磁重联区Alfven波及新生离子的加速

利用二维混合数值模拟研究了有速度驱动、低等离子体β值情况下的磁场重联过程，结果表明磁重联过程可以产生Ａｌｆｖｅｎ波，该Ａｌｆｖｅｎ波动对重联区中的新生离子作用，使得新生离子经历投掷角散射过程，具有球壳分布特征，部分新生离子得到加速，其获得的最大能量约为４（ｍｉＶ２Ａ０／２），此加速过程所需的加速时间在１００／Ωｉ量级，是一个极快的加速机制，加速粒子能谱为双幂律谱．

Alfven波对日冕的随机湍动加热

来自太阳光球层的Alfven波沿着日冕环的拱形磁感线两足向上传播，在冕环的顶部两反向传播的波相遇，强烈的不稳定性可能激发起等离子体湍动．Alfven波的能量可能转移给快磁声波并衰减和耗散，在一定条件下可以形成无碰撞波；当粒子的热速度接近于无碰撞波的相速度时，可以通过朗道阻尼引起的无碰撞随机湍动加热，使日冕等离子体湍动区的温度迅速上升，对日冕平均温度的增加有一定的贡献，是日冕快速加热的重要机制．

有限β等离子体中密度和磁场不均匀驱动的动理学Alfven波

在分析有限β等离子体中的密度、磁场不均匀引起的漂移波不稳定性的基础上,剖析了漂移波不稳定性对动理学Alfven波激发的作用.动理学理论能正确地处理有限拉莫半径效应和波粒共振相互作用,本文根据带电粒子在电磁场中的运动特性,采用Vlasov方程描述离子运动,运用漂移动理学方程对电子运动进行描述.密度不均匀和磁场不均匀对产生漂移不稳定性的对比分析表明:在有限β等离子体中,密度不均匀比磁场不均匀更易激发漂移不稳定性,且密度不均匀激发漂移不稳定性中的能量转换和转移更为强烈.这种能量的转换为动理学Alfven波的激发提供了物理基础.所得数值解表明:动理学Alfven波在磁层中能广泛地被激发产生,特别是在磁层空间的极尖区、磁层顶和等离子体片边界层等具有明显的不均匀性区域中更容易被激发产生.本文的研究结果进一步表明动理学Alfven波对磁层空间中能量传输具有重要作用.

关于动力Alfven波的色散与朗道阻尼

根据完全动力论理论，证明了可由简化漂移动力论方程求得动力Ａｌｆｖｅｎ波色散方程，即横向用磁流体力学方程，纵向用Ｖｌａｓｏｖ方程，在初级近似下由此推导出适合于日冕和太阳风的色散关系和Ｌａｎｄａｕ阻尼，得到在性质上与ＭＨＤ Ａｌｆｖｅｎ波完全不同的动力Ａｌｆｖｅｎ波，太阳风中Ａｌｆｖｅｎ湍流很容易由动力Ａｌｆｖｅｎ波演化而来。提出由动力Ａｌｆｒｅｎ波构筑太阳风高速流模型将更符合观测结果。

Alfven波在低纬IAR中的传播研究

电离层Alfven谐振器(IAR)形成于电离层与Alfven速度极大值处之间的区域。从等离子体双流体力学方程出发,结合IRI2001模型与MSIS-E-90模型模拟了Alfven波在低纬地区IAR中的传播,得到其传播及耦合特性。根据不同时间的背景参数研究了影响IAR形成的条件,结果表明夜间电离层更适于IAR的形成,其结果与实验观测结果相吻合。

太阳风中的Alfven波耗散与电子和质子温度分布问题

根据动力论Alfven波耗散机制，详细计算了动力论Alfven波衰减的能量分配给质子和电子的比率．初步解释了高速太阳风中质子温度比电子温度高的事实，定性说明了r＜10Rs时电子快速冷却的原因．

高频Alfven波供能的日冕及太阳风模型

空间探测的最新结果表明，太阳大气中广泛存在小尺度喷发事件，这些事件被认为是由新浮现磁通量导致的小尺度磁重联的表现．小尺度磁重联同时会产生高频Alfven波．本文给出了建立在上述思想基础上的描述日冕加热及太阳风加速的时变二元流体模型的一组数值解，显示解的时间演化、收敛特性及守恒特性．在对由过渡区发出的高频Alfven波频谱的适当假设下，数值解能够解释日冕及太阳风等多方面的观测结果，包括日冕加热，极冕洞密度径向变化，太阳风近日冕底部加速，及在03AU观测到的高速流特征．

