南大西洋异常区内辐射带高能质子辐射环境长期

完善和发展了绝热带电粒子漂移壳追踪方法(DSTM), 应用该方法进一步研究了内辐射带低高度高能质子辐射环境的长期变化, 并与卫星观测做了比较. 研究表明, 在过去的30年里SAA区1000 km高度, 高能质子通量显著增强, SAA区质子通量的中心区域显著西移和扩大, 理论预测结果与卫星的观测事实相符合. 高能质子寿命的计算结果证明了 DSTM是估算内辐射带高能质辐射环境长期变化的合理方法.     

南大西洋异常区内辐射带高能质子辐射环境长期变化的研究

完善和发展了绝热带电粒子漂移壳追踪方法(DSTM),应用该方法进一步研究了内辐射带低高度高能质子辐射环境的长期变化,并与卫星观测做了比较.研究表明,在过去的30年里SAA区1000 km高度,高能质子通量显著增强,SAA区质子通量的中心区域显著西移和扩大,理论预测结果与卫星的观测事实相符合.高能质子寿命的计算结果证明了DSTM是估算内辐射带高能质辐射环境长期变化的合理方法.     

磁暴期间环电流离子增长与磁尾离子注入的因果时序探测研究

TC-2卫星上的中性原子成像仪(NUADU)在2005年5月15日磁暴期间(并伴随有系列亚暴事件)记录了反映环电流离子连续变化的能量中性原子(ENA)图像探测数据.比较由中性原子图像反演的4 min时间分辨的环电流离子空间分布与地球同步轨道LANL系列卫星(环绕赤道面~6.6 RE)上同步轨道粒子分析仪(LANL-SOPA)原位离子通量探测数据,以及相同高度的同步系列卫星GOES的磁场数据,发现环电流区离子通量增长发生在磁力线尾向拉伸的亚暴增长相阶段,而不是发生在磁场偶极化之后.这一发现挑战了以往的环电流离子注入是磁场偶极化时由磁尾直接注入的概念,但仍需更多的观测实例进一步认证.     

2001年4月2日太阳耀斑及其太阳质子事件的观测结果研究

2001年4月2日, 太阳爆发了一个近年来X射线通量最大的一次耀斑并伴有质子事件, 利用“资源一号”卫星星内粒子探测器和神舟二号飞船X射线探测器的观测资料, 对这一事件的高能粒子响应进行了特例研究. “资源一号”卫星运行于太阳同步轨道, 高度约800km, 和宁静时期的统计结果对比, 这次耀斑后, 星内粒子探测器在地球极盖区（地球开磁场区）观测到耀斑粒子的出现, 这是宁静时期没有的; 神舟二号飞船轨道高度400km, 倾角为42°, X射线探测器在42°中高纬地区也观测到高能电子通量比宁静时明显的增加, 这表明, 太阳耀斑引起的近地空间辐射环境的变化遍及纬度约40°以上的区域, 甚至在40°N附近400 km左右的高度上仍然有响应. 但是, 中高纬度、极光带和极盖区的粒子来源, 加速机制和响应方式却不一定相同, 需要分别讨论. 资料分析和对比还表明, 质子事件的强度并不一定和耀斑的X射线通量成正比, 因此, 近地空间高能粒子对耀斑的响应也不是完全决定于X射线强度.     

风云一号C星空间粒子成分探测器及SAA区粒子辐射实测分析

FY 1C星空间粒子成分探测器能够实现对质子能谱、电子积分通量及重离子成分的同时测量.在第23周太阳活动峰年期间,空间粒子成分探测器对860km高度的南大西洋负磁异常区高能粒子辐射进行了长达3年的连续探测.本文根据实测结果,得出了南大西洋负磁异常区粒子辐射特征,分析了太阳质子事件和地磁暴对南大西洋负磁异常区粒子辐射的影响.     

重力场恢复中的基于星载GPS的低轨卫星简化动力学定轨方法研究

低轨重力卫星轨道的精确确定是获得精密地球重力场模型的前提, 而精密重力场模型又是获得高精度定轨结果的保证.本文简述了利用卫星重力方法恢复地球重力场及简化动力学方法确定低轨卫星轨道的数学模型，并简单分析和比较现有的几种重力场模型.用CHAMP实测数据，结合现有的重力场模型，系统分析、研究了不同阶次、不同重力场模型对低轨卫星定轨精度的影响；研究了不同间隔的随机速度脉冲在简化动力学方法中对模型误差的吸收、调节作用.计算结果表明，在定轨中，选择合理阶数的、较精确的重力场模型及合理间隔的随机脉冲参数，不但可以提高计算效率，更能提高定轨精度.     

基于Collocation积分法的LEO卫星轨道预报研究

低轨卫星轨道的高精度预报是一个非常重要而又棘手的问题.本文提出利用高精度离散的低轨卫星位置序列,采用Collocation积分法,通过动力学拟合,实现低轨卫星高精度短期预报的方法.该方法可以直接计算积分区间内任意时刻卫星的位置、速度及加速度.通过HY-2A及JASON-2卫星的精密星历数据,验证了该方法的效果.结果表明:HY-2A及JASON-2卫星的4 h弧长预报轨道3D RMS小于3 dm;预报12 h、24 h及48 h弧长轨道,其3D RMS分别小于2.3 m、4.3 m及8.6 m.     

