磁层相对论电子通量变化与磁暴/亚暴的关系

本文分析了1 AU处的行星际磁场、太阳风速度、Kp指数、Dst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Bz分量出现南向扰动和太阳风速度增大超过500 km/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≥1 MeV)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≥500 nT）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300 keV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300 keV的亚暴电子是磁层相对论电子的一个重要来源.     

磁暴期间高纬顶部电离层离子上行特征——DMSP卫星观测

本文利用DMSP F13和F15卫星观测数据,对2001—2005年58个磁暴(-472 nT≤Min.Dst≤-71 nT)期间高纬顶部电离层离子整体上行特征进行了统计研究.观测表明,磁暴期间,顶部电离层离子上行主要发生在极尖区和夜间极光椭圆区.在北半球,磁正午前,高速的离子上行(≥500 m·s^-1)多集中在65° MLat以上;午后,高速离子上行区向低纬度扩展,上行速度要略高于午前;在南半球,磁午夜前,DMSP卫星在考察区域内几乎所有的纬度上都观测到了高速上行的离子;午夜后,各纬度上观测到上行离子的速度明显降低.离子上行期间,DMSP卫星在极区顶部电离层高度上也频繁地观测到电子/离子增温,且电子增温发生的频率要远高于离子增温.O⁺密度变化分析显示,DMSP卫星磁暴期间观测到的上行离子更多地源于顶部电离层高度.这些结果表明电子增温在驱动暴时电离层离子整体上行过程中起着重要作用.     

电离层上行O+离子沿不同经度处的磁力线向磁层的传输

根据解析求解引导中心近似的动力学方程得到的离子分布函数 ,研究了不同Kp指数条件下起源于不同电离层区域的上行O⁺离子通量密度沿不同经度处的磁力线的定态分布 ,并研究了上行O⁺离子向不同磁层区域传输的特性 .主要结果为 :（ 1 ）起源于向阳面极光带外侧及更低纬区的电离层离子基本上传输到向阳面磁层区 ;起源于背阳面极光带及更低纬区的电离层离子基本上传输到背阳面磁尾等离子体片区和闭合磁力线区 ;起源于极盖区及向阳面极光带内侧的电离层离子基本上传输到等离子体幔区和磁瓣区 .（ 2 ）上行离子主要分布在近地空间 ,其通量密度相对于地心距离呈负梯度 .（ 3）地磁活动指数Kp 增高时上行离子进入磁层的概率增大 ,因而上行离子起动力学作用的地球空间范围增大 .所得结果可解释有关地顶的观测特征 ,理论估算的上行离子在磁尾的通量密度与观测结果相符合.     

行星际扰动和地磁活动对GEO相对论电子影响

利用1988—2010年小时平均的GOES卫星数据,对地球同步轨道(GEO)相对论电子变化进行了统计分析,研究了相对论电子通量(Fe)增强事件的发展过程,探讨了利于相对论电子通量增强的太阳风和地磁活动条件.主要结论如下:(1)GEO相对论电子通量即使是峰值,也具有明显的地方时特性,最大电子通量出现在磁正午时.午/夜电子通量比率随着太阳风速度(Vsw)增加而增大;在Dst-50nT时相对论电子具有规则的地方时变化.在太阳活动下降相,电子通量与各参数的相关性较好,与其相关性最好的Vsw、Kp指数以及三次根号下的太阳风密度(N)分别出现在电子通量前39~57h、57~80h和12~24h.(2)强(日平均电子通量峰值Femax≥104 pfu)相对论电子事件,在距离太阳活动谷年前两年左右和春秋分期间发生率最高,较弱(104Femax≥103 pfu)事件无此特点;大部分强相对论电子事件中,电子通量在磁暴主相开始增加,较弱事件中则在恢复相开始回升.(3)太阳风密度变化对相对论电子事件的发展具有重要指示作用.电子通量在太阳风密度极大值后0~1天达到极小值,太阳风密度极小值后0~2天达到极大值.(4)90%以上相对论电子事件是在磁暴及高速太阳风的条件下发生的,与其伴随的行星际参数和地磁活动指数极值满足以下条件:Vswmax516km/s,Dstmin-31nT,Nmin2.8cm-3,Nmax14.1cm-3,Bzmin-2.9nT,AEmax698nT.(5)磁暴过程中,Dstmin后日平均电子通量大于103 pfu的发生概率为53%左右,强/弱相对论电子事件占总数比例分别为36%/64%左右,磁暴强度对其无影响.磁暴过程中的Vsw、N和AE指数大小对于能否引起相对论电子增强起着指示作用.     

