磁扰期间ULF脉动的场和热等离子的观测

在1982年10月31日1600-1830UT磁扰期间,DE1对ULF脉动进行了观测,地面的观测推测脉动是由太阳风速度和压力的突然增加激发的.在脉动期间0900LT 左右DE1通过了从磁纬-55——20°L～13-4的远地点.观测到的ULF 波是周向振荡的,它的前面是持续了一个多小时的逐渐衰减的长周期压缩波,磁场与电场振荡间的位相关系和计算出的Poynting 通量指出,在外磁层(L>8),DE1观测到含有很强极型分量的传播波,而随后在L<10.3看到的准正弦环型波是沿磁力线的驻波.环型波表现为四个波包,每个波包对应着不同的等离子体分布,在很大的磁层区域内观测到的波周期随L减小.磁壳之间似乎很微弱的相互作用意味着这个源是宽带源.对DEI穿过的磁壳磁力线脚部附近的几个高纬台站的磁变仪资料也进行了检验.地面上的地磁脉动包含许多频率分量,空间看到的最强波在同一条磁场线附近的地面上看到的却不常是最强信号.地面脉动的宽带特征表明,地面台站也纪录到相邻磁力线的振荡.在地面台站看到的主要频率约在2小时内大致保持不变,但与L有关,这表明DEI在空间看到的变化周期显然与L有关而并非随时间的变化.     

顶部电离层Pc3压缩波的波动特征

基于2014年至2017年SWARM三颗卫星四年的磁场观测数据,我们挑选出Pc3压缩波事件,研究了顶部电离层Pc3压缩波活动强度的磁纬-磁地方时分布、随磁地方时变化的季节特征以及地理经纬度分布,并进一步分析了Pc3压缩波发生频次的分布特征.结果表明,中高纬和低纬的Pc3压缩波可能存在不同的激发机制.中高纬地区的扰动强度随高度衰减,且高纬地区几乎所有地方时都可以观测到Pc3压缩波,可能主要是由入射的阿尔芬波与电离层相互作用产生;而低纬地区扰动强度没有明显的高度依赖性且主要发生日侧,可能主要是上游波以快模波的形式直接传播到电离层所致.同时,该研究结果给出了入射阿尔芬波和电离层相互作用耦合产生Pc3压缩波理论模型的观测证据.     

电离层Alfven谐振器对地面观测到的地磁信号的影响初步研究

本文研究了0.1~10 Hz频率范围内的ULF波从磁层到地面的传播,得到了解析解,分析了电离层Alfven谐振器、磁倾角、电离层电导率、以及波频率对地面观测到的地磁信号的影响.数值结果表明:在磁层中剪切波在竖直方向有明显的谐振结构;地面观测到的信号在IAR谐振频率出现极大值,其谐振频率随磁倾角的增大而增大;电离层电导率的变化可以改变IAR的谐振频率,并能改变波的透射,从而影响地面地磁信号的频谱.     

土星千米波辐射源及磁层内磁力线弯曲

本文提出一个模型，通过此模型得到土星千米波辐射源（Saturn's Kilometric Radiation Source）的分布.这个模型就是：磁层顶的开尔文-亥姆霍兹不稳定性（Kelvin Helmholtz Instability）会导致阿尔芬波沿着弯曲的磁力线传播到土星极区附近，并在这个过程中使土星电离层附近（1Rs高度，Rs为土星半径)的粒子加速沉降，发生回旋不稳定性（Cyclotron Maser Instability），进而产生R-X模式辐射的非寻常波（Extraordinary wave）.我们认为，极区发生回旋不稳定性的区域就是土星千米波辐射源的区域.本文求出了磁层顶附近开尔文-亥姆霍兹不稳定性发生在土星本地时（Saturn's Local Time）11 LT以前，得出了阿尔芬波沿磁力线传播到土星需要约383 min，求解出向阳面磁力线弯曲了约80°，最后得出土星千米波辐射源分布从黎明段的7～9 LT延伸到傍晚段的18 LT，并且黎明段分布的纬度比傍晚段低.     

