赤道电集流扰动变化的多源性

用１９７９年和１９８５－１９８８年印度３站地磁Ｚ分量资料分析了赤道电集流的扰动变化。按磁层－电离层耦合的程度和发展阶段，得到了４类扰日△Ｚ平均日变化的不同形态，并对此作了谐波分析和相关分析。各类扰日中，电动耦合直接穿透及后继的屏蔽效应和动力耦合包括电离层扰动发电机效应的相对重要性各不相同。有关结果还用中纬地磁指数的变化进行了印证。     

磁层-电离层-热层耦合的模式计算和分析

对磁层-电离层电动耦合和电离层发电机两种效应进行了模式计算,并对所得的一些耦合现象作了综合讨论.结果表明,在中低纬和赤道区的电离层和地磁研究中必须考虑磁层-电离层耦合效应向中低纬区的穿透和屏蔽;潮汐发电机效应对极光区（电导率增高时）的作用也值得重视.这两效应的特征和相对重要性随磁暴的发展阶段而异,在高低纬区也各不相同,但都有明显的晨昏不对称性.此外,弱磁扰对中低纬电离层形态的影响也不容忽视.     

中低纬度电离层大尺度电流体系空间结构的稳定性

本文在Hibberd方法的基础上提出了一种分离变化磁场几种主要成分的方法,使用这种方法可以定量地给出每天S_q型变化、D_st变化和其他不规则变化。用东亚地磁台链资料进行了检验,结果表明:中低纬度电离层S_q型电流体系的空间结构相当稳定,即使在磁暴期间,该电流体系的结构也无十分明显的变化;磁扰期间复杂的地磁变化主要来自磁层环电流、场向电流和高纬度电离层电流:S_q逐日变化主要表现在幅度上,这反映了电离层发电机电流体系具有较稳定的空间结构和逐日变化的强度。     

对流电场、场向电流和极光区电集流变化的地磁响应

对流电场、场向电流和极光区电集流是磁层一电离层耦合的主要物理过程．它们的演化发展时间分别为几分钟至半小时的量级．本文用１００°Ｅ和３００°Ｅ的两个地磁经度链附近各１１个台站的１ｍｉｎ均值地磁Ｈ和Ｚ分量资料,分析了１９９４年４月１６-１７日磁暴期间磁层耦合过程对极光区和中低纬区电离层扰动的地磁特征．强磁暴开始时,台站所处的地方时位置不同,则观测到的电离层和地磁响应也完全不同．这是磁层对流和一、二区场向电流共同作用的结果．一般说,扰时极光区的西向电集流变化更为强烈．随着耦合的发展,极光区范围会向南北扩展,电集流中心带则向低纬侧移动．在中低纬区,二区场向电流的建立能屏蔽一区场向电流所产生的扰动,并引起反向的电流及地磁变化．由此,中低纬区夜间有可能出现短时间的东向电场,又可通过ＥＸＢ的垂直向上漂移作用抬升Ｆ层等离子体,并发生同一经度链附近的多站电离层ｈ＇Ｆ同时突增现象．另一方面,磁赤道附近的台站则更多地受内磁层赤道环电流和电离层赤道电集流的影响．     

高纬电离层特性的实例研究

本文利用EISCAT雷达资料讨论磁层-电离层耦合的高纬电离层效应。研究表明,即使在夏季极昼情况下,磁扰期间的磁层过程对高纬电离层形态的影响也远大于太阳紫外辐射的作用。高能粒子沉降使电离层E层的电子密度大大增加;而磁层对流速度变大会使F层内电离复合加强。因而,磁扰时经常出现n_e（E层）>_e（F层）的情况。此现象不仅与宁静时完全相反,而且与中低纬电离层形态变化也有很大差别。     