基于中性原子通量数据的磁暴期间环电流研究

本文通过分析两次大磁暴期间的中性原子(ENA)通量数据,试图揭示环电流离子通量的变化规律,进一步探讨环电流的形成和损失机制,以及磁暴和亚暴的关系.两次磁暴期间ENA通量的变化呈现出一些重要的特征:(1)通量随能量的增高而快速降低,磁暴主相期间高能端通量所占比重增大;(2)通量比例曲线的起伏远比通量曲线的起伏要平缓;(3)通量的起伏与AE指数之间没有简单的对应关系;(4)磁暴恢复相开始前,ENA通量出现短时间的猛烈增长,特别是低能端通量的增长异常迅速;(5)Dst/SYM-H指数快速恢复期间,ENA通量的变化表现为两个完全不同的阶段:先降低,后增大.忽略影响ENA通量的其他次要因素,ENA通量的上述特征直接反映了环电流的发展规律.环电流离子通量随能量的增高快速下降,磁暴主相期间可能由于高能O⁺的增加使得能谱有所变硬.离子主要受南向行星际磁场(IMF)所引起的对流电场的驱动注入到环电流区域,通量的变化大体上是无色散的.亚暴活动与环电流的增长没有直接的因果关系,但亚暴活动会引起环电流离子通量的短时间尺度波动.恢复相开始前,环电流离子在昏侧区域发生堆积,使得局部离子通量变大.这可能是由于屏蔽电场的形成削弱了内磁层对流电场,造成离子在磁层顶的逃逸损失过程减弱.在Dst/SYM-H指数的快速恢复期间,环电流离子通量的衰减速度也可能发生阶段性变化.这说明Dst/SYM-H指数并不能准确反映环电流的强度,环电流的衰减过程可能具有比先快后慢更为复杂的阶段性模式.     

风云3C对不同类型辐射带电子分布变化的观测：2015年3月17日磁暴事件分析

风云3C卫星(简称FY-3C)测量的低地球轨道(Low Earth Orbit,简称LEO)高能粒子(电子、质子和重离子)通量,是空间环境监测预警业务的重要自主数据来源.深入分析风云3C卫星测量的不同种类高能电子的分布特征和变化规律,对辐射带研究和空间天气预报具有重要意义.本文使用FY-3C测量的空间粒子数据,系统分析了2015年3月17日强磁暴期间辐射带捕获、准捕获和沉降电子的演化特征及其主导性物理机制.结果表明,在磁暴主相,外辐射带电子通量(E2:0.35～0.65 MeV, E3:0.65～1.2 MeV)出现快速下降,达到两个数量级,E1能级(E1:0.15～0.35 MeV)电子通量在L<5区域因为亚暴注入先出现增长,之后在L>4的区域出现明显下降.在磁暴恢复相,由于合声波(chorus waves)先加速低能段电子,E1能段电子通量最先(小于五小时)开始增加,在磁暴结束时覆盖25 cm^-2·sr^-1·s^-1.电子能段越高通量增长得越慢...     

不同地磁活动水平下电离层H+上行的半球对比研究

使用FAST/TEAMS仪器在第23太阳活动周下降相的数据,从地磁活动水平的角度,分别分析在磁静日(Kp≤2⁺)和磁扰日(Kp≥3⁺)时南(SH)、北半球(NH)高纬(>50°)电离层H⁺的上行强度,计算其上行率和净上行积分能通量,以期得到H⁺上行的长期水平并分析地磁扰动期间南、北半球离子上行强度的异同.研究结果表明,磁扰期间上行强度显著加强,平静期南、北半球的平均上行率分别是~15%和~20%,而磁扰期的平均上行率分别增强了1.45倍和1.04倍,磁扰期间南半球上行强度的增长更显著;平静期南半球的上行强度小于北半球,但磁扰期两个半球的上行强度相当;磁午夜和黎明区间受地磁扰动的影响最显著,其磁扰期与平静期上行率的比值(S/Q)最大,同时南半球在各个地方时区间的S/Q值均大于北半球;另外,我们发现磁扰期间的上行率在极光椭圆带下边界附近增幅最明显,而积分通量在上边界附近增加显著.上行源区以平静期的源区为中心从日侧极尖区扩展到磁午夜、且向低磁纬延伸,同时,极尖区上行源区在磁扰期有向晨侧偏移的趋势.     