基于CARISMA地磁台链观测的IPDP事件的统计分析

亚暴期间磁尾等离子体片离子注入内磁层能够激发电磁离子回旋(EMIC)波.对应于这种EMIC波,地面磁力仪可观测到周期逐渐减小的地磁脉动(IPDP).利用GOES卫星数据,地磁指数和加拿大CARISMA地磁台站的数据,我们研究了IPDP事件的产生与亚暴磁尾注入的关系.同时利用CARISMA地磁台链中的MCMU和MSTK两个台站,从2005年4月到2014年5月期间的观测数据,统计分析了亚暴期间的IPDP事件,研究了IPDP事件的出现率关于季节和磁地方时的分布特征.我们总共获得128个两个台站同时观测的IPDP事件.该类事件关于季节分布的发生率,冬季最小,为13.28%,春季最大,为32.81%,结果表明IPDP事件关于季节分布的发生率受到电离层电导率及亚暴发生率的影响.两个台站同时观测到的IPDP事件最大出现率出现在15—18 MLT(磁地方时),结果表明IPDP事件主要由亚暴期间产生的能量离子注入内磁层,西向漂移遇到等离子体层羽状结构(Plume)区的高密度等离子体所激发.     

基于瑞雷面波群速度频散反演上海地区S波速度结构

利用上海测震台网固定台站地震面波数据记录,通过多重滤波法提取周期为8—20s的瑞雷面波群速度频散曲线,反演得到台站下方介质一维速度结构。结果表明：对于整个上海地区,其剪切波速度横向不均性不明显,在相同深度,每个台站S波速度差异较小,上地壳平均速度约为3.6 km/s,中下地壳平均速度约为3.8 km/s、4.1 km/s。     

四川盆地中部浅层地壳一维剪切波速度结构初步研究

2010年1月31日四川盆地中部的遂宁发生了M5.0地震,四川盆地内部的台站观测到了很强的短周期面波波形数据。本文对地震数据的Rayleigh波和Love波提取基阶群速度频散曲线并反演得到四川盆地中部浅层地壳一维剪切波波速度结构。研究结果表明,四川盆地中部近地表剪切波平均速度约为2km/s,并且随深度逐渐增加,地壳深度在10km左右时,剪切波速度达到了3.5km/s。此结果适用于四川盆地中部以西,从遂宁到龙泉山附近,而四川盆地东部,从遂宁到华蓥山断裂不适用。该结果可为龙门山断裂附近的三维结构研究提供参考,并对强地面运动计算和区域内地震定位的研究有一定参考价值。     

超低频波粒相互作用分析器

地球磁层的超低频(ULF)波是导致能量带电粒子快速加速的主要原因,同时这些粒子又可以使ULF波发生阻尼,它们之间的相互作用的过程可以通过星载仪器来定量观测.作者根据波与粒子相互作用的原理,结合中高轨道三维空间电场测量系统DC和低频部分的频率响应特点,设计了一种针对ULF波的波-粒相互作用分析器,并进行了模拟实验和验证.该仪器具有快速、精确、结构简单的特点,在中高轨道卫星观测时能对ULF波与粒子的相互作用的过程进行实时的定量测量.     