中低纬度电离层对太阳风状态的响应

本文讨论了行星际磁场B₂分量变化时内磁层和中低纬度电离层的响应.指出B₂变化引起的磁层大尺度对流电场的变化在一定条件下有可能透入内磁层,并沿磁力线映射到中低纬度电离层,在那里产生电场和电流体系,从而使S_q电流体系发生畸变,并在地面磁场中反映出来.数值计算表明,当△B₂<0时,S_q电流体系的焦点向东和向高纬移动,地面磁场会观测到数伽马的变化.这就为中低纬地磁观测诊断磁层和太阳风状态提供了一种可能性.此外,本文还用上述物理过程解释了赤道地区一些高空物理现象,如B₂倒转时电离层漂移速度的变化,赤道磁场异常以及赤道q型偶现E层的消失等等.     

S_q发电机电流的逐日变化和S_q指数

用中国地磁台站的资料,研究了S_q逐日变化的形态学特征,用理论模型计算了磁层环电流、部分环电流、场向电流、磁尾电流、Chapman-Ferraro电流的地磁效应.在消除了这些磁层电流体系的影响之后,得到了电离层潮汐风发电机电流产生的磁场S_q变化.对1973年的资料研究表明,S_q发电机电流的逐日变化主要表现在强度上,即使在磁扰期间,也可以分离出形态稳定的S_q变化.由此提出了一种新的地磁指数——S_q指数,用来描述S_q发电机电流强度的逐日变化.     

Sq发电机电流的逐日变化和Sq指数

用中国地磁台站的资料,研究了S_q逐日变化的形态学特征,用理论模型计算了磁层环电流、部分环电流、场向电流、磁尾电流、Chapman-Ferraro电流的地磁效应.在消除了这些磁层电流体系的影响之后,得到了电离层潮汐风发电机电流产生的磁场S_q变化.对1973年的资料研究表明,S_q发电机电流的逐日变化主要表现在强度上,即使在磁扰期间,也可以分离出形态稳定的S_q变化.由此提出了一种新的地磁指数--S_q指数,用来描述S_q发电机电流强度的逐日变化.     

1990年3月21日磁暴期间的电离层响应

利用美、欧、日等国非相干散射雷达观测的离子速度,高纬地磁站链1 min分辨率H分量及多站地面电离层垂测h'F等多种资料,对高低纬电离层的磁层耦合响应进行事例分析.除常规地磁资料外,极光区两雷达站对F层离子速度的测量是考察高纬电离层对流的很有效手段.本次中强磁暴期间赤道环电流指数Dst的最小值为-136 nT,但其最大的离子速度却超过2500 m/s,双对流圈的西旋则约为30°.从此次事件中极光区两雷达站离子速度的连续观测,得出了物理上合理的电离层对流形态,此图象得到地磁站链记录的有力支持.本事例的中低纬电离层响应再次确认了磁层扰动从高纬向中低纬穿透的事实.此外,Arecibo非相干散射雷达站资料又进一步证明:在同一经度链附近,磁暴期夜间电离层垂测h'F的多站突增现象是东向扰动电场从高纬穿透到中低纬,再通过E×H垂直向上的等离子漂移,使F层底部上升的结果.本文用高、低纬台站的多种观测资料较好地分析了该典型电离层物理现象.     

关于暴时电离层电流分布的南北半球不对称性

采用国际上广泛认可的高层大气和电离层经验模式提供的各种参数, 通过电离层电流连续方程, 计算出强磁暴条件下6月至日和12月至日内, 磁纬±72°和磁地方时00:00～24:00之间电离层电场、电流等的分布. 计算中考虑了地磁和地理坐标间的偏离; 除中性风场感生的发电机效应外, 还包含了磁层耦合(极盖区边界的晨昏电场和二区场向电流)的驱动外源. 结果表明, 6月至日时, 磁层扰动自极光区向中低纬的穿透情况在南、北半球内基本接近, 北半球内略强; 但12月至日时, 呈现明显的不对称性, 南半球的电流穿透远强于北半球, 而电场的穿透则是在北半球更强. 无论南北半球, 在中高纬地区, 午夜至黎明时段出现较强的东向电场分量, 其[WTHX]E×B[WTBZ]的向上漂移效应, 正是解释我们以往不少研究现象中所期盼的物理机制.     

