太阳风中磁场与等离子体流耦合的探讨

本文在忽略太阳风中磁场对粒子流温度影响的情况下,利用了两个研究太阳风的二元流体模型的结果,计算分析并讨论了在1AU内太阳赤道面附近,考虑磁场与等离子体流耦合后,各太阳风参数的变化情况。结果表明,太阳风中磁场对等离子休流的作用在方位角向较显著;磁场使太阳风方位角速度在1AU处的值可达到1.85km/s;低速太阳风的角动量主要由其中的磁场携带,磁场能逐步将其角动量传输给等离子体流。     

太阳风流速的太阳磁纬变化——一个三维背景太阳风模式

本文在简述当前在太阳坐标系中分析太阳风观测,研究太阳风三维结构的现状和问题的基础上,提出了太阳风参量太阳磁纬变化的概念,即在新的太阳磁坐标系中组织太阳风观测资料,分析太阳风参量相对于行星际电流片（而不是相对于太阳赤道）的空间分布。我们已做的1974年飞船观测资料分析和1976年行星际闪烁观测资料分析表明:存在着一个一致的合理的太阳风流速太阳磁纬变化规律。由此本文进一步提出了一个太阳风参量随太阳磁纬变化的背景太阳风模式。这模式不同于以前的各种无结构背景风模式（低速、平均、高速等）。文章最后讨论了这一背景结构的可能成因。     

Ulysses的观测与太阳风加速机理初议

Ulysses 是迄今为止第一次沿独特的日球纬度方向考察日球高纬度空间区域的飞船。本文描述了 Ulysses 飞船的部分主要观测结果,并进行了分析,在 Ulysses 飞船穿越太阳南,北极之前,科学家们提出了各种不同的太阳风速度、磁场等参量的纬向变化模型。分析表明,这些模型都不能解释 Ulysses 飞船的观测结果。Ulysses 飞船的观测对经典的太阳风理论提出了挑战,太阳风的加热与加速是一个远没有被解决的问题。观测与分析表明,经典热传导不可能驱动高速流,太阳风的加速伴随着加热的发生,而加热率大小可能与离子的回旋频率有关;太阳风的热源可能不是单一的形式,而且不同形式的热源对太阳的加热贡献大小与日球径向距离有关。本文讨论并分析了几种可能的太阳风加热与加速机制。     

基于行星际/太阳风和地磁条件的紫外极光卵边界建模和预测

极光卵的尺度大小与太阳风-磁层-电离层能量耦合过程紧密相关,准确预测其大小对空间天气研究和预报具有非常重要的意义.本文基于模糊c均值聚类算法,从Polar卫星紫外极光图像中自动提取极光卵边界数据(~1215000个赤道向边界点和~3805000极向边界点),统计分析其与太阳风等离子体、行星际磁场、地磁指数等之间的相关特性,并构建了以行星际、太阳风为模型参数(模型1)和以行星际、太阳风及地磁指数为模型参数(模型2)的2种极光卵边界多元回归模型.以模型预测的极光卵边界与实际极光卵边界之间的平均绝对误差作为模型评价标准,将本文预测模型与Carbary(2005)模型和Milan(2009)模型进行了对比.结果表明,模型2对极光卵极向、赤道向边界预测的平均绝对误差为1.55和1.66地磁纬度,优于Carbary和Milan模型(Carbary模型极向、赤道向边界的平均绝对误差为2.18和5.47地磁纬度,Milan模型极向、赤道向边界的平均绝对误差为1.71地磁纬度和1.90地磁纬度).     

慢太阳风中的小冕洞风和阿尔芬波

慢太阳风的起源是一个困扰空间物理领域多年的问题,一些研究人员认为慢太阳风中阿尔芬度比较高的部分起源于小冕洞或者是冕洞的边界,不过另外一些研究者发现高阿尔芬度慢太阳风在成分上和低阿尔芬度的慢太阳风并无显著差别.最近的一项研究中发现的慢太阳风中的小冕洞风并没有特别高的阿尔芬度.我们利用一个简单的二维太阳风模型计算了阿尔芬波和小冕洞风的传播;计算结果显示,由于阿尔芬波的传播特性,从小冕洞出发的等离子体和阿尔芬波动在传播到1AU的过程中会发生分离,形成了低阿尔芬度的小冕洞风和高阿尔芬度的普通慢风.这个结果定性地解释了慢太阳风中观测到的小冕洞风和高阿尔芬度慢风的特性,也为解开慢太阳风的起源之谜提供了新的思路.     