基于中国东港台站的OH气辉成像观测数据对重力波波源的事件分析

利用东港（40°N,124°E）台站于2013年9月15—16日的OH气辉成像观测数据报告了两个重力波事件（1和2）.同时,结合北京十三陵（40.3°N,116.2°E）台站的多普勒流星雷达风场数据和位于39.4°N,130.6°E位置处的SABER/TIMED卫星的温度参数分析发现,观测的两个重力波事件于2013年9月15—16日02∶00—03∶00 LT时间段,和70~110 km高度是自由传播的.利用反射线追踪方法分析表明,重力波事件1和事件2分别产生于（39.3°N,117.2°E）和（47.1°N,121.3°E）.且事件1的波源位置与对流活动和大气向上向下运动过程中产生的不稳定性吻合较好.然而,通过ECMWF再分析资料和MTSAT卫星观测数据分析表明,事件2可能由对流活动或大气向上运动过程中可能产生的不稳定性导致.利用MERRA自地面到约70 km高度的风场数据分析表明,观测的重力波事件1和事件2的水平相速度分别是83.5 m·s^-1（事件1）和80.1 m·s^-1（事件2）,均大于低层-中层大气风速-10~45 m·s^-1.因此,观测的两个重力波事件是可能从低层大气传播到中层-低热层大气的.     

唐山北部地区浅层一维剪切波速度结构初步研究

2019年8月2日河北省唐山市路南区某矿井区发生M_L2.4巷道塌陷,基于塌陷周边台站观测到的短周期瑞雷波,提取面波基阶群速度频散曲线,并利用迭代反演方法得到研究区域地下10 km深度范围内的一维剪切波速度结构,用于精定位分析。速度分析结果表明,研究区域浅表剪切波速度约为2.46 km/s;深度为2 km时,塌陷周边存在小范围的低速区,速度约为2.57 km/s;深度约为4 km时,剪切波速度达3.47 km/s;深度为5～9 km时,唐山东部沉积盆地内存在1个剪切波低速层。精定位分析结果表明,增加浅层速度模型有助于提高深度较小的地震定位精度;塌陷周边的低速区向下延伸近20 km,为地震多发区。     

磁尾等离子体片中周期性高速流相伴随磁场超低频波

本文利用Cluster卫星2004年11月8日的观测数据,分析了磁尾等离子体片中与地向周期性高速离子流相伴随的ULF波.结果显示周期性高速流的速度波动与磁场和温度中的ULF波同时出现、同时增强、同时消失,而且波动的频率都集中在60~70 mHz.这说明磁场和温度ULF波与周期性高速流密切相关,周期性高速流是ULF波产生的来源.高速流波动的相位与磁场波动的相位大致反相关,与热离子温度波动的相位正相关,同时磁场波动与热离子温度波动呈相位反相关的特性.最小方差法分析的结果显示虽然波传播方向有地向分量,但其主要传播方向是向等离子体片中心传播,并与周期性高速流速度方向垂直.以上观测说明是高速流的周期性变化产生了磁场在Pi1频率范围内的ULF波.     

Letter to the editor The ionospheric response during an interval of Pc5 ULF wave activity

A preliminary analysis of Pc5, ULF wave activity observed with the IMAGE magnetometer array and the EISCAT UHF radar in the post midnight sector indicates that such waves can be caused by the modulation of the ionospheric conductivity as well as the wave electric field. An observed Pc5 pulsation is divided into three separate intervals based upon the EISCAT data. In the first and third, the Pc5 waves are observed only in the measured electron density between 90 and 112 km and maxima in the electron density at these altitudes are attributed to pulsed precipitation of electrons with energies up to 40 keV which result in the height integrated Hall conductivity being pulsed between 10 and 50 S. In the second interval, the Pc5 wave is observed in the F-region ion temperature, electron density and electron temperature but not in the D and E region electron densities. The analysis suggests that the wave during this interval is a coupled Alfven and compressional mode.     

