在耀斑-日球电流片坐标系中——研究耀斑-激波相应地磁扰动的分布特征(Ⅱ)

本文采用一种新的坐标系——耀斑-日球电流片坐标系,对1966—1982年间由耀斑-激波所引起的277个耀斑-地磁扰动事件进行了分析.初步结果是:1.耀斑-地磁扰动事件在该坐标系中相对日球电流片的随机分布呈高斯分布,极大值在电流片附近;2.当地球和耀斑位于日球电流片同侧时,地磁扰动事件频次远高于异侧;3.地磁扰动强弱在该坐标系中的分布,亦呈现了同侧高于异侧,且极大值多在日球电流片附近;4.耀斑-激波能流密度ρ_2V_2~3及其跃变量ρ_2V_2~3-ρ_1V_1~3在该坐标系中具有十分类似于相应磁扰水平的分布,其离散程度后者略大于前者. 根据本文的结果可以看出,对耀斑-地磁扰动研究来说,近太阳日球电流片的存在是一个重要的特征面,它对耀斑-地磁扰动的产生和强弱水平有重要影响,使太阳耀斑活动与地磁活动效应之间的对应关系变得复杂化了.     

在耀斑-电流片坐标系中——研究耀斑-激波的传播特性（Ⅰ）

本文提出一种用于研究太阳瞬变扰动在日球空间传播的新坐标系--瞬变源-日球电流片坐标系,并运用该坐标系以瞬变源耀斑为例,分析研究了由地球近空飞船观测到的277个耀斑-激波事件,发现:1.引起行星际激波和地球物理事件的大耀斑（H_α≥2,持续时间>半小时）的频数在耀斑-日球电流片坐标系中呈高斯分布,极值在电流片附近,那种在日面坐标系中随日面纬度呈双峰形的分布看不到了;2.当地球观测者和耀斑位于日球电流片同侧时,耀斑事件频次明显高于它们分处不同侧时的情形;3.激波参数（速度、磁场、密度和温度）呈现了同侧高于异侧,强激波多在同侧观测到;4.激波沿日球电流片方向的传播具有一定优势.上述结果表明,日球电流片的存在对瞬变扰动,如耀斑-激波在日球空间,特别是近太阳的传播可能具有重要影响.     

耀斑-激波的南-北非对称性传播

本文根据宇宙线Forbush下降幅度随源耀斑纬度分布的新近结果,采用无量纲化的MHD平面斜激波跃变条件,推算得到子午面内一种可能的耀斑-激波模型。发现耀斑-激波在太阳子午面内的传播相对耀斑法线方向是非对称的,激波面后的动力学参数与磁场具有截然相反的非对称性分布;激波传播的最快方向倾向日球电流片方向。该模型可以解释太阳耀斑-地磁、宇宙线效应中的南-北非对称性现象,有助于了解高速等离子体和非均匀背景场之间的相互作用过程。     

地磁钩扰的全球响应特征研究与初步统计结果

地磁钩扰是太阳耀斑效应的直观表现之一,其研究有助于深入理解太阳爆发对地球空间环境的影响过程,并能为空间天气建模和预报提供科学依据.本文利用山东大学威海地磁台和Intermagnet地磁链与子午工程的地磁观测数据,联合GOES卫星及数字测高仪等的数据,研究了一个由M5.6级太阳耀斑引发的地磁钩扰事件的全球响应特征.研究发现：地磁钩扰特征呈现出南北半球与午前/午后的差异,且地磁响应相对于太阳耀斑存在约3 min的滞后现象,而夜侧无明显扰动;利用位于日侧的50余个地磁台站的数据统计分析后发现地磁钩扰幅度呈现正态分布,且在当地时正午附近达到峰值;利用地磁数据反演出钩扰发生时电离层的电流体系S_s和宁静日电流S_q,并用该电流体系解释了此事件中地磁数据的变化特征.另外,本文初步统计了1996-2015年的地磁钩扰事件数以及相关的太阳耀斑事件数,分析后发现X级耀斑引发地磁钩扰的可能性最大,达42%,由M级耀斑引发的地磁钩扰事件数最多,A、B、C级等小耀斑引发地磁钩扰的可能性很小.     