星内粒子探测器观测结果与辐射带模型的比较

我们将资源一号卫星星内粒子探测器的观测数据与辐射带模式AE8/AP8的预测结果进行了对比，发现在南大西洋异常区的高能电子和质子的通量与辐射带模型的预测结果基本相同，而在两极极光带的电子通量比AE8模型预测的低得多.根据NOAA卫星的观测结果，可以认为这一差异主要是因为在南大西洋异常区（内辐射带）和两极极光带（外辐射带）的粒子投掷角分布的差异造成的.在南大西洋异常区粒子倾向于各向同性分布，而在极光带粒子各向异性明显，投掷角接近90°的粒子通量比0°投掷角附近的粒子通量大得多.     

NOAA系列卫星高能粒子数据一致性统计分析

顶部电离层是低轨道卫星的运行空间,是能量粒子沉降的重要区域,认识这个空间的能量粒子分布特征对研究各种空间天气事件、地震、火山以及其他人类活动引起的扰动具有重要的现实意义.本文利用位于顶部电离层的5颗NOAA系列卫星数据,统计研究了100~300keV的电子和80~2500keV的质子的全球分布特征.研究发现:高能电子和质子主要分布在两极辐射带和南大西洋异常区,两极辐射带观测到的高能电子通量比南大西洋异常区高几倍到一个数量级,而质子则相反;高能电子在两极辐射带地区通量分布具有不对称性,主要表现为在北辐射带西经75°到东经90°存在低值区,相对应的是粒子主要聚集在其磁共轭区,且其边界和南大西洋异常区相交;高能质子两极辐射带对称分布,在南半球东经0°至东经50°存在高值区.利用概率密度统计分析发现,各颗卫星在南大西洋异常区和两极辐射带的高能电子和高能质子通量总体上均呈正态分布.在南大西洋异常区,NOAA-15观测到的高能电子通量比其他卫星的低,NOAA-16观测的高能电子通量比其他卫星的高,各卫星的高能质子观测结果基本相同.在两极辐射带,各卫星观测的高能电子通量结果基本相同,NOAA-18和NOAA-19观测的质子通量最高,NOAA-16和NOAA-17次之,NOAA-15最低,其中NOAA-19比NOAA-15观测到的质子通量要高一个数量级左右.在磁暴期间顶部电离层高能电子的变化表明地磁指数Dst和空间粒子通量变化具有时间同步性.本文的研究成果将为我国下一代电磁卫星设计提供基础依据.     

不同卫星轨道高度对地壳磁场反演的影响研究

利用最新的波茨坦地磁场球谐模型(Potsdam Magnetic Model of the Earth,POMME)进行仿真实验,分别模拟出不同卫星轨道高度下的磁测数据.根据仿真的观测数据反演地壳磁场的高斯球谐系数,对反演结果进行对比和分析,总结出卫星轨道高度对反演结果的影响.针对CHAMP卫星实测数据进行地壳磁场反演,由不同轨道高度磁测数据反演得到的磁场(Magnetic Field,MF)系列模型,验证卫星轨道高度对反演的影响,从而为磁测卫星系统设计论证指标中的卫星轨道高度设计提供一定的参考和指导.     

The secular variation of inner zone high energy proton environment in the SAA

The main portion of the inner radiation belt en-countered by spacecraft in low-Earth orbits (LEOs) is concentrated over the South Atlantic Anomaly (SAA) where satellites observed the highest particle flux. The anomaly arises from the Earth’s magnetic field being less intense in the region centered near the east of the Atlantic coast of South America. The trapped radiation belt particles therefore have their lowest mirroring altitudes over the center region of the SAA. Drift shells in t…     

Dynamics of the ring current–magnetotail currents relationships during geomagnetic storms of different intensity

The results of studying the intensity of fluxes of 30–80 keV ions from the data of measurements of the NOAA (POES) sun-synchronous satellites during geomagnetic storms of different intensity are presented. For 15 geomagnetic storms with |Dst|_max from ~37 to ~422 nT, the storm-time maximum ion fluxes in the near-equatorial region (trapped particles) and at high latitudes (precipitating particles) have been considered. It is shown that the maximum fluxes of trapped particles, which are considered a ring-current proxy, increase with the storm power. In this case, if a smooth growth of fluxes is recorded for storms with |Dst|_max < 250 nT in the near-equatorial region, a significantly steeper growth of fluxes of trapped particles is observed when storm power increases during storms with |Dst|_max > 250 nT. This may be evidence of both an increasing of the contribution of the ring current relative to magnetotail currents to the development of high-intensity storms and to a nonlinear link between the ring current and ion fluxes at low altitudes in the near-equatorial region. Despite large variations in fluxes of precipitating particles in the polar region above the boundary of isotropization, a decreasing tendency, as a whole, in fluxes of these particles is observed with increasing the storm intensity. This is the evidence of the effect of saturation of magnetotail currents and of an increase in the relative role of the ring current during strong magnetic storms.     

