降的观测现象.

H^(+)频段EMIC波对辐射带相对论电子的投掷角扩散系数的多维建模

电磁离子回旋波(Electromagnetic ion cyclotron waves,简称EMIC波)在地球辐射带电子动力学过程中扮演着非常重要的角色.通过波粒相互作用,EMIC波能有效地散射相对论电子,造成辐射带相对论电子快速沉降损失从而影响相对论电子通量演化.因此在地球辐射带动力学建模中,快速准确地获取EMIC波对相对论电子的散射效应信息非常必要.利用基于准线性理论的Full Diffusion Code(FDC),本文主要研究了辐射带H^(+)频段EMIC波对相对论电子的散射效应,并定量计算了EMIC波对相对论电子的弹跳平均投掷角扩散系数.为了方便快速地进行辐射带多维度建模,我们建立了L=1.5~7,α^(*)=3~30范围内的扩散系数矩阵库.文中展示了L分别为3、4和5时α^(*)为3~30时H^(+)频段EMIC波三种不同传播角模型的弹跳平均投掷角扩散系数,其随不同输入参数的变化特征与前人结果基本一致.基于所建立的弹跳平均投掷角扩散系数矩阵库,我们使用线性插值方法计算得到了L为3.25、4.35、5.55时在等离子体层顶内外的弹跳平均投掷角扩散系数.通过计算比较FDC和线性插值两种方法得到的扩散系数的相对误差,我们进一步验证了线性插值方法对于快速获取扩散系数的可行性和准确性.我们的结果表明,扩散系数的多维矩阵构建和线性插值获取能有效提高辐射带动力学建模的效率,对地球辐射带动理学快速建模和空间天气预报有着重要意义.

甚低频台站信号对地球内辐射带和槽区能量电子的散射效应分析

人工地面甚低频台站发射的10-30 kHz信号主要在地球-低电离层波导传播,部分能量会泄露进入内磁层,进而会影响近地空间中高能电子的动态变化过程.本文详细研究了NWC,NAA和DHO38三个人工甚低频台站信号对内辐射带和槽区高能电子的散射作用.基于准线性理论,分别计算了三个甚低频台站信号单独和共同作用时对高能电子的弹跳平均投掷角扩散系数,并进一步利用Fokker-Planck扩散方程模拟内辐射带及槽区的高能电子在200 d内的动态演化过程.结果表明,在低L-shell(L≤1.8),NWC台站信号对电子的损失占主导作用,可以使能量在100 keV附近、投掷角小于60°的电子出现明显损失;在较高的L-shell(2.2≤L≤2.7),主要是NAA和DHO38台站信号占主导作用,可以使能量小于20 keV、投掷角小于70°的电子通量显著下降;三个甚低频台站信号对高投掷角(>80°)的电子均无显著影响.

超光速电磁波的传播特性及与高能粒子相互作用研究的新进展

超光速(相速度大于光速)电磁波是广泛存在于空间等离子中的高频电磁波,总结了超光速电磁波的产生机制——回旋微波激射不稳定性,介绍了超光速波在地球磁层中的传播特性,分析了其从高纬极光源区传播到低纬区域的基本原因:磁暴时由于等离子层顶压缩,超光速波传播时不会遇上反射,从而能向下传播。重点介绍了超光速波产生的地球辐射带区域高能电子的随机加速与投掷角扩散过程。发现超光速波能量扩散过程一般大于投掷角扩散过程,在合适的条件下超光速波对高投掷角的高能电子主要起随机加速作用,而对低投掷角的高能电子主要起投掷角扩散作用。这些最新进展有助于进一步了解超光速电磁波的激发与传播特性,以及地球辐射带高能电子的动力学行为。