耀斑-行星际激波结构与相应地磁扰动结构间关系的分析（Ⅰ）

利用297个耀斑-行星际激波-地磁扰动事件,统计研究了耀斑-行星际激波等离子体结构与相应磁扰结构间的关系,新的发现是:当激波面后的磁场南、北分量不大时,激波等离子体结构决定着相应磁扰的基本结构形态,特别是等离子体热状态与相应磁扰的恢复相关系十分密切.由本文定义的激波能量传输指数--FS指数对相应地磁扰动能给出较好的描述.推论:除磁重联这类能量传输机制外,对于行星际磁场南、北分量较小时,还可能存在以等离子体过程为基础的决定磁扰变化结构的太阳风-磁层能量传输机制,应进一步研究.     

行星际激波的传播及其相应的地磁效应

基于 2.5 维理想磁流体力学（Magnetohydrodynamic,MHD）方程组分析了行星际激波在日球层子午面内的传播过程及其相应的地磁效应.日球层电流片（Heliospheric Current Sheet,HCS）-日球层等离子体片（Heliospheric Plasma Sheet,HPS）对于行星际激波的传播具有一定的阻碍作用.当行星际激波相对于HCS 倾斜传播时,相对于扰动源位于HCS 异侧的激波强度较同侧的明显减弱.局地激波面的法线（或形状）对通过激波阵面的磁力线发生偏转的程度和方向起决定性作用.沿激波传播方向其为准平行激波,磁场偏转程度较小,而其两侧部分则为斜激波,磁场偏转程度较大.位于HCS-HPS 位置处的波前形成凹槽,磁力线偏转程度明显加强.行星际激波对磁场的偏转效应是其驱动地磁暴的重要机制,而且地磁效应的强度与地球相对于HCS 的角距离Δθ_p有明显关系.数值模拟结果表明：任何行星际激波,Δθ_p=0°处均无法形成较大强度的地磁效应;沿HCS 传播的行星际激波,地磁效应最强的区域位于HCS 两侧;相对于HCS 倾斜传播的行星际激波,地磁效应最强的区域位于HCS 异侧.     

太阳γ及β_γ黑子磁埸区大耀斑的地磁效应

本文研究了1938-1958年间,太阳γ及βγ黑子磁場区的3級与3~+級大耀斑的地磁效应。用相关及迴归分析法,計算了太阳赤緯、日軸方位角及耀斑的日面經緯度等因素对于磁扰的彭响。根据分析結果,繪出了日面地磁扰动等值图。利用水手2号飞船上量譜仪測出的太阳风速度和相应的地磁A_p指数,算出了相关关系,并用此和上述日面地磁扰动等值图配合,推算了在耀斑发生以后,太阳风的径向分量沿地球軌道的分布。参考文內各相应的曲线,可以約略估計出耀斑发生后地磁A_p指数的大小。     

耀斑引发的激波初始速度对激波到达时间预测的影响

利用Hakamada-Akasofu-Fry运动学太阳风模型模拟了1981到1985卡林顿周的48个太阳耀斑事件激发的激波到达地球的时间.结果表明,对模式输入参数之一的激波初始速度进行调整,可以使模拟结果和实际观测基本一致.通过对发生在该时期多个事件的统计分析,分别得到日球表面东、西两半球耀斑爆发对应的激波初始速度调整...     

内日球子午面瞬态激波的传播特性

采用日球子午面内的二维三分量MHD模型,研究瞬态激波的传播特性,着重分析日球 电流片（HCS）、日球等离子体片（HPS）和低速流结构对激波传播的影响．结果表明,HCS 和HPS对激波传播几乎没有影响,而跨越HCS和HPS的低速流则显著改变激波的传播特性. 低 速流对激波的反射,导致激波扰动源一侧的激波速度加快、强度增强,低速流对激波透射的 阻碍作用导致激波扰动源异侧的激波滞后、强度减弱,但激波阵面的纬度跨度有所加宽．在 激波穿越过后,低速流区朝激波传播方向弯曲并受到骚扰,使得激波下游出现复杂的扰动结 构;对于激波扰动源同侧的激波下游,反射波与该处等离子体的相互作用同样会导致较为复 杂的扰动出现.     