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。     

国际参考地磁场模型中高阶球谐项对地磁场长期变化的影响

在国际参考地磁场（IGRF）模型中，高阶球谐系数比低阶系数小得多，所以高阶项对主磁场的贡献常被忽略不计. 但是，高阶项对主磁场的长期变化却有重大影响. 本文根据第八代IGRF模型，分析了IGRF 1945～1955中高阶球谐系数的异常特征对长期变化的影响，然后用修正IGRF模型估计并改正了这些影响. IGRF高阶项随深度增加而迅速增大，所以高阶系数的误差对深部磁场位形和磁场能量的计算有不可忽视的影响，对核幔界面流动状态的推断和地核半径的地磁估计有更为重大的影响.     

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.     

2000年中国地区地磁场长期变化的区域特征

本文用中国地磁场复测点和地磁台站资料,建立了2000年代中国参考地磁场长期变化模型CGRF-SV2000.模型显示,中国地区地磁场变化比较平缓,X、Y、Z、H、D、I、F七个地磁要素的“无符号平均年变率”分别为122 nT/a、82 nT/a、438 nT/a、118 nT/a、096(′)/a、299(′)/a、224 nT/a,比国际参考地磁场IGRF给出的全球年变率约小1/3到1/2.各地磁要素的变化显示,地磁北极正在向中国移近,或者说,中国正在向高地磁纬度方向移动,平均移动速度约为3(′)/a.磁偏角变化还显示,中国地区东西部偏角差异继续扩大.作为检验和对比研究,本文利用第8代国际参考地磁场（IGRF）模型,分析了全球地磁场长期变化的时空特征,讨论了全球长期变模型IGRF_SV与中国长期变模型CGRF_SV的异同点.对比分析表明,中国地区地磁场的长期变化与全球长期变化总趋势基本符合,但是,CGRF_SV也表现出一些特有的局部异常特征.     

IGRF-11描述的2005-2010年中国地区地磁长期变化及其误差分析

第11代国际地磁参考场(IGRF-11)是国际地磁学与高空物理学联合会(IAGA)于2009年12月提出的最新与比较准确的IGRF.根据IGRF-11模型,计算了2005-2010年中国地区地磁长期变化(SVC).IGRF-11所描述的2005-2010年中国地区地磁长期变化与实际观测的地磁长期变化(SVO)是基本一致的,但亦有明显差异.分析比较了在中国地区34个台站上的SVO与SVC之间的差异,并得到了它们之间的差值及其均方误差σ,对于地磁偏角和倾角,σ分别为0.35′/a与0.53′/a;对于地磁总强度、水平分量、北向分量、东向分量与垂直分量,σ分别为5.12nT/a,8.91nT/a,8.89nT/a,3.27nT/a与3.59nT/a.引起IGRF-11所描述的2005-2010年中国地区地磁长期变化的误差原因是:中国地区的区域性与局部性的磁异常、IGRF忽略了外源场与IGRF模型的截断阶数、全球台站与测点的分布不均匀、地磁观测误差等因素.由于中国地磁模型(CGM)优于IGRF模型,并能比较准确地描述中国地区地磁场及其长期变化,故在实际应用中应选用CGM.     

带电粒子在磁场中的运动区及其模型实验

本文讨论了带电粒子在电磁场中的运动区域.在计算过程中假定磁场是有势的,并且势函数分别考虑为轴对称与平面函数.计算结果表明:当磁场足够强时,粒子运动区的边界与磁力线是相似的.这个结果表明,我们可以根据磁力线图形确定带电粒子的运动区.此外,还将上述计算结果与模型实验做了对此,在磁场中的辉光放电实验里,放电中的辉光区部分相当于粒子的运动区,暗区部分相当于粒子禁区.对比结果表明,辉光区的边界与磁力线相似,其中有以下几个结果:（1）当磁场是一个偶极磁场,并且其磁短的大小大于其临界值时,则放电辉光将被捕获于偶极磁场中,其边界近似于磁力线;（2）当偶极磁场受到扰动时,设扰动场分别考虑为与赤道面上的偶极磁场方向相反的均匀磁场,以及位于捕获区之外在赤道面上的电流环磁场时,则偶极磁场磁力线将向外伸长,实验观测到被捕获于偶极磁场中的辉光将同时伸长,并且辉光区边界的变化与磁力线的变化是相似的;（3）根据中性线磁场中的辉光放电实验表明,辉光区的边界仍然与中性楱磁场的磁力线相似.由于气体放电中的现象比较复杂,因此要进行定量的计算是比较困难的,为此我们引进了一些简化假定,定量计算了辉光区在上进各种磁场中的边界,计算出来的辉光边界的大小和形状与实验结果是相同的.     

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。     

NOC model of the earth's main magnetic field

The international geomagnetic reference field (IGRF) is a standard model for describing the spatial structure and temporal variation of the earth抯 main magnetic field[1—3]. The first IGRF model, designated IGRF 1965, was adopted by IAGA in 1968[4]. In l…