地磁场结构对静止轨道≥2 MeV高能电子分布的影响

基于AE8电子辐射带模式和各地磁场模式,本文系统分析了地磁场模式、太阳风、地磁扰动、地磁轴指向对静止轨道≥2 MeV高能电子分布的影响以及静止轨道不同经度位置≥2 MeV高能电子分布的差异,并与GOES系列卫星实测结果进行了对比分析.结果表明,AE8+IGRF+T96模式所得静止轨道≥2 MeV高能电子分布结果优于AE8+IGRF+OPQ77模式或AE8+IGRF+T89模式结果,其大部分定性结果与GOES系列卫星观测结果较为一致,AE8+IGRF+T96模式所得静止轨道≥2 MeV高能电子分布与磁壳参量Lm、局地磁场B分别呈较好的负和正相关性.基于AE8+IGRF+T96模式得到在相同太阳风及地磁扰动条件下2010年每分钟静止轨道≥2 MeV高能电子通量分布结果,经分析得到：1年内每个时刻静止轨道上≥2 MeV高能电子通量最大值和最小值比值变化范围为2.50~7.51,变化主周期为1天,每天比值变化量都超过3;1年内静止轨道各经度位置每天内≥2 MeV高能电子通量最大值和最小值比值变化范围为2.98~6.00,比值随着时间和经度位置而变化;1年内同一天静止轨道各经度位置≥2 MeV高能电子日积分通量最大值出现在170°W附近,最小值出现在70°W附近,最大值与最小值的比值分布在1.86~2.13之间.以上所得静止轨道≥2 MeV高能电子分布变化主要来自Lm变化,B/B₀的影响小于5%,其中B₀为磁力线上磁场最小值.因此,在构建≥2 MeV高能电子分布模式时,需要考虑地磁场结构的影响,特别是Lm参数.     

国际上的空间天气计划与活动

随着科技的发展和进步,越来越多的国家和国际组织已经认识到空间天气的重要性.回顾了近些年来不同的国家和组织在空间天气领域开展的计划与活动,主要包括空间天气的一些天基和地基探测计划,以及相关的国际合作情况,最后简单介绍了中国在空间天气方面所做的努力.     

利用中国GPS站网对地震波引发的大尺度电离层扰动的观测

地震瑞利波在沿地表传输时衰减很慢,其能量在远离震中的区域仍然能够激发大气和电离层扰动.本文利用中国境内的GPS接收机网络观测电离层总电子含量(total electron content,TEC),分析了 2011年日本地震后在中国区域上空产生的电离层扰动.研究发现,瑞利波的能量从地面经大气耦合传输到电离层高度,导致在中国区域上空电离层出现与瑞利波传播同步的TEC扰动.利用中东部的稠密接收机网络,还揭示了扰动的大尺度二维空间结构:瑞利波经过后产生的TEC扰动呈条带状,在中纬度地区沿西北—东南方向排列,而在低纬度大致为东西方向.条带的转向可能与地磁场作用下的中性-离子耦合过程有关,大气波动导致的等离子扰动倾向于沿磁力线方向(向南)传播,从而形成垂直磁力线方向(东西)的波前结构.这是首次在远离震中的区域使用GPS站网研究地震波耦合电离层扰动的大尺度二维空间结构.     

电离层LBH日辉辐射大视场计算方法

LBH日辉辐射是由光电子与氮气分子碰撞激发而产生的,是电离层在远紫外辐射波段中最强的分子辐射信号.从空间对电离层LBH日辉辐射进行成像观测为高层大气状态的监测提供了一种强有力的方法.本文分析了LBH辐射的谱带特征,采用电子碰撞直接激发理论,使用球几何大气模型,针对大视场观测模式,给出了一种改进的LBH日辉柱辐射率计算方法RAURIC.RAURIC针对AURIC辐射算法的局限性主要有两点改进：一是增加了观测方位角;二是考虑了沿观测视线LOS方向上太阳天顶角的变化.我们使用RAURIC计算了140~180 nm波段的LBH日辉辐射,并与AURIC进行了比较,结果表明：在天底方向上,二者具有非常好的一致性;在其他观测方向上,尤其在大视场观测模式下,则需要使用RAURIC进行计算.本文工作为电离层LBH日辉图像模拟技术与数据反演技术的研制奠定了基础.     

地球等离子体层顶与地磁活动的关系研究

本文利用IMAGE卫星EUV相机观测的等离子体层图像,并采用最小L算法反演磁赤道面等离子体层顶位置.文中选取了2000-2002年间的3579幅等离子体层图像,并反演得到了时间间隔为1 h的等离子体层顶位置数据库,包含48899个等离子体层顶位置数据.利用该数据库统计研究了等离子体层顶位形随地磁活动的变化特性.统计发现等离子体层顶高度依赖地磁活动,与地磁指数Kp、Dst和AE均呈负相关,且等离子体层顶随地磁指数的变化趋势具有显著的MLT分布特性;亚暴活动对等离子体层顶演化的贡献在不同地磁活动期间有所不同,磁暴期间亚暴活动的贡献小,而地磁平静期亚暴的贡献大.本文研究工作为后续建立等离子体层顶模型和了解等离子体层顶的动态结构提供了重要研究基础.     

