磁暴主相期间外辐射带结构的变化

本文利用相对論带电粒子的两个寝渐不变量,討論了磁暴主相期間外輻射带中心結构的变化。作者认为磁暴主相是由“磁暴带”环电流所产生。“磁暴带”假設位于外輻射带中心之外,它是太阳等离子体穿入磁层后形成的。本文对初始能量W=20Kev和W=1Mev的电子分別进行了計算。 結果表明,在磁暴主相期間电子向外漂移,其赤道投擲角減小,但镜点离地面距离增高。因此,主相时所观測到的极光,并不是由于地磁場的平緩下降使小投擲角电子注入大气层而形成的。此外,計数率降低的主要原因是由于力管截面膨胀造成的粒子密度減小以及电子減速,而电子減速与投擲角有关,由此决定了电子通量沿磁力线分布的变化。以上結果与探险者6号（Explorer Ⅵ）的观測一致。     

磁暴主相的經度不对称性

太阳带电粒子流通过磁边界层的中性点或阻塞点,由于极化电場的漂移运动或雷萊-泰勒（Rayleish-Taylor）不稳定运动,穿透磁层而进入地磁場被輻射带所捕获。这些被捕获的电子将向东漂移而形成西向电流。在它們围繞地球一周形成封閉的电流环以前,由于地球的自轉以及这个电流弧对地球各地的相对位置的不同,电流分布以及它在地面磁赤道附近所产生的磁場分布都将是不均匀的,对經度来耕是不对称的。本文假定电子繞地球的漂移周期为两天,計算了当磁暴开始时位于地方时00,06,12及18小时的台站記录的磁場随“暴时”T_st变化的曲线。理論結果与用佘山及洪伽幼地磁台站得到的統計結果是一致的。     

急始型磁暴的初步定性估計

本文通过下述模型来探讨典型的磁暴发生过程:当点爆炸球面波自太阳上爆发后,太阳微粒流随即以冲激波形式越过行星际空间到达地球,在地球附近可能形成驻激波面,然后微粒流由地磁空穴的中性点进入磁层,在地球周围生成电流环,产生磁暴主相。在质子与地球附近上空中性氢原子发生电荷交换的过程中,磁暴过程相应地由主相转入恢复期,在不考虑行星际空间磁場的条件下,计算出在太阳爆炸波发生后第17时、24时、32时开始的磁暴发展过程曲线,并由观测资料推测出中性点的等效面积,计算结果指出:爆炸波愈强,主相愈大,恢复期愈短,这和观测到的粒子流速度愈大,磁暴也愈强、恢复期也愈短的现象是一致的。     

磁暴期間外輻射带結构的变化

本文根据磁矩守恆的条件,利用刘維定理（Liouville's theorem）,討論了磁暴期間在赤道平面外輻射带內,带电粒子的空間分布及能量分布的变化。結果表明:当主相时,粒子密度及通量的峯值变小而且位置向外移动。此結果与探測事实相符。能譜分布也有显著的变化,不論垂直能量或是平行能量,当主相时能量分布的峯值向低能量的方向偏移;急始时向高能量的方向偏移。对投擲角及鏡点高度作了計算,发現当急始时投擲角变大,而鏡点高度下降;主相吋投擲角变小,镜点高度上升。由此可以訊为,在主相期間緩慢的磁場下降,不能使外輻射带內粒子侵入上层大气。相反,在急始时則可能有一部分粒子会侵入上层大气。根据所得結果,基本上可以解释目前的观測現象。     

地磁扰动期間史篤默捕获区的变化

本文利用了史篤默（Stormer）的理論来討論在地磁扰动期間史篤默捕获区的变化。在計算过程中我們只是考虑到单一粒子在捕获区內的运动。地磁扰动我們分別取以下两种形式:（1）当扰动磁場是均勻的而且其方向与磁軸相反;（2）当扰动磁場是由位于赤道面上5至8个地球半径的电流环引起的。計算結果认为在磁扰期間捕获区将要发生变化。这个变化引起了捕获区內粒子数目的变化。最后我們将根据上述的結果討論美国人造卫星（探险者Ⅵ号）所观測到磁暴期間外輻射带的变化。     

磁暴主相多阶发展行星际起因的初步分析

本文利用1998～2006年与磁云有关的80起中强磁暴(Dst*≤-50 nT),对其主相期间不同发展阶数磁暴的行星际起因进行了统计分析.重点研究了鞘区磁场单独作用、磁云本体单独作用、鞘区与磁云共同作用以及其他复杂行星际结构在磁暴主相多阶发展中的相对重要性,并对导致磁暴主相增加一阶的行星际起因做了初步分析.统计结果表明...     