无限弹性介质中暂态标量波问题的有限模型

本文论述了一般暂态标量波的透射方法,以紧凑形式给出了直接用节点位移表出的透射公式。本文证明,对于任意入射角,透射方法的误差小于目前通行的粘性边界和旁轴近似情形的误差。本文还指出将透射方法的时间域结果推广到频率域以及将标量波透射边界推广到弹性矢量波的途径。     

行星际背景太阳风的三维MHD数值模拟

近地空间的太阳风参数预报具有重要的科学研究意义和实际应用价值,三维磁流体力学（MHD）数值模拟是太阳风参数预报的重要手段.本文建立了一套基于经验模型的三维MHD数值模型.模型的内边界设置在0.1天文单位（AU）处,在六片网格系统下利用TVD Lax-Friedrich格式求解理想MHD方程组,采用扩散法消除磁场的散度.模型以GONG的观测磁图作为输入数据,利用经验模型并结合卫星观测特征确定内边界条件.边界条件中保留了6个可调参数,以便适当调整参数使其方便适合模拟不同太阳活动期的太阳风.利用该模型分别模拟了2007年和2016年的背景太阳风,得到了太阳风速度、密度、温度和磁场强度,这些参数与ACE/WIND卫星观测符合较好.     

时变行星际太阳风模拟及其结果评估

背景太阳风对于地球附近的空间环境有着重要的影响,三维磁流体力学太阳风模型是背景太阳风研究和预报的重要工具.通过太阳光球磁场数据驱动的边界条件,我们发展了一个时变的行星际三维磁流体力学太阳风模型.使用这个模型,我们模拟了2008年全年的行星际背景太阳风,分析了该年太阳风结构全球特征的演化和行星际局地观测与日冕结构间的联系.实现了一套太阳风连续参数和特征结构模拟质量的定量评估方法.对2008年模拟结果的评估表明,模型较好地重现了背景太阳风的大尺度特征.模拟与观测速度间的相关性系数达到了0.6以上,行星际磁场强度与观测吻合得较好,捕获了全部的行星际磁场极性反转和82.76%的流相互作用区,行星际磁场极性反转的误报率仅为6.67%,流相互作用区的误报率仅为11.11%,两种结构的到达时间误差在1天左右.同时,通过综合分析评估结果,我们明确了高速流结构、内边界磁场分布等模型在进一步改进中需要重点注意的问题.     

多人工波速优化透射边界在谱元法地震波动模拟中的应用

将作者最近发展的多人工波速优化透射边界(记为ca j-MTF)应用于高精度谱元法的地震波动模拟中,并与经典的廖氏透射(MTF)边界、完美匹配层(PML)边界、黏弹性边界以及一阶旁轴近似边界进行了比较分析.结果显示:①ca j-MTF边界与MTF边界在形式上非常接近,它继承了后者公式简单、易于实现、精度可控、计算量低以及...     

无限域地基有限元分析的简化粘弹性边界

本文提出一种能用于无限域地基动、静力有限元分析的简单人工边界——粘弹边界，采用一层边界单元来实现。该边界弹簧部分采用弹性半空间Mindlin解计算，边界单元采用具有粘性阻尼的粘弹材料，通过确定合理的弹性模量、泊松比和粘性阻尼系数，不仅可以使边界单元能够模拟无限域远场的弹性恢复力，同时可以模拟粘性边界。通过算例分析，验证了该边界的有效性，它可用于土-结构动力相互作用分析。     

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。     

太阳风中Alfven湍流的起源

由动力Alfven波沿磁场方向传播的扰动非线性方程，用量纲分析法导出太阳风中Alfven湍流谱. 太阳风中观测到的湍流谱恰是由方程得到谱的特例. 我们提出太阳风中Alfven湍流是一支反向串级的湍流，正向串级的一支湍流已经用于日冕而耗散掉. 理论上提出这支反向的Alfven湍流产生机制是由于动力Alfven波的非线性色散造成的调制不稳定性驱动的.     

Comparative outline of the region of interaction of the solar wind with the Ionosphere of Venus and Mars

