上游参数空间的激波连接

本文分析各类激波特别是中间激波的特性与上游阿尔文数、激波角和气压-磁压比的关系,阐明各类激波在上游参数空间的连接方式.主要结论是:当上游阿尔文波速大于声速时,慢激波和快激波可通过三种基本方式相互连接;当上游阿尔文波速小于声速时,激波连接只限于慢激波和中间激波之间.这些结论有助于进一步探讨混合激波的结构和演化规津.     

行星际中间激波的演化

本文采用特征线方法和激波装配法,对磁流体中间激波在行星际空间的演化过程进行数值模拟。主要结论如下:（1） 2→4型中间激波通过向下游发出后向慢压缩波使下游态磁场减幅,通过向上游发出前向快压缩波使上游态磁场增幅,以致2→4型中间激波迅速经导灭激波向慢激波转化;所发出的前向快压缩波经非线性变陡形成快激波。（2）1→3型中间激波首先通过向下游发出前向慢稀疏波而很快变成1→3=4型临界中间激波,并瞬间转变为由前向快激波和前向2→4型中间激波构成的激波系统。其中,2→4型中间激波可在其前导快激波的下游传播较远的距离,有可能为 IAU 附近的飞船观测到,但最终导灭激波转变为慢激波。     

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.     

地基观测的夜侧极光对行星际激波的响应

行星际激波与地球磁层相互作用通常会导致日侧极光活动增强,随后沿着极光卵的晨昏两侧向夜侧扩展的激波极光.行星际激波也可能直接导致夜侧扇区极光活动增强,甚至沉降粒子能通量的数量级可以与典型亚暴相比拟.本文首次利用我国南极中山站和北极黄河站连续多年积累的极光观测数据,对行星际激波与地球磁层相互作用期间地面台站在夜侧扇区(18—06MLT)观测的极光响应进行了分析.对18个极光观测事件的分析结果表明:行星际激波与磁层相互作用可以在夜侧触发极光爆发和极光微弱增强或静态无变化事件;太阳风-磁层能量耦合的效率以及磁层空间的稳定性决定着行星际激波能否触发极光爆发.     

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.     

上游参数空间的激波分布

本文从Rankine-Hugoniot关系出发,采用阿尔文数A₁、激波角θ₁和气压-磁压比β₁作为上游参数,导出了参数空间中激波区边界的解析表达式;讨论了各类激波在参数空间的分布范围和相互关系;指出只有当上游背景阿尔文波速超过声速时,才有可能通过中间激波实现快、慢激波之间的空间连接和时间演化.     

基于ARTEMIS卫星数据的月球轨道附近地球弓激波位型研究

地球弓激波是超音速太阳风和地球磁层相互作用的产物,以往由于数据所限,人们发展的模型仅考虑了近地情况,而对于远地弓激波的位型,以及其他因素例如行星际磁场B_y对弓激波位型的影响,人们还不是很清楚.通过统计分析ARTEMIS卫星2011年1月至2015年1月期间的弓激波穿越事件,首先拟合修正了Chao弓激波模型(最常用的弓激波模型之一)中尾部张角a表达式的系数,得到适用于中远地(月球轨道处,地心距离-20R_EX-50R_E)弓激波的模型系数,然后研究了行星际磁场B_y分量对弓激波尾部张角a的影响.结果表明:(1)拟合的模型系数相对于原系数来说,在中远地与观测结果更吻合;(2)弓激波尾部张角a随行星际磁场B_y分量的增大而增大,且正的B_y对张角的影响比B_y为负的情况影响更大.研究结果为进一步建立包含行星际磁场B_y分量的弓激波模型提供了参考.     

地球弓激波及其与行星际激波相互作用

给定地球轨道附近的行星际条件和地球弓激波的几何位形,本文分析向阳侧弓激波强度参数沿激波阵面的分布,以及行星际激波与弓激波的相互作用.对于弓激波阵面相对日地连线轴对称的情形,得到如下结论：（1）弓激波强度参数分布相对由行星际磁场和日地连线构成的基准面对称,各激波强度参数的最大值出现在基准面上.磁压比在垂直激波线一侧较大,而气压比在平行激波点一侧较大,导致总压比相对日地连线大致呈轴对称分布.（2）随着行星际磁场与日地连线夹角的增大,弓激波强度参数的最大值有所减小,且位置朝远离日下点方向偏移;但气压比和总压比的分布基本上不受影响.（3）行星际激波透过弓激波之后,切向磁场比更接近于1,但总磁场跳变幅度增大.（4）透过弓激波之后,行星际准垂直激波的总磁场比更接近于1,准平行激波的总磁场比则反之.     

MHD激波解的讨论

从Ｒａｎｋｉｎｅ－Ｈｕｇｏｎｉｏｔ关系出发，以激波切向磁场ξ、上游激波角θ_１和等离子体β_１值为参数研究各类激波解的特性及相互关系，阐明各类激波强度随介质β值的变化规律．结果指出：（１）在ξ＜－１的Ⅰ_ｂ型中间激波区和ξ＞４的快激波区存在双解；（２）慢激波可以直接和中间激波连接，但不能和快激波直接连接；（３）各类激波强度（用激波密度比衡量）随β_１值均有变化：Ⅰ_ｂ型中间激波上支随β_１值增加而下降，下支则上升；Ⅰ_ａ型中间激波和慢激波都随β_１值增加而下降；快激波双解区上支随β_１值增加而下降。下支上升；快激波在１＜ξ＜４区间的解随β_１值增加而上升。     

内日球太阳风的激波加热

利用HeliosA,B飞船1974年至1980年的太阳风探测资料,分析了不同速度间隔太阳风质子温度径向变化指数在太阳不同活动期的变化,以及不同太阳活动期间内日球行星际激波强度分布的变化．结果指出,在0．3-1．0AU区间行星际激波可能是太阳风加热的一个重要因素,这一因素在太阳活动高年可能起着主要的作用．激波MHD数值模拟也从量的方面表明激波加热太阳风的有效性．     

Shocks and sheaths in the heliosphere

This paper compares three kinds of shocks and sheaths; the bow shock and magnetosheaths of planets, interplanetary coronal mass ejection (ICME) shocks and sheaths, and the termination shock and heliosheath. We compare the energy balance across these shocks, fluctuations in the sheaths, asymmetries, and shock evolution. All three shocks and sheaths display asymmetries imposed by outside magnetic fields. Energy balance is often achieved through reflection of ions of the shocks, but in some cases no reflected ions are observed. The shocks may have similar small scale fluctuations which drive density changes in the sheaths.     