大磁暴后我国温度的变化

本文应用1955年英国格林威治观象台出版的大磁暴資料,研究了1909-1952年时期內历次大磁暴前后我国九站逐日溫度变化的情况。文中用重迭时序分析法,对大磁暴后90天内我国九站逐日溫度正距平百分率及平均溫度距平进行了計算,結果見图1。同样,对大磁暴前30天的計算結果,見图2。从而发現,在大磁暴后第10,16,24,44,75-77天附近,我国出現几次显著的溫度增暖期;而且在大磁暴前后,我国的溫度变动表現出27天太阳自轉周期性的振动。在大磁暴出現日期和其后第45天与第75天,亚欧地区自然天气周期的环流类型表現出清楚的韵律振动,因此认为天气过程的韵律振动当与太阳发射强烈粒子流輻射的活动区及其自轉周期发生密切关联。此外,本文还研究了某些小磁暴之后30天內,我国八站溫度的变动（图3）,发現在其后第13天附近出現显著的降溫。     

大磁暴中环电流离子成分的变化及其与磁暴演化的关系

利用CRRES/MICS的观测数据，研究了磁暴期间内磁层离子成分的变化.对1991年两个典型磁暴和12个大磁暴的分析表明，组成暴时环电流的离子可以分成两组，一组由O⁺、低能H⁺和He⁺组成，起源于电离层(IOP)；另一组为高能H⁺和He⁺⁺，主要来自太阳风(SOP).宁静时环电流主要成分为SOP，大磁暴主相极大时环电流的主要成分是IOP.大磁暴期间离子可被注入到很低的高度(L=3-4).IOP对环电流的贡献随磁暴强度增大而增加，在大磁暴主相极大时可达80%(数密度).IOP中O⁺的快速增减是导致Dst指数在磁暴主相期间快速下降和恢复相中快速增长的主要原因.小磁暴中(D_st＞-50nT)O⁺对环电流的贡献可以忽略不计.     

佘山地磁台百年磁暴（二）——极大磁暴分析

本文是佘山地磁台百年磁暴的第二部分,对其极大磁暴（主相ΔH≥400 nT）进行分析.通过与其他三组由不同地磁活动指数定义的极大磁暴对比,表明佘山台用主相幅度差对极大磁暴的定义与之基本相符.同时结合几个典型磁暴,对磁暴与太阳风、行星际磁场和电离层之间的关系进行了讨论.     

基于地磁台站数据对磁暴期间环电流和场向电流的分布特征研究

磁暴的发生与环电流的变化密切相关.除了对称环电流外,部分环电流在磁暴的发展过程中也起到了重要的作用,同时部分环电流通过场向电流与极区电离层中的电流形成回路.本文应用INTERMAGNET地磁台网北半球中低纬区域地磁台站数据,对不同强度4个磁暴事件主相和恢复相期间部分环电流和场向电流的磁地方时分布进行了分析和讨论.对于每一个磁暴事件,在低纬地区（地磁纬度约0°—40°N）选用地磁经度上大致均匀的8个台站,通过坐标转换计算平行于磁偶极轴的地磁场水平分量H来分析磁暴期间环电流所引起的磁场扰动;在低纬地区8个台站的基础上增加中纬地区（地磁纬度约40°N—60°N）地磁经度上大致均匀的6个台站,计算地磁坐标系下地磁场东西分量Y来分析磁暴期间场向电流在中低纬地区引起的磁场扰动.结果表明,磁暴主相期间的部分环电流主要作用于磁地方时昏侧和夜侧扇区,并且主相和恢复相期间部分环电流引起的磁场变化随着磁暴级别的增大而增大;磁暴主相期间向下的场向电流多出现在夜侧至晨侧扇区,向上的场向电流多出现在昏侧至午后扇区,且中纬地区向下和向上场向电流的展布范围明显大于低纬地区;恢复相期间弱、中磁暴事件的场向电流呈现与部分环电流相同的减弱趋势,而强、大磁暴事件在恢复相末期场向电流引起的磁场变化明显不同于恢复相的其他时刻,这可能与高纬较强的亚暴活动有关.     

2017年9月强磁暴及引发的电离层扰动

本文研究内容基于2017年9月7日20UT开始的一次强烈的地磁暴事件.这是一次"特殊"的磁暴,在持续两天的磁暴期间,出现了两次强度较大的主相,相隔约14 h.本文通过多项磁暴指数进行研究,发现各项指数均出现两个峰值,两次主相对应的磁暴环电流指数(Dst)最小值都低于100 nT.强磁暴引发了剧烈的电离层扰动,本文中采用...     

