行星际电流片与激波特性的东西不对称性

采用日球赤道面二维二分量MHD模型，研究行星际电流片对1AU附近激波的密度比、气压比、动压差和磁场强度比沿激波阵面分布特性的影响.结果表明，只有当扰动源靠近电流片时，这一影响才比较显著，且对电流片东侧扰动源形成的激波的影响较强.当扰动源位于电流片东(西)侧时，激波动力学参数峰值位置相对扰动源法向东(西)偏，磁场比峰值位置西偏的程度减弱(增强).电流片的上述影响与它对激波最快传播方向的偏转效应密切相关，而磁场强度比峰值总是西偏，则主要取决于行星际磁场的螺旋结构.     

地球弓激波及其与行星际激波相互作用

给定地球轨道附近的行星际条件和地球弓激波的几何位形,本文分析向阳侧弓激波强度参数沿激波阵面的分布,以及行星际激波与弓激波的相互作用.对于弓激波阵面相对日地连线轴对称的情形,得到如下结论：（1）弓激波强度参数分布相对由行星际磁场和日地连线构成的基准面对称,各激波强度参数的最大值出现在基准面上.磁压比在垂直激波线一侧较大,而气压比在平行激波点一侧较大,导致总压比相对日地连线大致呈轴对称分布.（2）随着行星际磁场与日地连线夹角的增大,弓激波强度参数的最大值有所减小,且位置朝远离日下点方向偏移;但气压比和总压比的分布基本上不受影响.（3）行星际激波透过弓激波之后,切向磁场比更接近于1,但总磁场跳变幅度增大.（4）透过弓激波之后,行星际准垂直激波的总磁场比更接近于1,准平行激波的总磁场比则反之.     

行星际磁场B_y对弓激波影响的MHD结果

利用全球磁流体模拟的结果,本文研究了行星际磁场B_y对弓激波位型的影响.结果显示:随着行星际磁场B_y绝对值的增大,弓激波的日下点距离、旋转对称张角、南北非对称性以及旋转非对称性均随之增加.其中,B_y对弓激波日下点距离的影响可达5 RE左右.东向B_y和西向B_y对弓激波位型影响具有对称性,东向B_y和西向B_y大小相同时弓激波日下点距离、旋转对称张角以及旋转非对称性参数均相同,而南北非对称性参数大小相同正负相反.行星际磁场B_y占主导时弓激波尾部横截面在南北方向上拉伸,并且拉伸程度随着B_y绝对值的增大而增大,弓激波尾部横截面的拉伸现象与磁声波马赫数密切相关.     

地基观测的夜侧极光对行星际激波的响应

行星际激波与地球磁层相互作用通常会导致日侧极光活动增强,随后沿着极光卵的晨昏两侧向夜侧扩展的激波极光.行星际激波也可能直接导致夜侧扇区极光活动增强,甚至沉降粒子能通量的数量级可以与典型亚暴相比拟.本文首次利用我国南极中山站和北极黄河站连续多年积累的极光观测数据,对行星际激波与地球磁层相互作用期间地面台站在夜侧扇区(18—06MLT)观测的极光响应进行了分析.对18个极光观测事件的分析结果表明:行星际激波与磁层相互作用可以在夜侧触发极光爆发和极光微弱增强或静态无变化事件;太阳风-磁层能量耦合的效率以及磁层空间的稳定性决定着行星际激波能否触发极光爆发.     

日面方位磁场扰动和行星际磁场螺旋结构

文采用球坐标下2.5维理想MHD模型,对日球子午面内方位磁场扰动的传播进行数值模拟,重点分析它对行星际磁场螺旋角的影响. 本文认为,观测到的行星际磁场螺旋角大于Parker模型的预言值,是太阳表面不断向行星际发出同向方位磁场扰动的结果;太阳较差自转在太阳内部产生的方位磁场为这类扰动提供了源头. 模拟结果表明,采用持续时间等于周期的十分之一、扰动幅度为103nT量级的正向方位磁场扰动,就可使1 AU处行星际磁场的螺旋角增加2°左右,与有关观测结果相符. 模拟结果还表明,上述方位磁场扰动对日球子午面内的太阳风特性和磁场位形的影响基本上可以忽略.     

太阳风在地球激波前兆区减速的统计研究

本文首次利用完全相同两颗卫星（CLUSTER C1和C3）的数据对地球激波前兆区太阳风的减速和偏转特性进行了统计研究.结果表明,在激波前兆坐标系中,太阳风减小的速度随观测点到激波的距离D_BS增大而减小,随行星际磁场与激波法向夹角θ_BN增大也减小,在ULF波动区深度D_WS小于6R_e(R_e为地球半径)的范围内最为显著;伴随着太阳风减速的另外一个现象——太阳风的偏转,也存在相似的规律.其最大减速和最大偏转角度分别为10 km/s和3°.太阳风减速和偏转,以及随之变化的太阳风动压,可能会引起地球磁层顶位置和形状发生改变,同时也为激波前兆区弥散（diffuse）离子的起源及加热提供了一种可能的机制.     