The general features of the region of interaction of the solar wind with the ionosphere of Venus and Mars are compared using data obtained with the Mariner 5 and the Pioneer Venus Orbiter (PVO) spacecraft for Venus and with the Phobos II, the Mars Global Surveyor (MGS) and the Mars Express spacecraft for Mars. Despite the overall weak intrinsic global magnetic field that is present in both planets there are significant differences in the manner in which the interplanetary magnetic field accumulates and is organized around and within their ionosphere. Such differences are unrelated to the crustal magnetic field remnants inferred from the MGS measurements around Mars. In fact, while in Venus and Mars there is a region in which the magnetic field becomes enhanced as it piles up in their plasma environment it is shown that such a region exhibits different regimes with respect to changes in the ion composition measured outside and within the ionosphere. At Venus the region of enhanced magnetic field intensity occurs in general above the ionopause which represents the boundary across which there is a change in the ion composition with dominant solar wind protons above and planetary O⁺ ions below. At Mars the region of enhanced magnetic field is located below a magnetic pileup boundary across which there is also a comparable change in the ion composition (solar wind protons above and planetary O⁺ ions below). It is argued that this difference in the relative position of the region of enhanced magnetic field with respect to that of a plasma boundary that separates different ion populations results from the peculiar response of the ionosphere of each planet to the oncoming solar wind dynamic pressure. While at Venus the peak ionospheric thermal pressure is in general sufficient to withhold the incident solar wind kinetic pressure there is a different response in Mars where the peak ionospheric thermal pressure is in general not large enough to deviate the solar wind. In this latter case the ionosphere is unable to force the solar wind to move around the ionosphere and as a result the oncoming electron population can reach low altitudes where it is influenced by neutral atmospheric particles (the solar wind proton population is replaced at the magnetic pileup boundary which marks the upper extent of the region where the interplanetary magnetic field becomes enhanced). Peculiar conditions are expected near the magnetic polar regions and over the terminator plane where the solar wind is directed along the sides of the planet.     

日食电离层效应

本文分析了1987年9月23日日环食期间,我国14个电离层站和1988年3月18日日全食期间两个站的垂测仪和偏振仪记录,并综合50年代以来历次日食电离层效应的观测结果,证实:1.E层和F₁层光食效应明显,F₂层动力学效应显著;2.f₀F₂存在日食日值大于、小于或等于控制日值三种典型情况;3.TEC食变曲线有凹陷和不凹陷两种典型情况,甚至出现日食日值大于控制日值的异常现象. 本文对F₂层和外电离层的动力学特征作了定性讨论,认为:空间等离子体温度急剧下降和沿场扩散是F₂层和外电离层日食效应的最主要因素;而磁赤道上空等离子体的沿场扩散、“喷泉”效应,热层风和全（环）食带方位是影响位于磁赤道异常区各电离层站日食电离层效应的主要因素.     

激波在磁盔－电流片位场中的传播：（Ⅰ）激波与磁盔间的相互作用

利用新近获得的子午面磁盔－电流片背景太阳风稳态解，对激波从盔底沿电流片方向往外传播时与磁盔间的相互作用进行了数值模拟研究，重要新结果是：１．磁盔的存在使受扰介质速度跃变中央出现下凹，随着激波传出磁盔区并沿电流片方向传播，速度下凹逐渐减弱以致消失；２．激波将磁盔拉长并把盔顶的环形（垂直赤道面）磁场带到行星际空间，成为行星际磁场南向分量的来源之一；３．５个太阳半径（Ｒ⊙）内的磁盔部分将出现精细结构，沿盔外边界形成两条高速带，以及马蹄形密度（亮）环形结构等．这些结果表明，太阳附近高速等离子体与磁盔间存在重要的动力学相互作用过程，对行星际空间的太阳风三维结构有重要影响．     

激波在磁盔－电流片位场中的传播：（Ⅰ）激波与磁盔间的相互作用

利用新近获得的子午面磁盔－电流片背景太阳风稳态解，对激波从盔底沿电流片方向往外传播时与磁盔间的相互作用进行了数值模拟研究，重要新结果是：１．磁盔的存在使受扰介质速度跃变中央出现下凹，随着激波传出磁盔区并沿电流片方向传播，速度下凹逐渐减弱以致消失；２．激波将磁盔拉长并把盔顶的环形（垂直赤道面）磁场带到行星际空间，成为行星际磁场南向分量的来源之一；３．５个太阳半径（Ｒ⊙）内的磁盔部分将出现精细结构，沿盔外边界形成两条高速带，以及马蹄形密度（亮）环形结构等．这些结果表明，太阳附近高速等离子体与磁盔间存在重要的动力学相互作用过程，对行星际空间的太阳风三维结构有重要影响．     

Diagnostics of solar wind streams and their sources in the solar corona

The studies are based on the experimental mass sounding of the interplanetary plasma near the Sun at radial distances of R = 4−70 R _S, performed at Pushchino RAO, Russian Academy of Sciences, and on the calculated magnetic fields in the solar corona based on the magnetic field strength and structure measured on the Sun’s surface at J. Wilcox Solar Observatory, United States. The experimental data make it possible to localize the position of the boundary closest to the Sun of the transition transonic region of the solar wind in the near-solar space (R ≈ 10−20 R _S) and to perform an interrelated study of the solar wind structure and its sources, namely, the magnetic field components in the solar corona based on these data. An analysis of the evolution of the flow types in 2000–2007 makes it possible to formulate the physically justified criterion responsible for the time boundaries of different epochs in the solar activity cycle.