In situ local shock speed and transit shock speed

A useful index for estimating the transit speeds was derived by analyzing interplanetary shock observations. This index is the ratio of the in situ local shock speed and the transit speed; it is 0.6–0.9 for most observed shocks. The local shock speed and the transit speed calculated for the results of the magnetohydrodynamic simulation show good agreement with the observations. The relation expressed by the index is well explained by a simplified propagation model assuming a blast wave. For several shocks the ratio is approximately 1.2, implying that these shocks accelerated during propagation in slow-speed solar wind. This ratio is similar to that for the background solar wind acceleration.     

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.     

Interplanetary fast forward shocks and their geomagnetic effects: CAWSES events

The seven CAWSES interplanetary fast forward shocks and their geomagnetic effects during 2004–2005 have been analyzed. It is found that the arrival time of the shocks at Earth can be estimated within an accuracy of ～5 min. Furthermore, AL decreases are found to occur within 10 min of shock impingement on the magnetopause. It was also determined that there is a direct correlation between the interplanetary magnetic field southward directed (IMF B_s) prior to shock arrival and substorms triggered by the shocks. If the IMF is northward prior to shock arrival, the geomagnetic activity is present but is low. One interpretation of this result is that the preconditioning energy stored in the magnetotail leaks away rapidly. A correlation between substorm peak AL and shock strength (Mach number) has also been noted, which could imply that shock strength is important for the amount of energy released into the magnetosphere/ionosphere.     

行星际空间慢激波的演化

日心距离０．３ＡＵ以内形成的磁流体慢激波在向行星际空间传播过程中，通过向上游发出快压缩波而不断减弱．所发出的快压缩波经非线性变陡转化为快激波，形成由原慢激波和新生快激波构成的激波系统．强度不断减弱的慢激波将逐渐演变为准切向间断．这可能是在１ＡＵ附近很少观测到慢激波的重要原因．     

Alfvèn波与慢激波的相互作用

本文分析了斜入射波矢与背景磁场和激波法线共面时,一维小幅度Alfvèn波干扰下,慢激波的稳定性问题;论证了Alfvèn波在慢激波上的射线反射和折射规律;并就日冕慢激波情形进行了具体的数值计算。结果表明,除非上游法向流速接近上游法向Alfvèn波波速,在上述斜入射的Alfvèn波干扰下,慢激波总是稳定的。日冕慢激波是这种稳定性的一个例子;日冕慢激波的存在,能使起源于日冕向行星际空间传播（不管它起源于日冕慢激波之内或外）的Alfvèn波的法向能流密度增大。     

Generation and evolution of interplanetary slow shocks

It is well known that most MHD shocks observed within 1 AU are MHD fast shocks. Only a very limited number of MHD slow shocks are observed within 1 AU. In order to understand why there are only a few MHD slow shocks observed within 1 AU, we use a one-dimensional, time-dependent MHD code with an adaptive grid to study the generation and evolution of interplanetary slow shocks (ISS) in the solar wind. Results show that a negative, nearly square-wave perturbation will generate a pair of slow shocks (a forward and a reverse slow shock). In addition, the forward and the reverse slow shocks can pass through each other without destroying their characteristics, but the propagating speeds for both shocks are decreased. A positive, square-wave perturbation will generate both slow and fast shocks. When a forward slow shock (FSS) propagates behind a forward fast shock (FFS), the former experiences a decreasing Mach number. In addition, the FSS always disappears within a distance of 150R_⊙ (where R_⊙ is one solar radius) from the Sun when there is a forward fast shock (with Mach number \geq1.7) propagating in front of the FSS. In all tests that we have performed, we have not discovered that the FSS (or reverse slow shock) evolves into a FFS (or reverse fast shock). Thus, we do not confirm the FSS-FFS evolution as suggested by Whang (1987).     

地球极区电离层对行星际激波的响应

本文就地球电离层对行星际激波的动力学响应进行三维全球数值模拟研究．背景行星际磁场为螺旋场,南北分量为零;初始电离层由Ⅰ区场向电流和相应的晨昏电场所主导;行星际激波沿日地连线方向撞击地球．模拟结果表明,在激波的作用下,电离层Ⅰ区电流系统向子夜方向运动,在向阳侧相继出现与原Ⅰ区电流反向的异常场向电流对和同向的新生Ⅰ区电流对．该异常场向电流对在极盖区形成瞬间昏晨电场,尾随原Ⅰ区电流向夜侧方向漂移直至湮没．与此同时,新生的Ⅰ区电流不断增强并向夜侧和赤道方向延伸,最终取代原Ⅰ区电流,相应极盖区又恢复到原来的晨昏电场状态．这一响应过程和行星际激波强度有关：激波强度越强,新生的Ⅰ区场向电流也越强,它向赤道方向延伸的距离也越大,能到达的纬度也越低．上述结果在趋势上与观测到的输运对流涡旋和亚极光块的运动特征一致．