内磁层电流体系的地磁效应

对Ⅱ区场向电流及其伴随的部分环电流和电离层电流组成的内磁层三维电流体系（PRFI电流系）的磁场效应进行了数值计算.这一三维电流体系在中低纬度地面产生的磁场呈现出特殊的纬度分布:X分量几乎不随纬度变化,Y分量随纬度增高近似呈线性变化.这些特征明显不同于对称环电流的磁场分布特征（X∝ cosφ,φ是纬度,Y=0）,也不同于DP2、S_q、L等电流体系的磁场分布特征.利用这一特征我们可以从地磁台子午链观测到的磁场扰动中分离出PRFI电流系的贡献.用1989年3月磁暴的实例检验了上述模型,观测结果与理论结果符合得很好.分析结果还表明,最大的D_st指数并不一定对应着最强的对称环电流.     

A new time-dependent ionosphere–magnetosphere coupling model: Comparison of field-aligned currents against ST5 observations

By using Tsyganenko's model for the magnetosphere's magnetic field, which links two hemispheres of the ionosphere, and adopting a practical boundary condition for the electric potential around the polar cap, we developed a new ionosphere–magnetosphere coupling model based on prairie view dynamo code (PVDC). The new model takes the variations in solar wind and interplanetary magnetic field, as well as the geomagnetic activity, into account. Rather than the previous version of PVDC that is useful only for quiet conditions, the new model enables to calculate the electric potential and currents in the ionosphere and the field-aligned current (FAC) off the ionosphere in quiet and disturbed times. Comparison of the calculated FAC with the measurements of Space Technology 5 (ST5) mission shows a good agreement.     

磁层源赤道电集流效应的地方时变化和地区影响

本文用亚洲、非洲7个低纬地磁台资料研究磁层大尺度扰动引起的赤道电集流效应,并与模式计算结果进行比较。在分析的1982年21个事件中,D_st持续下降均在5h以上,其间至少有一个小时的环电流能量增长指数及R<-25nT/h。分析中只用了各事件的-1h,0h和1h之ΔZ。ΔZ=Z-（?）_q,（?）_q是相应月份5个国际磁静日内该小时Z_q之均值。取R指数负值最大时为0h。对分布于不同经度的3个台站的21个事件ΔZ按地方时平均,与模式计算的赤道电集流随地方时的变化进行了对比;又比较了7个台站3小时序列的变化类型和模式所得之电集流演化形态,结果均有较好吻合。仅非洲一站出现了某种特殊性。这表明除磁层扰动效应外,地理和地质因素也起一定作用,其具体影响及有关机制尚待进一步考察。     

中国地磁场北向强度的太阳周期效应

本文根据1961-1971年我国五个地磁台北向强度的资料,采用长期变化二次项的残差ΔX,讨论了我国境内太阳活动周期的地磁效应。结果表明,各台ΔX的变化与太阳黑子数平均为11年周期有关,其相关系数平均为-0.77;ΔX的变幅随纬度的增高而有所     

极隙区场向电流对高纬电离层电场和电流体系的影响

用Ｋａｍｉｄｅ－Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ方法，在行星际磁场具有较小的北向分量，且｜Ｂｙ｜＞＞｜Ｂｋ｜时，对磁语和磁扰状态以及Ｂｒ＞０和Ｂｙ＜０等不同情况，分别计算了场向电流引起的电离层电势、电场和电流体系．结果表明，极隙区场向电流的存在使高纬向日面区域的电势发生畸变，当Ｂｙ＞０时，无论是磁扰还是磁静日，极隙区电场具有显著的北向分量；等离子体对流有较大的西向分量；电离层电流为东向电流．当Ｂｙ＜０时，电场和等离子体对流的方向与Ｂｙ＞０时相反；电离层电流在磁抗日有西向分量，但在磁静日没有西向分量．电导率对电场和电流体系的影响十分明显，磁扰极光带电导率增强使电流涡从背阳面向向阳而漂移，与静日相比，磁扰时极隙区场向电流引起的电场畸变更为明显，但电场和电流强度的大小却基本保持不变．     