耀斑-行星际激波结构与相应地磁扰动结构间关系的分析（Ⅰ）

利用297个耀斑-行星际激波-地磁扰动事件,统计研究了耀斑-行星际激波等离子体结构与相应磁扰结构间的关系,新的发现是:当激波面后的磁场南、北分量不大时,激波等离子体结构决定着相应磁扰的基本结构形态,特别是等离子体热状态与相应磁扰的恢复相关系十分密切.由本文定义的激波能量传输指数--FS指数对相应地磁扰动能给出较好的描述.推论:除磁重联这类能量传输机制外,对于行星际磁场南、北分量较小时,还可能存在以等离子体过程为基础的决定磁扰变化结构的太阳风-磁层能量传输机制,应进一步研究.     

内日球子午面瞬态激波的传播特性

采用日球子午面内的二维三分量MHD模型,研究瞬态激波的传播特性,着重分析日球 电流片（HCS）、日球等离子体片（HPS）和低速流结构对激波传播的影响．结果表明,HCS 和HPS对激波传播几乎没有影响,而跨越HCS和HPS的低速流则显著改变激波的传播特性. 低 速流对激波的反射,导致激波扰动源一侧的激波速度加快、强度增强,低速流对激波透射的 阻碍作用导致激波扰动源异侧的激波滞后、强度减弱,但激波阵面的纬度跨度有所加宽．在 激波穿越过后,低速流区朝激波传播方向弯曲并受到骚扰,使得激波下游出现复杂的扰动结 构;对于激波扰动源同侧的激波下游,反射波与该处等离子体的相互作用同样会导致较为复 杂的扰动出现.     

在耀斑-电流片坐标系中——研究耀斑-激波的传播特性（Ⅰ）

本文提出一种用于研究太阳瞬变扰动在日球空间传播的新坐标系--瞬变源-日球电流片坐标系,并运用该坐标系以瞬变源耀斑为例,分析研究了由地球近空飞船观测到的277个耀斑-激波事件,发现:1.引起行星际激波和地球物理事件的大耀斑（H_α≥2,持续时间>半小时）的频数在耀斑-日球电流片坐标系中呈高斯分布,极值在电流片附近,那种在日面坐标系中随日面纬度呈双峰形的分布看不到了;2.当地球观测者和耀斑位于日球电流片同侧时,耀斑事件频次明显高于它们分处不同侧时的情形;3.激波参数（速度、磁场、密度和温度）呈现了同侧高于异侧,强激波多在同侧观测到;4.激波沿日球电流片方向的传播具有一定优势.上述结果表明,日球电流片的存在对瞬变扰动,如耀斑-激波在日球空间,特别是近太阳的传播可能具有重要影响.     

电离层电导对地球磁层顶和舷激波尺度的影响

本文在如下假定下分析电离层电导对地球磁层顶和舷激波尺度的影响：（1）对电离层采用球壳近似,Pedersen电导Σ_P均匀,Hall电导为零;（2）地磁偶极矩处于正南方向,行星际磁场（IMF）只有南向分量（B_z<0）.磁层顶和舷激波的尺度分别由它们与GSE坐标系三个轴的交点,即日下点、晨昏侧翼点和南北顶点的地心距离表征.对给定的太阳风条件、B_z和Σ_P,通过三维全球MHD模拟获得系统的准定态.结果表明,在大约1～5 S范围内,Σ_P值显著影响磁层顶和舷激波的尺度,而在该范围之外则几乎没有影响.随着Σ_P的增加,磁层顶和舷激波整体向外扩张,前者的扩张程度低于后者,以至磁鞘区的范围扩大.磁层顶的侧翼点的位置随Σ_P的变化与B_z的幅度有关：在弱南向IMF情况下磁层顶的侧翼点随Σ_P的增加向内移动,而在强南向IMF情况下则向外移动.上述结果表明,在构建磁层顶和舷激波的经验模型时,有必要计入电离层电导的影响.     