温度各向异性电子束流和电子环束流引起的电磁辐射特征

利用一维三分量完全电磁粒子模拟方法研究了由温度各向异性电子束流和电于环束流引起电磁辐射特征,结果表明它们都能激发高频宽带电磁不稳定性,其中环束流不稳定性（RBI）的非线性饱和水平比温度各向异性束流不稳定性（TABI）强,对RBI波在系统发展的线性增长阶段呈右旋极化,在非线性饱和阶段则主要呈左旋极化,而对TABI波在系统发展的整个阶段均享右旋极化．这些结果可应用于磁化星磁层射电暴的解释中．     

磁层顶边界区剪切流MHD不稳定性的非线性演化

本文利用MHD二维不可压模式,研究了地球磁层顶边界区剪切流引起的Kelvin-Helmholtz（K-H）不稳定性问题,得到了一个新的非线性微分方程组.理论和数值分析表明:该问题的非线性演化对初值非常敏感,而且在雷诺数和磁雷诺数给定的条件下,Alfven马赫数（M_A）对K-H不稳定性的非线性演化起决定性作用.这组方程蕴含几个吸引子,如不动点,极限环和奇异吸引子等,这体现了磁层顶非线性系统的复杂性.文中还发现背景磁场在磁层顶K-H不稳定性的非线性演化过程中起很重要的作用.     

利用区域大气静电场监测网临震预估地震灾害

本文通过震例研究提出一种临震前形成晴天大气静电信号异常的物理机制.在大震临震阶段,震中区域附近地壳结构发生临界变化,产生大量的岩石微破碎,岩缝间的通道很可能相互连通起来,并通过土壤缝隙,将包含微量元素的气体释放到空中,其中放射性同位素在弥散到空中的过程中不断产生衰变,特别是产生α粒子的放射性电离辐射.这使得大气充满异常多的正负离子,这些异常多的正负离子可能会产生与晴天大气相反的极化电场并被仪器监测到.本文提出了利用这种晴天大气异常静电信号来评估灾害性大震事件发生的组网监测方法,以及确定潜在震中位置、震级大小和发震时段的技术思路.     

强震前震中区域的临震气象和近地表大气静电特征

正通过对200多例国内外强震前7小时震中区域气象条件的分析,发现强震发生前均为晴天天气。据此选择晴天气象条件下发生的100多例3—8级国内外地震,分析大气静电场观测信号特征,发现震中及附近区域在震前约3—24小时的临震时段内,具有近地表静电场异常反向现象。文中用于研究的晴天气象条件标准是:(1)水汽少,即相对湿度要低(排除降水、雾、沙尘和气溶胶的影响,要求在关注时段干燥且能见度大于2 km,     

2011-2015年辐射带电子动态FY-3B卫星实测结果

FY-3B卫星为轨道高度约800 km,倾角98°的极轨气象卫星,星上高能电子探测器可开展宽能谱、高时间分辨的电子辐射长时间连续监测.20112015年极低太阳活动周期内,FY-3B卫星高能电子探测器对0.15～5.7 MeV不同能量高能电子在南大西洋异常区以外的辐射带区域的观测结果显示:在所有的辐射带区域,低能量的电子比高能量的电子更容易出现增强,填充槽区和进入到内带更低L区域的可能性更大.0.15～0.35 MeV的电子长期充斥于外辐射带和槽区,而1 MeV以上的电子大部分时间分布于外辐射带,在太阳风速度、地磁活动极弱的2014年呈现长时间极弱通量水平.2015年频繁增强的扰动导致电子通量水平整体升高,空间分布大范围扩散,1 MeV以上能量的电子在槽区位置也出现了分布.分析2014.5.10-7.30和2015.5.10-7.10两个典型时段内扰动参数对电子通量在不同区域动态分布的影响,结果表明:电子通量在外辐射带外边界区域动态与太阳风起伏变化关联显著.AE＜300 nT,Dst＞-30 nT,SW＜500 km·s-1的持续长时间低水平扰动条件下,电子通量分布内边界出现在不低于L～4的位置,通量峰值出现在靠近L～5的位置;而在太阳风速度和地磁活动显著活跃的时候,电子会穿越外辐射带深入到槽区,在外辐射带的通量峰值则出现在L约3.5～3.9的位置.2015年的3月和6月两起强磁暴使得电子向更低L注入,＞1 MeV以上的电子在低至L～2.8的槽区出现显著增长.在极低通量水平下,AE指数短时增加超过300 nT的亚暴活动会导致0.15～0.35 MeV电子超过1个量级的增长变化.上述结果对于准确认识辐射带电子不同时期的基本特性、发现能量电子动态潜在的基本物理过程,构建更准确的辐射带电子模型有着重要的参考意义.