环电流区能量离子分布特性研究

为了考察环电流区离子的分布情况,采用环电流粒子理论模式,对环电流中10-100keV的离子进行了模拟研究．这个模式能够根据近地注入区外边界处离子的分布函数得出磁暴主相期间环电流中的主要成分H+, O+,He+3种离子的通量分布．计算结果分析表明,在其他条件相同的情况下,不同种类离子的通量分布的形态结构十分相似．电场强度对环电流离子通量的空间分布具有决定性的作用;晨昏电场强度越强,离子的通量越高;晨昏电场越强,环电流离子的内边界越接近地球． 10keV的离子在电场相当弱的时候还是存在着连续的通量分布,但他们的形态和结构随着电场的变化有明显的变化．电场很弱时,离子分布主要集中于内外两个环带, 离子通量在晨侧的更多一些,离子通量的最大值基本上是在比较靠近地球的环带上;随着电场的增强,离子分布的内外两个环带逐步合并,离子的分布逐渐靠近地球,通量分布的最大值也移动到了昏侧．环电流离子投掷角分布具有各向异性,投掷角在90°左右的时候,离子通量能达到最大值．

磁层相对论电子通量变化与磁暴/亚暴的关系

本文分析了1AU处的行星际磁场、太阳风速度、Kp指数、Dst和AE的变化关系,以及它们和地球同步轨道附近相对论电子通量的变化关系.分析说明,当行星际磁场Bz分量出现南向扰动和太阳风速度增大超过500km/s时,地球磁层中常常发生磁暴/亚暴活动.在磁暴主相期间,相对论电子(能量E≥1MeV)通量下降;而在磁暴恢复相期间,相对论电子通量恢复上升.但是,只有在伴随有高强度(AE≥500nT)的持续性亚暴活动的磁暴恢复相期间,相对论电子的通量才能增长到超过暴前通量值,且能量低于300keV的亚暴电子的通量越高,相对论电子的通量越高,反之则越低.亚暴注入电子数的多少很大程度上决定了磁暴恢复相期间相对论电子数的多少,这说明亚暴活动注入能量低于300keV的亚暴电子是磁层相对论电子的一个重要来源.

一个基于观测的太阳风背景模型

建立由太阳光球磁场和日冕偏振亮度等观测约束的单流体太阳风模型,包括日冕和太阳风的等离子体密度、速度和磁场,温度还有待于以后处理．这里采用高山观测台(HAO)MKIII的日冕偏振亮度(pB)在 1．36 R_s上的观测概图,根据Guhathakurta在1996年发展的日冕电子密度反演模型确定日冕的电子密度分布．同时采用Wilcox太阳观测台(WSO)的光球磁场视向分量的观测概图作为底部边界,根据Zhao等在1994年发展的水平电流一电流片(HCCS)模型得到全球磁场． Phillips在1995年及McComas在2003 年分别用Ulysses第一次和第二次跨极飞行的观测发现,归一化到1 AU的太阳风动量流密度除了在10°- 30°的纬度范围内略低以外几乎不变．根据这一结论,结合已经得到的密度数据,就可以得到日冕和太阳风的速度．将上面的模型应用于1918卡林顿自转周稳态太阳风的研究,结果与太阳活动极小期的观测基本相符, 但是与观测相比较低速高密度区偏大,因此密度模型还有待改进．

重力波非线性传播过程中的饱和与破碎

采用水平方向的显式算法与垂直方向的隐式算法相结合的时间分裂法,建立了二维可压缩大气中重力波非线性传播的数值模式．用本模式对小振幅重力波传播过程的模拟结果与线性重力波理论预测的结果吻合很好,从而验证了本模式的正确性．我们用此模式模拟了有限振幅重力波在非线性传播过程中的饱和与破碎,结果表明, (1)翻转出现在饱和之前,但向破碎演化仍需要一段时间,由于非线性波-波和波-流相互作用使得非线性数值模拟的饱和高度(出现时间)高(早)于线性饱和理论预测的结果; (2)重力波在不稳定之前已经有能量向背景场中转移,破碎直接导致非线性波-波相互作用,造成能量向小尺度短波上转移; (3)背景风场的加速方向,形成射流的方向与重力波的水平传播方向一致,表明重力波与背景流的非线性相互作用加剧了背景风剪切和不稳定性的发展．

2000年和2001年52°N地区OI_(5577)气辉强度与原子氧浓度峰值的时间变化特征

分析了2000年和2001年期间52°N地区OI5577气辉强度的夜间变化特征和季节变化特征．利用由 OI5577气辉强度反演原子氧浓度峰值的方法反演出原子氧浓度的峰值,分析了峰值的夜间变化特征和季节变化特征．结果表明, OI5577气辉强度的夜间变化特征随季节变化, 2000年春季的夜间强度最大值出现在0000LT 之后,夏季和秋季的出现在0000LT之前,冬季的出现在0000LT,2001年春季和秋季的夜间强度最大值出现在0000LT之前,夏季和冬季的出现在0000LT;OI5577气辉强度在2000年2月份,8月份和10月份出现最大值,在2001年9月份有最大值．就主要特征而言,反演出的原子氧浓度峰值的夜间变化特征和季节变化特征分别与OI5577气辉强度的一致．

极区中层顶区域重力波谱的季节变化

使用MAP/WINE和MAC/SINE两次试验中测量的25m高分辨率水平速度数据和1km低分辨率温度数据,研究极区中层顶区域重力波谱的季节变化.温度的直接测量使计算的谱振幅和Richardson数更接近真实大气.结果显示,极区中层顶区域水平速度垂直波数谱的斜率和振幅存在相当大的变率,这些大的观测变率用各种饱和模式及普适垂直波数谱不能解释.然而平均垂直波数谱显示了明显的季节变化,在夏季,平均谱具有饱和特性;在冬季,平均谱具有非饱和特性.这意味着饱和过程存在于夏季而不是冬季.因此,夏季比冬季应有更强的湍流.这个结果与湍流季节变化的观测大致一致.从Brunt-Vaisala频率N和水平风切变计算的Richardson数Ri剖面也显示出季节差异,Ri<1/4的动力不稳定区出现在夏季,而Ri>0.4的稳定区出现在冬季.这些不稳定区与夏季谱结合很好,而稳定区则与冬季谱结合很好.

三维太阳风结构的Ulysses观测和MHD模拟的比较研究

Ulysses从1994年9月到1995年6月第一次对日跨极飞行期间,发现除赤道附近±20°的区域为300～450km/s的低速太阳风以外,其余为中高速太阳风,而在±40°以上为700～870km/s的高速太阳风,而且低速太阳风与高速太阳风之间的过渡面很陡本文用三维磁流体力学(MHD)数值模型对Ulysses在太阳活动极小期观测到的太阳风大尺度结构进行了模拟这一模型将计算区域分为1～22Rs和18Rs～1 AU两部分,并将具有总交差减小(TVD)特性的Lax-Friedrich格式和MaccormackⅡ型格式结合起来.我们根据太阳光球磁场的视向分量观测确定初始磁场,并在MHD方程组中加入体积加热项,进行三维MHD模拟数值结果再现了上述观测到的大尺度太阳风结构的主要特征,与Ulysses观测基本相符这一工作说明初始磁场以及体积加热可能控制着高低速太阳风的分布。