磁暴期间极尖区场向电子事件研究

根据Cluster卫星在中高度极尖区的观测数据,分析研究了两次连续磁暴期间极尖区场向电子事件的持续时间以及与Dst值和Dst时间变化率之间的关系.结果表明,磁暴期间场向电子事件的持续时间的范围为6~54 s,大多数场向事件的持续时间小于34 s;极尖区场向电子事件的最大密度和最大场向通量与Dst值没有明显的相关关系;而随着Dst变化率的增加,场向电子最大密度和最大通量也随之增加,场向电子最大密度与Dst变化率之间的相关系数为0.81,场向电子最大通量与Dst变化率之间的相关系数为0.56,下行电子最大通量与Dst变化率之间的相关系数为0.85.经讨论认为行星际磁场持续南向、太阳风速度和动压的急剧增加是引起场向电子通量增加的主要原因.     

欧洲扇区不同纬度电离层暴特征的统计分析

本文利用Madrigal数据库的TEC数据对2001—2010年间的156次单主相型磁暴事件,统计分析了欧洲扇区从赤道到极光带共5个纬度区域的电离层暴特征,结果表明:(1)电离层暴有明显的纬度分布特征,正负暴出现次数的比例随纬度的降低呈现明显的增加趋势,但夏季赤道地区趋势相反,正负暴比例比更高纬度的反而降低;(2)与主相相比,恢复相期间大部分纬度地区正暴数量减少,负暴数量增加,但赤道地区恢复相期间正暴数量反而增加;(3)中低纬地区电离层暴随磁暴MPO地方时分布特征明显,正暴所对应的MPO主要分布在白天,而MPO发生在夜间容易引起负暴;(4)电离层负暴主要发生在夜间,中、高纬地区负暴的开始时间存在‘时间禁区’,但不同纬度‘时间禁区’的地方时分布有一定差异,正暴分布则相对分散.     

中国区域GPS单频点定位在不同类型磁暴主相期间定位性能分析

地磁暴期间,电离层可出现不同程度的扰动,显著影响GNSS导航系统性能.本文针对GNSS系统应用需求,全面分析了不同等级磁暴主相期间GPS单频点定位精度在中国区域(地磁中、低纬地区)的受扰情况.结果表明,定位误差极端值的出现概率与磁暴等级呈正相关,也与测站纬度相关(低纬一般高于高纬),定位精度在U(垂直)方向受影响程度明显强于其他方向,且在磁暴恢复相期间定位精度也可能受到显著影响.上述研究结果对了解磁暴期间中国区域(地磁中、低纬地区)GNSS应用性能、北斗三号全球系统在中国区域的应用性能及系统升级和中国区域电离层扰动特性研究有参考价值.     

Variation of lunar and solar geomagnetic tides with sunspot and geomagnetic activity

Summary Solar and lunar geomagnetic tides inH at Alibag have been determined by spectral analysis of discrete Fourier transforms following the method of Black and the well-known Chapman-Miller method. The seasonal variation inL ₂(H) is opposite to that inL ₂(D) with maximum in thed season and minimum in thej season. In bothH andD the enhancement due to sunspot activity is larger in lunar tide than in solar tide. Surprisingly, the enhancement due to magnetic activity is greater inL ₂(H) than inS ₁(H), while the contrary is true for declination. It is inferred that there is a local time component of the storm time variation contrary to the view expressed by Green and Malin. The enhancements in amplitudesL ₂ andS ₁ inH andD, due to sunspot activity and due to magnetic activity, have been separated. The results show that the amplitude at zero sunspot number increases with magnetic activity in all the four parameters, while the enhancement due to sunspot activity at different levels of magnetic activity decreases with increase ofK _p. But if bothK _p andR are increasing, whenK _p increases enhancement due toR decreases and whenR increases enhancement due toK _p decreases.     

Afternoon mid-latitude current system and low-latitude geomagnetic field asymmetry during geomagnetic storms

For four geomagnetic storms of middle intensity the relationship between the low-latitude magnetic field asymmetry using ASY indices and the intensity of the auroral eastward and westward electro-jet was considered. It was asked whether there exists a connection between ASY and the eastward electrojet. To answer this question equivalent current systems were estimated in mid-latitudes. It was found that the observations obviously show no correlative relationship between the low-latitude magnetic-field asymmetry and the eastward electrojet, whereas one exists between ASY and the westward electrojet. To explain the generally accepted common three-dimensional current system between the partial ring current and the eastward electrojet, a condensor model of the three-dimensional current system was developed. It could be shown that the short periodic variations of the partial ring current are shielded by the condensor and cannot influence the eastward-electrojet current.     