行星际电流片与激波特性的东西不对称性

采用日球赤道面二维二分量MHD模型，研究行星际电流片对1AU附近激波的密度比、气压比、动压差和磁场强度比沿激波阵面分布特性的影响.结果表明，只有当扰动源靠近电流片时，这一影响才比较显著，且对电流片东侧扰动源形成的激波的影响较强.当扰动源位于电流片东(西)侧时，激波动力学参数峰值位置相对扰动源法向东(西)偏，磁场比峰值位置西偏的程度减弱(增强).电流片的上述影响与它对激波最快传播方向的偏转效应密切相关，而磁场强度比峰值总是西偏，则主要取决于行星际磁场的螺旋结构.     

从电离层垂直反射的二次回波的統計特性

在地面上用无线电方法研究电离层时,通常只利用电离层反射的一次回波,但是利用二次回波来研究电离层也是可能的。利用二次回波提供的补充知识,特別是利用一次和二次回波的同时观测结果的相互对比,在某些情况下,对电离层物理和电波传播的研究,具有特别的意义。在这篇文章中,将对垂直採测时从电离层反射的二次回波波場和振幅的统计特性,以及一次和二次回波之间的统计联系,进行一些理论上的计算;并根据这些计算结果,讨论一下利用二次回波研究电离层和电波传播吋的若干问題。     

行星际激波特性的数值研究

采用二维二分量 ＭＨＤ模型,应用 ＰＰＭ格式,研究内日球赤道面内 １ＡＵ附近激波波阵面参数的分布特性,以及太阳风速、扰动源宽度、扰动源初始传播方向和行星际电流片对分布的影响．结果指出：（１）均匀背景情况下激波阵面西侧为强磁场区,东侧的动压差比西侧大,而密度比和气压比基本对称;（２）背景太阳风流速和扰动源初始传播方向对参量分布影响较大;扰动源宽度影响不大;（３）当扰动源中心处于电流片东侧或西侧时,密度比、气压比和磁场比峰值均西偏,而动压差峰值和扰动源处于同侧;当扰动源中心与电流片重合时,激波阵面东西两侧都出现峰值,为双峰分布,东侧动力学参数大,西侧磁场强．上述结论与观测资料的统计结果趋势上是一致的．     

行星际速度增幅扰动的演化

采用二维理想MHD模型，分别在日球赤道面（二维二分量模型）和日球子午面（二维 三分量模型）内研究太阳风中纯速度增幅扰动的演化. 结果表明，该扰动在向外传播的过程 中逐渐演化为双重激波对，即由4个激波组成的激波系统. 该4个激波按离太阳由近及远依次 为后向快激波、后向慢激波、前向慢激波和前向快激波. 双重激波对在子午面内相对扰动源 中心法线基本对称，而在赤道面内则不对称：扰动源中心法线西侧双重激波对结构更为明显 ，所跨经度范围宽于东侧. 初步分析表明，行星际磁场的螺旋结构是产生日球赤道面内双重 激波对结构东西不对称性的主要原因.     

三维物性分布的位场计算

本文在连续层状模型的基础上,将Parker位场公式推广到更具一般性的两种三维物性分布模型中。此时岩石的密度ρ和磁化强度J不仅在水平方向上可以任意变化,而且在深度上可依指数或线性函数形式变化。新的位场公式仍具有严密而简明的特点。结合圣安德烈斯断层带的重力反演,介绍了它的应用、模型分解和双界面同时反演的技术。     

地球膨胀构造动力物理模拟的相似性研究

按照地球膨胀学说进行全球构造动力物理模拟的相似性研究，得到了膨胀地球岩石层弹性球壳力学模型的方程分析相似准则和地幔物质沿膨胀裂谷通道上涌流动的方程分析相似准则．按照各相似准则的约束，计算得到了满足与膨胀地球原型相似的模型参数：膨胀初始半径为０．４６ｍ；原始岩石层的厚度、密度分别为３×１０^－３ｍ和（１．２－１．８）×１０ｋｇ／ｍ^３，其强度为１０^４Ｐａ；原始地球膨胀内压为４．２５×１０^４Ｐａ；原始地表重力为－１．２５×１０^－２Ｎ／ｋｇ；上涌物质密度、粘度分别为１．２×１０^２ｋｇ／ｍ^３和２×１０^２Ｐａ·ｓ；原始地幔物质上涌厚度、速度和加速度分别为２．５×１０^－２ｍ，２．０×１０^－３ｍ／ｓ和３×１０^２ｍ／s²．由此表明材料物性等条件能够较好地满足原型要求的模型条件．