Alfven波在微电离大气中的衰减特性研究

利用简单的偶极子地磁场模型以及大气电子密度和电导率模式,分析地面产生的磁扰动以Alfven波的模式传播到近地空间区域.这种地面的磁扰动可能干扰近地空间卫星对空间磁扰动的观测.通过对地面磁扰动Alfven波模式1000 km高度内的衰减情况进行模拟,认为在近地空间采用地磁偶极子模型是合理的.由于衰减随扰动频率的增大而急剧增强,分析还得到了近地卫星能够探测到地面磁扰动的最大频率.计算结果表明,Alfven波的衰减主要集中在高度50km以下,这个区域内的大气电导率极其微弱,使Alfven波的传播受到极大衰减.0.4Hz以下的Alfven波沿磁力线传播到1000 km高度后衰减结为原来扰动幅度的千分之一,因此频率在0.4 Hz以下的Alfven波可能会干扰低轨卫星探测磁场脉动.

非线性动力Alfven波的演化

本文讨论了非线性动力Alfven波在1＞＞β＞＞me／mi条件下形成孤子解的限制条件，表明只有亚Alfven速度才能形成压缩型孤子．由动力Alfven波孤子和湍流产生的极大纵向电子速度不会超过本底电子热速度，但由此产生的纵向电场在小尺度范围可以很强，这可能对太阳风的能量传输与粒子加速产生一定影响．

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．

KT-5B托卡马克等离子体中剪切Alfven波的激发特性

本文报道最近在KT-5B托卡马克装置上进行Alfven波激发特性研究的实验结果。结果表明:Alfven波存在比较宽的激发区域,耦合强度随等离子体电流、纵向磁场的上升而增强。观测到温度阈值效应,并初步得到表面静电波的实验证据。

带有平行电场的Alfven激波样结构──极光粒子加速机制

动力Alfven波在色散和反常耗散作用下，非线性演化成类似激波样的结构．它携带的平行电场为极光粒子加速提供了新机制．Wieja卫星观测到相似的孤立Alfven结构．

动力Alfven波加热日冕和加速太阳风的耗散长度

动力Alfven波高频分支在冕洞中沿磁场方向传播时, 其Landau阻尼可以给出可观的加热效果. 从理论上计算出波能通量的耗散形式和耗散长度, 与经验模型给出的耗散长度一致, 从而给出经验模型中耗散长度的理论根据.

太阳风中Alfven湍流的起源

由动力Alfven波沿磁场方向传播的扰动非线性方程 ,用量纲分析法导出太阳风中Alfven湍流谱 .太阳风中观测到的湍流谱恰是由方程得到谱的特例 .我们提出太阳风中Alfven湍流是一支反向串级的湍流 ,正向串级的一支湍流已经用于日冕而耗散掉 .理论上提出这支反向的Alfven湍流产生机制是由于动力Alfven波的非线性色散造成的调制不稳定性驱动的 .

Alfvén波在任意流场、磁场位形中的传播

本文研究具有任意偏振和非单色的Alfvén波,在任意流场、磁场位形且有粘、热各向异性等离子体流介质中的传播.采用WKB近似可以获得它的波幅矢量的张量表达式,它是介质密度、速度、磁场、Alfvén波速、热各向异性和粘性的函数.文中对简单情形进行了讨论,结果表明:本文结果是对普遍情形的一种简明的综合和概括,便于研究三维传播问题.

