三维试验粒子轨道法在磁层粒子全球输运中的应用

根据磁层粒子动力学理论,通过偶极磁场模型,验证利用三维试验粒子轨道方法模拟近地球区(r<8R_e)带电粒子运动特征的可靠性.在此基础上,以太阳风和磁层相互作用的全球MHD模拟结果为背景,利用三维试验粒子轨道方法,对非磁暴期间南向行星际磁场背景下太阳风离子注入磁层的情形进行数值模拟,并对北向行星际磁场背景下太阳风离子注入极尖区以及内磁层的几种不同情形进行了单粒子模拟.模拟结果反映了南向和北向行星际磁场离子向磁层的几种典型输入过程,揭示出行星际磁场南向时太阳风粒子在磁层内密度分布的晨昏不对称性以及其在磁鞘和磁层内的大致分布,并得出统计规律.模拟结果与理论预测和观测结论相一致,且通过数值模拟发现,行星际磁场北向时靠近极尖区附近形成的非典型磁镜结构对于能量粒子经由极尖区注入环电流区域过程有重要的影响和作用.

冷而密的等离子体片及其对磁尾等离子体片分布特性的影响

地球磁尾等离子体片在太阳风-磁层耦合过程中起着重要的作用,其中冷而密的等离子体片是地磁活动平静期太阳风等离子体进入磁层的重要区域.以往的研究通常没有利用局地探测数据针对冷而密的等离子体片发生率在地心太阳磁层坐标系(GSM)中xy平面分布的统计分析.本文利用GEOTAIL卫星1996-2016年的局地测量数据,给出了等离子体片密度、温度及冷而密的等离子体片发生率的二维分布.与温度具有晨昏对称分布不同,等离子体片数密度呈现明显的晨昏不对称性,并且冷而密的等离子体片发生率在晨侧较高.

基于Cluster观测对地球磁尾电流片磁场分布的初步统计分析

利用Cluster在2001～2005年期间每年6～11月4s精度的磁场数据对磁尾电流片的磁场分布特性进行了统计分析.结果表明,电流片中心处磁场及其Bz分量的强度在磁尾午夜区通常较弱,而在磁层晨、昏两侧处普遍较强,这表明午夜区的电流片较薄,而在晨、昏两侧的电流片较厚.在晨昏两侧处,电流片拍动剧烈,尤以晨侧最甚,而午夜区的电流片拍动最弱.在磁地方时21:00～01:00范围内,负Bz及扁平电流片出现的几率较大,磁重联或电流中断等活动比较容易发生.磁尾电流片中By分量和磁力线倾斜角的频次分布都近似满足正态分布,扁平电流片的出现几率约是标准电流片的1/3;而磁场强度Bmin和Bz分量则主要分布在1～10nT范围内.电流片中By分量的强度近似为1AU处行星际磁场By分量的两倍,二者的相关系数以扁平电流片尤其高,这表明电流片中By的大小和符号易受行星际By等外部因素的影响.