磁流体冲激波在非均匀磁场中的传播

本文应用Chisnell- no方法,求解了在理想介貭中,垂直磁流体冲激波在非均勻磁場中的传播問題。这种方法,把非均勻介貭分解成无限小的弱間断面,根据气体动力学中波与間断面相互作用的原理,算出激波通过弱間断面时的强度变化,然后用积分求得激波通过整个非均勻区时的强度变化。作者引入了激波的特征速度（它是激波在波前后介貭中传播速度的几何平均值）作为輔助参量,得到形式上比較簡单的激波传播方程。然后考虑了磁压力远大于气体压力的强磁介貭中的激波传播問題,并进行了数值积分。采用的介貭密度模型有三种:（1）阿尔芬波速为常数;（2）密度不变;（3）密度与磁場强度成正比。計算結果表明:当激波由弱磁場向强磁場传播时,激波的强度逐漸变弱。其中,在阿尔芬波速为常数的介貭中,激波强度的衰减最为緩慢;在密度不变的介貭中,激波强度的衰減最为迅速;而在密度与磁場成正比的介貭中,激波强度的衰減則介乎上述两种密度分布之間。作者联系磁流体冲激波在地球外层空間的传播問題进行了討論,密度的模型采取大气啃昔的观測結果（卽上述第三种密度分布）,并进行了适当的外推,估計了在十个地球半径处的磁流体冲激波传到地面时的强度,求出了激波在地面引起的磁場变化与激波初始速度之間的关系。根据上述簡化模型,計算結果表明,在十个地球半径处初始速度为10⁸厘米/秒的激波,传到地面引起的磁場变化大約为60伽（亻馬）,这个数值的量級恰好与中低緯度强磁暴的急始变幅相符。     

内辐射带高能质子对磁暴响应的统计研究

范艾伦卫星-A观测表明内辐射带高能质子通量在磁暴主相期间显著下降,在恢复相时与地磁SYM-H指数同步恢复.磁暴期间内辐射带高能质子通量变化对磁场变化的响应是绝热的吗?基于刘维尔定理和第一和第三绝热不变量守恒,定量地评估了高能质子在内辐射带中的完全绝热效应.两个事件研究表明,理论计算的绝热效应导致的高能质子通量变化与范艾伦卫星观测结果吻合良好.本文进而对2013—2016年期间发生的67次磁暴事件进行了统计研究.结果发现磁暴主相和恢复相期间,内辐射带高能质子通量变化的90%贡献是完全绝热效应.相空间密度的调查结果也支持这一结论.最后通过对比研究磁暴前后高能质子通量的变化,我们发现大部分磁暴(56/67)期间,绝热效应能解释内辐射带高能质子通量的变化;另外11次磁暴事件中非绝热效应可能起着重要作用.     

地球电场与地球磁场对大气中带电粒子的作用及其对气候的影响

地球自转带动非对等分布的正负电荷绕地轴做圆周运动产生相对于地轴静止的地球主磁场并形成地球电场,同时,由地球自转所带动的带电粒子受到地球电场和地球主磁场的作用.为探索地球气候变化的自然原因,创建相对于地轴静止的地磁参考系,应用经典物理学理论和方法,分析研究大气中带电粒子在地球电场和地球磁场中的运动规律.结果表明:气候带及季节性节律均为大气受到电磁力、热力及地球引力的共同作用而形成;地球电场与地球磁场变化使地球系统带电粒子受到的电磁力发生变化,对气候的影响是全方位的;大气具有一定的自动调节功能,当代气候呈极端化趋势与大气中地球主磁场极弱密切相关.本研究结论概括为四个方面:(1)地球电场使大气中带正、负电荷的粒子呈交错分层分布态势且地球南、北两极及赤道附近空间的电荷密度高.(2)地球主磁场使大气中带正、负电荷的粒子在垂直地球主磁场平面内作方向相反的圆周运动并带动荷电大气回旋形成气旋和反气旋环流.(3)荷电大气回旋规律为:在线速度大小不变条件下回旋半径跟总磁场磁感应强度与大气荷质比的乘积成反比;回旋角速度大小等于总磁场磁感应强度与大气荷质比的乘积,与线速度无关.荷电大气相对于地面的速度在各象限分布不对称.(4)地球电场、地球磁场、荷电大气的运动及其产生的感生电场和感生磁场,遵循麦克斯韦方程组和牛顿运动定律等经典物理学规律,是一个相互纠缠的整体,具有超越介质的遥相关和遥响应机制,能够使大气中的极性分子物质发生电离,地震前地电场和地磁场的异常变化可以在大气中形成地震云.感生电场和感生磁场使回旋的荷电大气作经、纬方向的耦合,形成经、纬方向的偶极子型环流和纬向环状型环流,使荷电大气的运动与地形地势及下垫面的电磁特性紧密相关.荷电大气的回旋具有正反馈机制,随着荷质比的增大能够形成台风、龙卷风等旋风.大气中尺度不同的环流系统,从东(西)风带、南(北)半球环状模,到热带气旋等,都是地球电场和地球磁场驱动的荷电大气的运动所致,准定常行星波是大尺度环流系统感生电磁场传播的结果.     