太阳风中Alfven脉动耗散

本文从动力论Ａｌｆｖｅｎ 波理论出发， 导出太阳风中的Ａｌｆｖｅｎ 脉动的耗散长度理论由太阳向外传播的Ａｌｆｖｅｎ 脉动存在Ｌａｎｄａｕ 衰减和脉动串级数值计算表明， 该理论能够解释Ｂａｖａｓｓａｎｏ〔３〕等人描述的Ａｌｆｖｅｎ 脉动耗散长度与频率的关系；

多层太阳大气模式中Alfvén波的传播

将实际的太阳大气划分为多个等温层次，导出了均匀倾斜磁场下线性Ａｌｆｖéｎ波通过任意多等温层的能量透射率．结果表明，两等温层模式与三等温层模式的结果存在本质的区别．在两等温层中，温度的跃变式增高对Ａｌｆｖéｎ波起着高通滤波的作用；而三等温层中在高频端Ａｌｆｖéｎ波的透射率显示为振荡形态．对实际大气温度模式的计算结果表明，太阳低层大气更适合于周期为数秒的Ａｌｆｖéｎ波的能量传输．

子午面内Alfvén波的传播特征

本文使用由ＷＫＢ近似得到的Ａｌｆｖｅｎ波传播的张量表达式，具体计算和讨论了一种太阳子午面内含盔形－电流片磁位形的流场中Ａｌｆｖｅｎ波的传播特征，主要结果是：（１）Ａｌｆｖｅｎ波磁场起伏随日心距离的增加而衰减，其中极开区的衰减远快于赤道区，但随着距离的增大，这种纬度关系将迅速变弱，以致在较远空间，磁起伏相差很小，衰减很慢；（２）Ａｌｆｖｅｎ波的相对磁场起伏ｂ／Ｂ随着距离的增加而迅速增大，在几个太阳半径之后变化不再明显，达到所谓的＂饱和＂；在大日心距离的盔形电流片附近，Ａｌｆｖｅｎ波将成为重要的磁场组成部分；（３）Ａｌｆｖｅｎ波速度起伏纬度关系较为明显，相对速度起伏。ｕ／Ｕ随着距离增大而衰减，电流片区衰减得较快，但这种纬度差别将变弱．与黄道面内Ａｌｆｖｅｎ波传播特征的具体比较表明，磁场涨落的变化特征与背景场位形存在着十分密切的关系，但速度涨落与背景场没有这种明显关系．

2007年3月3日长时间持续Pc5 ULF波的多点联合观测分析

2007年3月3日位于磁层昏侧THEMIS的5颗卫星、同步轨道晨侧和午前的GOES 3颗卫星和地面地磁台站同时观测到了持续近4h的Pc5ULF波.我们用交叉小波相关分析计算脉动的传播速度,用MVA分析求解脉动的传播方向,然后结合两者的计算结果获得了Pc5相速度矢量信息.THEMIS卫星观测到Pc5具有压缩特性,且向阳传播,速度约在6～20km/s左右,相比于磁层中阿尔芬速度(1000km/s)较低.这些Pc5ULF波动可能产生于磁尾或磁层内部不稳定性.GOES 3颗卫星观测到不同情况的Pc5ULF波,极向模占主要成分,且具有波包结构,具有阿尔芬驻波特性,可能产生于K-H(Kelvin-Helmholtz)不稳定性.地面台站观测到ULF波扰动幅度随纬度升高而增强,Pc5脉动在地理纬度60°附近达到最大值,Dumont durville台站观测到的脉动与THEMIS观测到波形有很好的相似性.

磁控条件下激波冲击三角形气柱过程的数值研究

本文基于磁流体动力学方程组,在保证磁场散度为零的条件下,采用CTU+CT (corner transport upwind+constrained transport)算法,对有无磁场控制下激波与重质或轻质三角形气柱相互作用过程进行数值研究.结果表明:无论有无磁场,两气柱在激波冲击-下均具有完全不同的波系结构和射流现象.其中,入射激波与重气柱发生常规折射,形成介质射流,而与轻气柱作用则发生非常规折射,形成反相空气射流.无磁场时,气柱在激波冲击下,产生Richtmyer-Meshkov和Kelvin-Helmholtz不稳定性,界面出现次级涡序列,重气柱上下角卷起形成主涡对,轻气柱空气射流穿过下游界面后形成偶极子涡.施加横向磁场后,次级涡序列、主涡对以及偶极子涡均消失.进一步研究表明,在磁场作用下,洛伦兹力将不稳定性诱导产生的涡量向界面两侧的Alfven波上输运,减少界面涡量沉积,抑制界面卷起失稳.最终,涡量沿界面两侧形成相互远离的涡层,界面不稳定性得到控制.此外,定量分析表明磁场能加快两气柱上游界面的运动,抑制下游界面的运动,且对轻气柱的控制效果更好.