亚洲MAGSAT卫星磁异常图

使用２０多万个ＭＡＧＳＡＴ卫星磁测数据，编绘亚洲卫星标量（△Ｆ）和矢量（△Ｘ，△ｙ，△Ｚ）磁异常图（２０°ｓ－６０°Ｎ，５０°Ｅ－１６０°Ｅ）．为了提取岩石层卫星磁异常，首先对ＭＡＧＳＡＴ卫星数据进行了筛选，然后进行主磁场、磁层场、电离层场和感应场改正，并消除虚假测点．将卫星数据分成黎明组、黄昏组和联合组，分别绘制相应的卫星磁异常图．根据１°×１°的网点值，用计算机编绘亚洲卫星磁异常图．初步分析了卫星磁异常与大地构造的关系．     

欧洲及其邻区MAGSAT卫星磁异常冠谐模型

通过对欧洲及其邻近地区 MAGSAT 卫星黎明资料进行了处理,得到1°×1°卫星磁异常网格值。本文使用冠谐分析方法,计算该地区卫星矢量磁异常（ΔX,ΔY,ΔZ）冠谐模型。球冠极点位于33°N和26°E,球冠半角为40°.冠谐模型的截断指数为18。根据卫星磁异常冠谐模型和地磁场球谐模型 DGRF1980,计算卫星总强度磁异常（ΔF）的冠谐一球谐模型。根据卫星磁异常的理论模型,计算并绘制不同高度（300,400,500km）的理论卫星磁异常图。对冠谐模型和大磁异常进行了分析和讨论。     

Minimal joule dissipation models of magnetospheric convection

This paper gives a topical review of theoretical models of magnetospheric convection based on the concept of minimal Joule dissipation. A two-dimensional slab model of the ionosphere featuring an enhanced conductivity auroral oval is used to compute high-latitude electric fields and currents. Mathematical methods used in the modeling include Fourier analysis, fast Fourier transforms, and variational calculus. Also, conformal transformations are introduced in the analysis, which enable the auroral oval to be represented as a nonconcentric, crescent-shaped figure. Convection patterns appropriate to geomagnetic quiet and disturbed conditions are computed, the differentiating variable being the relative amount of power dissipated in the magnetospheric ring current. When ring current dissipation is small, the convection electric field is restricted to high latitudes (shielding regime), and when it is large, a significant penetration of the field to low latitudes occurs, accompanied by an increase in the ratio of the region 1 current to the region 2 current.     

Accelerated ions observed in the plasma sheet boundary layer: Beams or streams?

We present an analysis of two crossings of the plasma sheet boundary layer (PSBL) in Earth’s magnetotail by a quartet of Cluster satellites, accomplished both in the absolutely quiet geomagnetic interval and in the restoration period between two substorms. It is found that in the quiet period, field-aligned electric currents were not observed in the PSBL, in spite of presence in this region of high-velocity ions moving toward Earth along the magnetic field lines at velocities of ∼1400 km/s. This means that in the given event, ions and electrons moved together; i.e., high-velocity ions were a part of the accelerated plasma flow. In the disturbed period, the Cluster satellites detected a system of two oppositely directed field-aligned currents, which can be associated with the presence of the X line rather close to the Earth. Owing to multipoint Cluster observations, we managed to estimate the spatial size of a current structure (along the normal to the PSBL surface), which was equal, for a current flowing toward Earth along the high-latitude PSBL boundary, to about 1600 km, which is comparable with the value of the inertial radius of ions. This agrees with the scenario of spatial separation of charges and formation of the Hall system of currents in the magnetic reconnection region. The duration of observation of the given current structure was ∼12 min., which points to the quasi-steady-state character of reconnection.