Geoeffectiveness of solar wind interplanetary magnetic structures

We address the geoeffectiveness of three interplanetary structures in the interplanetary space: magnetic clouds (MCs), interplanetary shocks (IPSs), and corotating interaction regions (CIRs). The geoeffectiveness is evaluated using the geomagnetic indices Kp, AE, and Dst. We find that MCs are more geoeffective than IPSs, or CIRs. The average values of magnetic indices are significantly enhanced during disturbed periods associated with MCs, IPSs and CIRs, compared to the whole interval. The highest effect is noted for MC disturbed periods.Results obtained for the three data sets are used to derive a theoretical (continuous) probability distribution function (PDF) by fitting the histograms representing the percentage of events against the intervals of magnetic index. PDFs allow estimation of the probability of a given level of geomagnetic activity to be reached after the detection, by in situ solar wind observations, of a given interplanetary structure approaching the Earth.     

地球极区电离层对行星际激波的响应

本文就地球电离层对行星际激波的动力学响应进行三维全球数值模拟研究．背景行星际磁场为螺旋场，南北分量为零；初始电离层由Ⅰ区场向电流和相应的晨昏电场所主导；行星际激波沿日地连线方向撞击地球．模拟结果表明，在激波的作用下，电离层Ⅰ区电流系统向子夜方向运动，在向阳侧相继出现与原Ⅰ区电流反向的异常场向电流对和同向的新生Ⅰ区电流对．该异常场向电流对在极盖区形成瞬间昏晨电场，尾随原Ⅰ区电流向夜侧方向漂移直至湮没．与此同时，新生的Ⅰ区电流不断增强并向夜侧和赤道方向延伸，最终取代原Ⅰ区电流，相应极盖区又恢复到原来的晨昏电场状态．这一响应过程和行星际激波强度有关：激波强度越强，新生的Ⅰ区场向电流也越强，它向赤道方向延伸的距离也越大，能到达的纬度也越低．上述结果在趋势上与观测到的输运对流涡旋和亚极光块的运动特征一致．     

Impact of interplanetary shock on parameters of plasma turbulence in the Earth’s magnetosheath

Data from the BMSW spectrometer, which measures the ion flux value and sometimes plasma parameters with a time resolution of 31 ms, allow the study of the parameters of turbulence of the solar wind and magnetosheath plasma on kinetic scales. In this work, the frequency spectra of the ion flux fluctuations before and after recording the interplanetary shock front in the Earth’s magnetosheath are compared based on these data. It is shown that, in contrast to the solar wind, where the exponential decay of the spectrum often occurs after the shock front on the kinetic scales, no such phenomenon is observed in the magnetosheath: the spectrum on these scales can be approximated by a power function in all the cases considered. In half of these cases, the spectrum slope on the kinetic scales does not change during the interplanetary shock propagation. The results indicate a weak impact of interplanetary shock waves on the parameters of the plasma turbulence. In addition, it is shown that an interplanetary shock does not change the level of intermittency of the ion flux in the magnetosheath at both low and high level before the front.     

行星际中间激波

在行星际空间可能存在由各类激波连接而成的混合激波,其组成部分的连接方式和时间演化遵循“慢激波-导灭激波-中间激波-导生激波-快激波”链式规则.中间激波将作为混合激波的必要组成部分,出现在日球电流片的附近,其阵面凹向太阳.上述结论已初步为观测证实,并对行星际激波的三维特性有着重要影响.     

Variations in the IMF vertical component in isolated solar wind streams

The regularities of the variations in the IMF B _z component have been studied based on the data on the solar wind streams and their solar sources. Isolated solar wind streams such as magnetic clouds and shock layers before them, undisturbed heliospheric current sheets (HCSs), leading edges and bodies of high-speed streams from coronal holes (HSSs from CHs) have been considered. It has been revealed that each type of isolated streams in the interplanetary medium has it own features in the variations in the value and direction of the B _z component related to the stream immanent properties and conditions of propagation in the interplanetary plasma. The appearance of the southward B _z component is obligatory for all these streams which are, therefore, geoeffective.     

激波在磁盔－电流片位场中的传播：（Ⅰ）激波与磁盔间的相互作用

利用新近获得的子午面磁盔－电流片背景太阳风稳态解，对激波从盔底沿电流片方向往外传播时与磁盔间的相互作用进行了数值模拟研究，重要新结果是：１．磁盔的存在使受扰介质速度跃变中央出现下凹，随着激波传出磁盔区并沿电流片方向传播，速度下凹逐渐减弱以致消失；２．激波将磁盔拉长并把盔顶的环形（垂直赤道面）磁场带到行星际空间，成为行星际磁场南向分量的来源之一；３．５个太阳半径（Ｒ⊙）内的磁盔部分将出现精细结构，沿盔外边界形成两条高速带，以及马蹄形密度（亮）环形结构等．这些结果表明，太阳附近高速等离子体与磁盔间存在重要的动力学相互作用过程，对行星际空间的太阳风三维结构有重要影响．