地磁场对1999年9月空间天气大事件的响应

1999年9月22－25日发生一个大磁暴（Dst=-164nT).磁暴主相开始的头1小时伴随有丰富的Pc型地磁脉动，包括Pc2,Pc3,Pc4等。在行星际磁场Bz由北向转向南向后，磁暴主相开始，南向分量达到最大值后大约2小时，地磁H分量达到最小值，恢复相开始，并且，这次磁暴与太阳风各参数以及星际电场也存在一定的对应关系。     

磁暴期离子上行与太阳风及地磁活动水平的统计关系

利用FAST卫星ESA仪器第23太阳活动周上升相(1997-1998年)的观测数据,选取20个磁暴期间能量为4～300 eV的离子上行事件,研究不同磁暴相位电离层上行离子的能通量与太阳风、地磁活动以及电子沉降的统计关系.结果表明:(1)在磁暴初相、主相和恢复相离子上行平均能通量为6.08×107eV/(cm2·s·sr·eV)、5.75×107eV/(cm2·s·sr·eV)和3.91×107eV/(cm2·s·sr·eV),初相期间上行离子能通量最大;(2)上行离子能通量与太阳风动压、行星际磁场Bz分量存在相关关系,相关系数分别为0.47和-0.38;(3)在磁暴初相、主相和恢复相上行离子能通量与Sym-H的相关系数分别为0.74、-0.77和-0.54,与Kp的相关系数分别为0.53、0.75和0.65,整体上离子上行与Sym-H指数的相关性好于Kp指数;(4)在磁暴初相、主相和恢复相上行离子能通量和电子数通量的相关系数分别为0.74、0.52和0.32,表明磁暴期间软电子(＜1 keV)沉降可以显著提高电离层离子温度;F区的等离子体摩擦加热和双极电场是离子上行的重要获能机制.本文构建的上行离子能通量与Sym-H和电子数通量的经验关系显著,可用于磁流体模拟研究.     

两次磁暴期间广东电网地磁感应电流的分析

地磁感应电流(Geomagnetically Induced Current, GIC)会对低纬和赤道地区高压电网安全运行构成威胁.本文利用广东肇庆地磁台在2006年12月14—15日,2015年3月17日两个磁暴发生期间监测到的地磁场数据,研究和计算了广东500 kV电网两条输电线路上由地磁暴激发的GIC,并利用NASA Space Physics Data Facility网站提供的太阳风和行星际磁场数据分析了该区电离层赤道电急流(Equatorial Electrojet, EEJ).结果显示:广东500 kV电网输电线路易受地磁暴引发的GIC干扰.GIC除和输电线路的长度、线路所处的地貌特征、沿海输电线路遭受到的海岸效应有关外,赤道电急流在GIC的激发方面起着重要的作用.赤道电急流对GIC的影响发生在地磁暴的急始期,也发生于地磁暴的主相期,和行星际磁场B_z在太阳风动压增加时产生的南向偏转有关.     

磁暴的形态分类与选定

本文主要阐述了根据国内外有关磁暴分析研究中对不同磁暴的形态、发展过程和分类所作的定性解释,作为我国中低纬度台站选定磁暴和识别磁暴类型的一种判别依据。磁暴的形态和机制的进一步研究,对编纂我国地磁台磁暴目录是有所裨助。文章最后对选定磁暴所存在的一些问题谈了初步的看法,仅提供讨论。     

远东地区一次典型的微粒E层事件

本文介绍了在1986年2月6日21时12分开始的急始型强磁暴主相期间,我国乌鲁木齐、兰州、北京、长春、满洲里、重庆和海南站观测到微粒E层的情况,结合同时的地磁、宇宙线和TEC的观测结果,电离层的各种变化和日本国分寺等5个地面垂测站的月报表,对1986年2月7日和8日午夜前后在远东地区出现微粒E层事件的概貌和特征作了初步概括和讨论。作者认为,粒子沉降可能是形成此次微粒E层事件的主要原因。     

当存在拋物柱体时点电源的电場

緒言 1931年韦伯解决了当存在球体和旋轉椭球体时,点电源的电場問题。1953年清野武推出了当存在旋轉抛物体时,点电源的电位公式。1956年哈尔芬又計算了存在压縮或延伸旋轉椭球体时,点电源的电位和电場公式。1957年德耶克諾夫解出了当存在圓柱体时,点电源的电位。对于在石油电法勘探中和地形影响中所常遇到的,当存