地磁场水平梯度及高空地磁场的计算与分析

本文以2000.0年中国地区的实测数据为例,首先利用5阶Taylor多项式方法建立了各分量的地磁模型,接着对模型中各分量的纬度和经度进行微分,计算得到各分量的水平梯度值,并绘制了相应分量沿南北方向和东西方向的水平梯度分布图,最后通过Zmuda多项式方法,基于地面模型值以及水平梯度值计算了高空(100 km)的各分量磁场值,并分析了水平梯度分布规律以及各分量随垂直高度的变化.结果表明:地磁场北向分量X、垂直分量Z、总强度F和磁倾角Ⅰ分量的水平梯度主要随纬度变化,其中X、Z和F分量随纬度减少而梯度降低,东向分量y和磁偏角D分量的水平梯度不仅随纬度变化,而且随经度变化,F分量的南北向梯度值在我国中心地区最大.在垂直方向,X、Z和F分量的强度分别随高度的上升而近似线性减小,在100 km高度处,强度变化平均值分别为-4.629 nT/km、-15.368 nT/ km和-16.226 nT/km,y分量强度随高度上升而呈近似线性增加,其平均变化值为0.166 nT/km,而D和Ⅰ分量基本不发生变化.     

磁暴期间几种主要磁扰成分的演化特征

本文利用中国地磁子午链台站的资料，对1997～1999年期间发生的25次磁暴，用自然正交分量法（NOC）、相关分析和傅里叶分析三种方法，分3个步骤依次分离出依赖于世界时（UT）的暴时变化（Dst）、依赖于地方时（LT）的太阳静日变化（Sq）和太阳扰日变化（SD）.对各种变化时空特征的分析表明：①Dst变化清楚地反映出赤道对称环电流磁扰的空间分布和时间演化特征；②满洲里、北京十三陵和琼中台Sq幅度在多数磁暴主相期间出现极大和极小值，反映了Sq焦点在纬度方向上的移动所产生的地磁效应；③SD变化在主相期间最强，在恢复相期间逐渐减弱；④相关分析和傅里叶分析提供了一种能有效提取Sq和SD变化的方法.     

Spatial power spectra of the crustal geomagnetic field and core geomagnetic field

Lowes (1966, 1974) has introduced the function R_n defined by $\text{R}{}^{\mathrm{n}}\text{=(n + 1)}\text{∑}\text{m=0}\text{∞}\text{[(g}{}^{\mathrm{m}}{}_{\mathrm{n}}\text{)}{}^2\text{+ (h}{}^{\mathrm{m}}{}_{\mathrm{n}}\text{)}{}^2\text{]}\text{where}\text{g}{}_{\mathrm{n}}{}^{\mathrm{m}}\text{and}\text{h}{}_{\mathrm{n}}{}^{\mathrm{m}}$ are the coefficients of a spherical harmonic expansion of the scalar potential of the geomagnetic field at the Earth's surface. The mean squared value of the magnetic field B = ??V on a sphere of radius r > α is given by $\text{〈}\text{B}\text{·〉 =}\text{∑}\text{n=1}\text{∞}\text{R}{}^{\mathrm{n}}\text{(}\text{a/}\text{r}\text{)}{}^{\mathrm{2n=4}}\text{where}\text{a}$ is the Earth's radius. We refer to R_n as the spherical harmonic spatial power spectrum of the geomagnetic field.In this paper it is shown that Rⁿ = R^M_n = R^C_n where the components R_n^M due to the main (or core) field and R_n^C due to the crustal field are given approximately by $\text{R}{}^{\mathrm{M}}{}_{\mathrm{n}}\text{= [}\text{(n =1)/}\text{(n + 2)}\text{](1.142 × 10}{}^9\text{)(0.288}{}^{\mathrm{n}}\text{Λ}{}^2\text{R}{}^{\mathrm{C}}{}_{\mathrm{n}}\text{= [}\text{(n =1){[1 — exp(-n/290)]/}\text{(n/290)} 0.52 Λ}{}^2\text{where}\text{Iγ = 1 nT}$. The two components are approximately equal for n = 15.Lowes has given equations for the core and crustal field spectra. His equation for the crustal field spectrum is significantly different from the one given here. The equation given in this paper is in better agreement with data obtained on the POGO spacecraft and with data for the crustal field given by Alldredge et al. (1963).The equations for the main and crustal geomagnetic field spectra are consistent with data for the core field given by Peddie and Fabiano (1976) and data for the crustal field given by Alldredge et al. The equations are based on a statistical model that makes use of the principle of equipartition of energy and predicts the shape of both the crustal and core spectra. The model also predicts the core radius accurately. The numerical values given by the equations are not strongly dependent on the model.Equations relating average great circle power spectra of the geomagnetic field components to R_n are derived. The three field components are in the radial direction, along the great circle track, and perpendicular to the first two. These equations can, in principle, be inverted to compute the R_n for celestial bodies from average great circle power spectra of the magnetic field components.     

