地球等离子体层顶与地磁活动的关系研究

本文利用IMAGE卫星EUV相机观测的等离子体层图像,并采用最小L算法反演磁赤道面等离子体层顶位置.文中选取了2000—2002年间的3579幅等离子体层图像,并反演得到了时间间隔为1h的等离子体层顶位置数据库,包含48899个等离子体层顶位置数据.利用该数据库统计研究了等离子体层顶位形随地磁活动的变化特性.统计发现等离子体层顶高度依赖地磁活动,与地磁指数Kp、Dst和AE均呈负相关,且等离子体层顶随地磁指数的变化趋势具有显著的MLT分布特性;亚暴活动对等离子体层顶演化的贡献在不同地磁活动期间有所不同,磁暴期间亚暴活动的贡献小,而地磁平静期亚暴的贡献大.本文研究工作为后续建立等离子体层顶模型和了解等离子体层顶的动态结构提供了重要研究基础.

地磁扰动期间等离子体层顶结构的模拟研究

本文选取2001年6月8—10日的一个亚暴事件,模拟了在这期间等离子体层的结构演化过程.选取Weimer(2001模式)电场和Tsyganenko(1996模式)磁场作为背景电磁场,基于E×B的漂移运动计算磁赤道面内的带电粒子分布,模拟磁扰期间的等离子体层变化.模拟了等离子体层顶的结构和形状,结果有羽状、肩状和通道状结构,与同一时间点的EUV/IMAGE探测结果一致.

基于VAP卫星的等离子体层顶电子密度波动统计分析

基于范艾伦辐射带探测卫星的观测数据(2012年9月至2015年11月),收集了584个等离子体层顶密度波动事件,研究了这些事件分布随磁地方时、磁壳值以及地磁活动的变化关系,并使用快速傅里叶变换分析了全部事件平均功率谱.统计结果表明,等离子体层顶密度波动事件主要发生在磁地方时黄昏扇区,其分布与磁地方时和地磁活动具有明显的相关性.等离子体层顶密度波动在1~100mHz区间内具有接近-5/3的功率谱斜率,表明存在二维磁流体动力学湍流.本文统计结果将有助于进一步深入理解等离子体层顶密度波动在内磁层中能量传输的具体作用,并且将促进对等离子体层顶波动的激发、增强与传播过程的进一步研究.

基于LANL卫星的等离子体层顶位置模型改进

本文利用RBSP-A卫星在强磁暴和中等磁暴条件下测得的电子密度数据,对Goldstein等人在2019年构造的等离子体层顶位置动态解析模型进行了误差检验.发现在日侧区域,特别是羽状区的模型计算结果与观测数据存在较大误差,平均误差达到32.31%.为了改进模型的误差情况,我们利用LANL卫星数据对1998年到2006年间的14次中等磁暴情况下,日侧羽状区的等离子体层顶位置进行了统计.结果表明,随着磁暴时期(-12 h≤T epoch≤4 h)的变化,羽状区在接近磁暴峰值时会产生西漂,而在峰值之后迅速收缩并东漂.针对这种现象,我们分4个时段,对这一时期的模型进行了修改.改进后的模型在羽状区的平均误差从27.34%下降到20.2%,准确度提高了26%,得到的模型计算结果更符合卫星观测值.

基于THEMIS卫星数据的等离子体层顶位置模型

利用2010～2011年的THEMIS卫星观测的卫星电位数据反演电子密度,并用来确定等离子层顶的位置,研究其与地磁指数的关系。利用观测数据得到了一个THEMIS卫星等离子体层顶位置数据库。利用该数据库建立了新的等离子体层顶位置的磁地方时经验模型,并比较了其与现有的四个等离子体层顶位置经验模型的优劣。发现新建立的等离子体层顶位置模型明显优于其余四个经验模型。在模型的三种输入参数中,Kp指数和Dst指数模型的预测效果相当,并明显优于AE指数的模型,这说明磁层的大尺度对流强度是影响等离子体层顶位置最主要的因素。