太阳大气中的莫尔顿波与极紫外波

作为空间天气扰动的源头,太阳爆发活动会在太阳大气中产生各种波动现象,这些波动不但传递着大量的能量,也携带了传播路径上磁场和等离子体的信息,因此对于太阳大气中波动现象的研究非常重要.在这些波动现象中,非常引人入胜的大尺度波动现象是太阳大气色球(紧靠太阳表面)中的莫尔顿波和日冕中的极紫外波.莫尔顿波主要表现为Hα线心和蓝翼图像中的增亮波前以及Hα红翼图像中的暗黑波前,速度在500~2000 km/s左右,极紫外波则表现为在极紫外图像中观测到增亮波前,速度从10 km/s到逾2000 km/s.莫尔顿波的产生机制方面的模型相对比较成熟,而极紫外波的产生机制、极紫外波与莫尔顿波之间的关系则一直是有趣而充满争议的话题.本文对莫尔顿波和极紫外波的研究进行综述,详细介绍莫尔顿波的发现、莫尔顿波早期的经典模型以及近年的进展、极紫外波的发现、极紫外波的各种观测特征以及极紫外波的众多理论模型.最后对莫尔顿波和极紫外波的研究进行展望,指出研究这些波动现象的意义.

冕环中扭转Alfvén波和快波的耦合共振

推广完备正交函数系(OFSE)展开方法,应用它研究冕环中无耗散扭转Alfven波和快波耦合的时变过程.采用这种方法,从数学上描述了总体波模的固有角频率,从理论和数值计算结果两方面分析了Alfven波和快波耦合时冕环中磁力线Alfven波固有角频率.采用这种方法,分析了耦合驱动项和Alfven波共振的关系.计算结果给出了耦合共振出现位置Alfven波和快波的波幅特征,发现如果足点驱动角频率不等于冕环总体波模的固有角频率,在耦合共振位置当扭转Alfven波幅出现δ断面时,快波振幅沿径向梯度很大,有时近似为一个间断,非常有利于快波耗散;如果足点驱动角频率等于总有体波模的固有角频率,Alfvn波振幅出现δ断面时在径向出现丰富的小尺度结构,共振位置近似为一个间断,非常有利于Alfven波耗散.

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．

动力学阿尔文波及其在太阳和空间等离子体中的应用(英文)

动力学阿尔文波是短波长的色散阿尔文波,其色散主要是由于垂直波长接近离子回旋半径或电子惯性长度等微观粒子动力学特征尺度而引起的。在频率远低于离子回旋频率的低频条件下,其平行波长通常仍然远大于离子惯性长度,这导致动力学阿尔文波在电磁偏振和传播方向上呈现显著各向异性的重要特性,并因此使其在磁等离子体的粒子能化现象和结构丝化现象中起重要作用。动力学阿尔文波早期于1970年代由Chen和Hasegawa研究聚变等离子体加热问题时首先提出。随后,在1980年代受到空间等离子体、特别是电离层-磁层耦合与极光现象研究的广泛关注。进入1990年代后,由于在空间卫星探测技术和地面等离子体实验技术的不断发展,特别是一些高分辨空间等离子体探测仪器和地面大型等离子体实验设备投入工作以来,在动力学阿尔文波的实验研究上取得了一系列突破性的重要进展。这不仅导致对动力学阿尔文波在磁等离子体动力学现象中重要作用的重新估价和正视,并再次激发了对动力学阿尔文波理论及其在实验室、空间和天体环境下各类等离子体活动现象中应用研究的广泛兴趣。自1990年代中期以来,我们在中国科学院紫金山天文台的研究小组一直致力于动力学阿尔文波及其在太阳和空间等离子体粒子能化现象中应用的研究。这篇综述性报告主要介绍了有关动力学阿尔文波非线性孤波理论及其在空间和太阳等离子体粒子能化现象中应用的研究进展,也是我们这十几年来在这一领域研究工作的一个总结。报告的第0章简要介绍动力学阿尔文波的一些主要特征及其在磁等离子体动力学现象中的重要作用。然后,在第1章中利用等离子体的双流体方程、结合有关的实验观测,系统介绍了动力学阿尔文波的色散、传播、偏振等基本特性和在一维孤波与二维涡旋等非线性结构理论方面的研究进展。接下来的第2、3、4章将聚焦在动力学阿尔文波的耗散机制及其在太阳和空间等离子体粒子能化现象中的应用研究上,分别包括:动力学阿尔文孤波的耗散结构及其在极光高能电子加速现象中的应用(第2章);动力学阿尔文孤波中重离子的各向异性能化机制及其在延伸日冕中少量重离子反常加热现象中的应用(第3章);以及动力学阿尔文波的反常耗散机制及其在日冕磁等离子体结构非均匀加热现象中的应用(第4章)。最后的第5章是一个简要的总结和几点进一步发展的展望。

太阳风的阿尔文波驱动模型和重离子的加热与加速

阿尔文波串级模型最近被推广到多离子成份等离子体，成功地解释了太阳附近重离子的优势加热和加速的观测结果，这为太阳风高速流的波驱动模型注入了新的活力．本文简述阿尔文波驱动模型的发展过程和在解释太阳风重离子的优势加热与加速方面的最新进展，并就该模型存在的某些尚待解决的问题作出评述．

火山喷发对辐射传输影响的研究

本文根据火山灰粒子的辐射光学特性,计算了火山灰粒子和平流层本底的辐射光学参数。另外,采用大气多次散射的辐射传输方程,计算了火山喷发对大气辐射变温的影响效果。结果表明,与平流层本底相比,火山灰粒子具有很强的吸收性。火山喷发使平流层吸收太阳辐射增温,并使到达对流层和地面的太阳辐射减少;同时,对大气长波冷却率的影响甚微。

行星际日冕物质抛射中的磁流体波动观测

日冕物质抛射(CME)是最大尺度的太阳活动现象,灾害性空间天气的主要驱动源.行星际日冕物质抛射(ICME)中的等离子体波动性质与ICME的演化密切相关.由于ICME中的平均磁场较大,其中的Alfven低频扰动研究较少.前人的研究只分析了0.3AU和0.68AU处的个别ICME中的Alfven波动.ICME在1AU处的Alfven波观测较少.本文对第23太阳周1995–2006年期间所有引起大磁暴(Dst100nT)的单个ICME事件进行统计分析,结果表明:(1)大约30%的ICME中长时间存在Alfven波(超过ICME持续时间的30%);(2)约一半的ICME的鞘层中存在快磁声波;(3)所有ICME中都存在短时间段的慢磁声波.这些观测结果为研究CME在行星际传播过程时其中的Alfven波演化机制及其动力学演化提供了观测基础.