柴达木盆地东部地震地面运动放大效应

柴达木盆地是青藏高原东北部大型断陷山间盆地,该地区的流动观测记录了2008年11月10日发生于大柴旦附近的M_W6.3地震。和附近的基岩上的记录相比,盆地内部的记录显示出非常显著的地面运动放大效应,表现为峰值速度的增大、持续时间的延长,其呈现出长持续时间的后续震相。傅里叶频谱分析表明盆地内部显著的后续震相的频率和直达波相比较低,地面质点运动轨迹图显示后续震相为面波运动特征。为了解释地面运动的差异,构建二维模型,通过交错网格高阶有限差分方法计算了地震波在盆地内部的传播过程,结果显示盆地内部低速层的存在造成直达波的放大以及多次反射与转换,盆地边缘结构造成的波的相干叠加产生了强烈的次生面波,其低频、大振幅、长持续时间的特征是盆地内部地面运动放大的主要原因。     

近磁尾TC-1观测到伴随有高速流的ULF波及不稳定性分析

2004年8月3日近地TC-1卫星在磁尾X_GSM~－12R_E的等离子体片内,观测到了伴随着高速流的低于离子回旋频率的波,即超低频波(ULF,Ultra Low Frequency).该波垂直分量的振幅在高速流及其振荡减速期间大致相当;而平行分量振幅在高速流时明显大于其振荡减速时. 利用一个扰动双流模型对完全磁化离子横场漂移驱动的电磁不稳定性计算后,预测结果表明:(1)对于垂直分量来说,横场漂移速度与Alfvén速度的比值影响不稳定性增长率和激发波频率,随其比值增加,增长率变大,激发波频率从负值增加到正值.(2)对于平行分量来说,温度各向异性时等离子体热速度与Alfvén速度比值只影响不稳定性增长率和激发波频率,未改变不稳定性模类别;而温度各向同性时离子横场漂移速度与Alfvén速度比值既影响不稳定性模的种类及其分支,又影响激发波频率.进一步将卫星观测到的等离子体密度、温度、整体流速和磁场代入模型方程,进行数值计算与上述预测结果对比后发现:卫星观测中垂直分量的功率谱密度(PSD,Power Spectrum Density)增强时间和频段与理论模型中由β_//、β_⊥和v_⊥/V_A引起不稳定性激发的波一致;卫星观测中平行分量的功率谱密度增强时间与理论模型基本相符,但是前者的频率明显地低于后者.因此,除了需考虑平行磁场的离子整体流速对不稳定性激发波频率的可能影响,还需要统计上进一步核实伴随有高速流的ULF波与不稳定性的相关性.     

Alfven波在低纬电离层中的传播研究

Alfven波在低纬地区电离层的传播有其特殊性,一方面,低纬地区同样存在Alfven速度梯度的巨大变化,导致电离层Alfven谐振器(Ionospheric Alfven resonator, IAR)的形成;另一方面,由于在低纬地区磁倾角很小,所以剪切Alfven波在传播的过程中纬度方向跨度很大,不同纬度电离层参数将共同对其产生影响;并且,由于电离层水平分层,故磁力线与电离层不正交.本文选取双流体力学模型,在忽略场向电场的条件下,利用非正交坐标系,结合IRI07模型与MSISE00模型模拟低纬地区Alfven波的传播,得到其反射及耦合特性.结果表明,低纬地区同样存在电离层Alfven谐振现象,由耦合产生的压缩模有向磁赤道方向传播的趋势,夜间电离层状态相对于白天更适合IAR的形成,谐振频率沿磁力线L值增大单调递增.     

Observations of PC5 pulsations near field-aligned current regions

Examples of long period Pc5 magnetic field pulsations near field-aligned current (FAC) regions in the high-latitude magnetosphere, observed by INTERBALL-Auroral satellite during January 11, April 11 and June 28, 1997 are shown. Identification of corresponding magnetosphere regions and subregions is provided by electrons and protons in the energy-range of 0.01–100 keV measured simultaneously onboard the spacecraft. The examined Pc5 pulsations reveal a compressional character. A fairly good correlation is demonstrated between these ULF Pc5 waves and the consecutive injection of magnetosheath low energy protons. The ULF Pc5 wave occurrence is observed in both upward and downward FACs.     