地磁房湿度对地磁观测的影响及解决方案

地磁房湿度变化较快或过大都易引起地磁数据的异常变化,且室内湿度不易控制,地磁房、磁通门磁力仪探头湿度智能在线分析监控系统可以实时显示监控地磁房、磁通门磁力仪探头湿度的变化,超过湿度阈值则发出报警信号,进而可以采用科学的方法控制探头观测环境的湿度,提高观测数据的稳定性、可靠性。本文介绍了该系统的设计思路和主要功能。     

Solar activity and geomagnetic disturbances

An analysis of IZNIRAN magnetic observatory data indicated that geomagnetic storms with sudden and gradual commencements form two independent populations with respect to the disturbance occurrence time and character because the solar sources of these disturbances are different. Storms with sudden and gradual commencements are caused by coronal mass ejections and high-speed solar wind streams from coronal holes, respectively.     

中国地磁台观测的2014年地磁急变

地磁急变（jerk）是起源于地球外核并在导电地幔过滤效应后在地球表面观测到的一种地磁现象,其反映了地核内部某些动力学过程.Jerks在空间范围上既可以是区域性的,也可以是全球性的.中国地区地磁台能否检测到2014年jerk？针对这一问题,利用中国大陆10个地磁台的磁静日月均值和CHAOS-6全球磁场模型,分析了X、Y和Z分量2008—2018年期间的长期变化,估算了2014年前、后的长期加速度值,确定了2014年地磁jerk的时间和强度.研究表明中国地磁台Y分量的长期变化为"Λ"型,Z分量存在明显的"V"型,具有典型的jerk特点.Y分量jerk出现的时间大约在2014年6月,比非洲大陆的Algeria TAM台和南美洲French Guiana KOU台时间滞后大约4个月.这暗示着产生jerks的地核流体波动的时序特点.中国西部和东北部地磁台的长期变化形态有明显的差别,主要由非偶极磁场引起.CHAOS-6模型与地面台站的长期变化形态并非始终一致.本文结果有助于更好地理解和解释长期变化的时间演变和地理分布,并为深入探讨jerks的地核起源和驱动机制提供新的观测约束.     

地磁正常场的选取与地磁异常场的计算

根据2003年中国地磁观测数据（包括135年地磁测点和35个地磁台）以及我国邻近地区38个IGRF计算点的地磁数据,计算中国地磁异常场的分布。选取两种地磁场模型作为地磁正常场,一是国际参考地磁场的球谐模型,二是中国地磁场泰勒多项式模型。根据各个测点的地磁异常值（观测值减去模型计算值）,用球冠谐分析方法计算地磁异常场的球冠谐模型,并绘制2003年中国地磁异常（△D,△I,△F,△X,△Y,△Z）。分析和讨论了中国地磁异常场。     

The solar causes of the occurrence of selected geomagnetic storms and geomagnetic quiet

Резюме Приводится общее толкование возникновения геомагнитного покоя и геомагнитнЫх бурь на основании новЫх гипотез, разработаннЫх в Геофизическом институте ЧСАН. Приводятся некоторые случаи геомагнитного покоя. Что касается примеров геомагнитнЫх бурь, то здесь имеются в виду прежде всего такие бури, которЫе в литературе обозначаются как “проблема” бурь, далее бури для которЫх существует несколько иногда даже противоречивых толкований По рассматриваемому здесь способу можно бЫло бЫ истолковать любую геомагнитную бурю, равно как и небольшое возмущение. Для этого необходимоо располагать точным даннЫми относительно солнечной ситуации на ЦМ.

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Address: Boční II, Praha 4-Spořilov.