Satellite observations of Pc 1 pearl waves: The changing paradigm

Pc 1 pearls have been observed on the ground for about 70 years. During this time numerous publications have been written on the various properties of Pc 1 pearl waves, the related theory, and possible applications. Pc 1 waves with a clear pearl structure are only a fraction of all Pc 1 waves observed on ground, and this fraction depends on the latitude of observations, increasing from high to low latitudes. In fact, the spatial and temporal occurrence of Pc 1 pearls is closely connected with the location and development of the plasmapause. While it has been known roughly 40 years that Pc 1 waves are electromagnetic ion cyclotron waves generated by anisotropic, energetic ions in the near-equatorial magnetosphere, the formation of pearl structure is still largely in question. In situ observations of Pc 1 waves in the Earth's magnetosphere have been made since the 1970s by various satellites in different orbits. However, satellite observations of clear Pc 1 pearls are still rather few. Here we review a few crucial satellite-based observations of Pc 1 pearls, and evaluate their contribution to the understanding of pearl formation. We show that the long-held paradigm of the bouncing wave packet model is in serious contradiction with satellite observations and therefore outdated. Instead, observations support the idea that Pc 1 wave growth rate is successively modulated at the equator by long-period ULF waves.     

Magnetic Pulsations: Their Sources and Relation to Solar Wind and Geomagnetic Activity

Ultra low frequency (ULF) waves incident on the Earth are produced by processes in the magnetosphere and solar wind. These processes produce a wide variety of ULF hydromagnetic wave types that are classified on the ground as either Pi or Pc pulsations (irregular or continuous). Waves of different frequencies and polarizations originate in different regions of the magnetosphere. The location of the projections of these regions onto the Earth depends on the solar wind dynamic pressure and magnetic field. The occurrence of various waves also depends on conditions in the solar wind and in the magnetosphere. Changes in orientation of the interplanetary magnetic field or an increase in solar wind velocity can have dramatic effects on the type of waves seen at a particular location on the Earth. Similarly, the occurrence of a magnetospheric substorm or magnetic storm will affect which waves are seen. The magnetosphere is a resonant cavity and waveguide for waves that either originate within or propagate through the system. These cavities respond to broadband sources by resonating at discrete frequencies. These cavity modes couple to field line resonances that drive currents in the ionosphere. These currents reradiate the energy as electromagnetic waves that propagate to the ground. Because these ionospheric currents are localized in latitude there are very rapid variations in wave phase at the Earth’s surface. Thus it is almost never correct to assume that plane ULF waves are incident on the Earth from outer space. The properties of ULF waves seen at the ground contain information about the processes that generate them and the regions through which they have propagated. The properties also depend on the conductivity of the Earth underneath the observer. Information about the state of the solar wind and the magnetosphere distributed by the NOAA Space Disturbance Forecast Center can be used to help predict when certain types and frequencies of waves will be observed. The study of ULF waves is a very active field of space research and much has yet to be learned about the processes that generate these waves.     

地磁脉动Pc5在2000年7月15～16日磁暴期间的特征

采用IMAGE链22个台站的地磁脉动10 s数据，分析了2000年6月15～16日磁暴期间Pc5地磁脉动的频率、振幅、位相和极化特征：（1）磁暴初相和主相期间Pc5脉动的主频率随纬度的升高而降低，但是恢复相期间主频率随纬度的升高而升高，主相期间Pc5的主频率比初相和恢复相期间的低；（2）Pc5脉动初相期间的振幅有一个主峰在64°N附近，主相期间在66°N附近，恢复相期间在71°N附近；位相在主峰两侧随着纬度变化了大约180°， 从初相到恢复相主峰位置向高纬地区大约移动了7°；（3）Pc5地磁脉动的偏振极化椭圆初相期间在PEL站（6346°N）接近线偏振，主相期间在MAS站（6607°N）接近线偏振，恢复相期间在BJN站（7133°N）接近线偏振，并分别在这几个台站两侧的偏振椭圆的旋转方向反向.