极隙区场向电流对高纬电离层电场和电流体系的影响

用Ｋａｍｉｄｅ－Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ方法,在行星际磁场具有较小的北向分量,且｜Ｂｙ｜＞＞｜Ｂｋ｜时,对磁语和磁扰状态以及Ｂｒ＞０和Ｂｙ＜０等不同情况,分别计算了场向电流引起的电离层电势、电场和电流体系．结果表明,极隙区场向电流的存在使高纬向日面区域的电势发生畸变,当Ｂｙ＞０时,无论是磁扰还是磁静日,极隙区电场具有显著的北向分量;等离子体对流有较大的西向分量;电离层电流为东向电流．当Ｂｙ＜０时,电场和等离子体对流的方向与Ｂｙ＞０时相反;电离层电流在磁抗日有西向分量,但在磁静日没有西向分量．电导率对电场和电流体系的影响十分明显,磁扰极光带电导率增强使电流涡从背阳面向向阳而漂移,与静日相比,磁扰时极隙区场向电流引起的电场畸变更为明显,但电场和电流强度的大小却基本保持不变．     

极隙区场向电流对高纬电离层电场和电流体系的影响

用Ｋａｍｉｄｅ－Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ方法，在行星际磁场具有较小的北向分量，且｜Ｂｙ｜＞＞｜Ｂｋ｜时，对磁语和磁扰状态以及Ｂｒ＞０和Ｂｙ＜０等不同情况，分别计算了场向电流引起的电离层电势、电场和电流体系．结果表明，极隙区场向电流的存在使高纬向日面区域的电势发生畸变，当Ｂｙ＞０时，无论是磁扰还是磁静日，极隙区电场具有显著的北向分量；等离子体对流有较大的西向分量；电离层电流为东向电流．当Ｂｙ＜０时，电场和等离子体对流的方向与Ｂｙ＞０时相反；电离层电流在磁抗日有西向分量，但在磁静日没有西向分量．电导率对电场和电流体系的影响十分明显，磁扰极光带电导率增强使电流涡从背阳面向向阳而漂移，与静日相比，磁扰时极隙区场向电流引起的电场畸变更为明显，但电场和电流强度的大小却基本保持不变．     

中高度极隙区电磁不稳定性

研究了中高度（离地心３－４个地球半径）极隙区上行电子束流和上行氧离子（ｏ＋）锥引起的沿磁力线传播的电磁不稳定性．采用的物理模型假定：上行电子具有单能束流分布函数,而上行氧离子（ｏ＋）锥可用单能环－束分布函数来描述．结果表明,左旋和右旋圆偏振的低频电磁模是不稳定的,激发不稳定性的自由能源主要由上行电子束流提供,而上行氧离子（ｏ＋）锥因自由能太小只影响频率色散关系,上行粒子（电子和氧离子）与背景等离子体密度比的变化对电磁不稳定性有重要影响．这些结果对解释权隙区纬度地面站低频电磁波观测资料和理解极隙区动力学过程是很有益的．     

中高度极隙区电磁不稳定性

研究了中高度（离地心３－４个地球半径）极隙区上行电子束流和上行氧离子（ｏ^＋）锥引起的沿磁力线传播的电磁不稳定性．采用的物理模型假定：上行电子具有单能束流分布函数，而上行氧离子（ｏ^＋）锥可用单能环－束分布函数来描述．结果表明，左旋和右旋圆偏振的低频电磁模是不稳定的，激发不稳定性的自由能源主要由上行电子束流提供，而上行氧离子（ｏ^＋）锥因自由能太小只影响频率色散关系，上行粒子（电子和氧离子）与背景等离子体密度比的变化对电磁不稳定性有重要影响．这些结果对解释权隙区纬度地面站低频电磁波观测资料和理解极隙区动力学过程是很有益的．     

极隙区一次长时间ELDI事件的观测研究

E层占优电离层（ELDI）是一种特殊的电离层垂直结构,表现出与偶发Es明显不同的时空分布和形态特征,但其形成机理尚不清楚.本文报道了发生在2001年7月15日的一次长持续时间（~2.3 h）的ELDI事件.地面雷达观测表明,该ELDI事件可以按照电子密度剖面不同的变化特征分为两个阶段.在第1个阶段里,E层密度大幅度增强而F层密度未有明显变化;在第2个阶段里,E层密度回落至正常水平而F层密度强烈耗空.卫星及其他地面设备的协同观测数据表明,高能离子沉降是ELDI第1阶段的主导形成机制,而强等离子体对流是第2阶段的主导机制.

     

极隙区Pc 3脉动特性的短基线研究

南极中山站和戴维斯站(不变磁纬74.5°)白天中午位于磁层极隙区,两站均安装了完全相同的感应式磁力计,选择1997年3月和1996年6、9、12月两站的数据,运用快速傅里叶变换和波形检查方法选择Pc3脉动事件,然后用信号互谱技术进行统计分析.结果如下:在中山站-戴维斯站,Pc3脉动主要出现于白天,尤其是中午/磁中午附近;Pc3脉动振幅及发生率均在6月份最小,在其他月份大些;Pc3脉动传播方向,白天主要向西.这些可能反映了电离层电导率和日侧电离层电流系统对Pc3脉动的影响.     

磁正午附近极光强度与沉降粒子能量关系的参数模型

极光是日地能量耦合过程中粒子沉降到极区电离层的最直观表现,对于理解地球空间环境及预测空间天气具有重要作用.本文利用2003—2009年的北极黄河站的多波段地面极光观测,结合DMSP卫星粒子沉降探测,对磁正午附近的极光强度与沉降粒子沉降能量之间的关系进行了定量研究.统计结果表明,在10—13磁地方时(MLT)630.0 nm的极光发光占主导,以低能粒子沉降为主;而在13—14MLT,630.0 nm/427.8 nm极光强度比值降低,沉降粒子能量较高.另外,利用极光强度与沉降电子的能通量以及极光强度比值与平均能量之间的函数关系,初步建立了北极黄河站磁正午附近极光强度与沉降粒子能量关系的反演参数模型,为将来空间天气的监测服务.     

极隙区电子束流模电磁不稳定性

解析地研究了中高度（离他心3－4个地球半径）极隙区极低密度上行电子束流引起的沿磁力线传播的电磁个稳定性,上行电子束流和背景等离子体都考虑成冷等离子体．结果表明,上行电子引起的左旋和右旋圆偏振电磁来流模是不稳定的,当它与离子回旋模耦合时增长率达到最大值,频率色散关系仍为电子束流模特征这此结果对解释权隙区纬度地面站低频电磁波观测资料和理解极隙区动力学过程是很有益的．     

极隙区电子束流模电磁不稳定性

解析地研究了中高度（离他心3－4个地球半径）极隙区极低密度上行电子束流引起的沿磁力线传播的电磁个稳定性，上行电子束流和背景等离子体都考虑成冷等离子体．结果表明，上行电子引起的左旋和右旋圆偏振电磁来流模是不稳定的，当它与离子回旋模耦合时增长率达到最大值，频率色散关系仍为电子束流模特征这此结果对解释权隙区纬度地面站低频电磁波观测资料和理解极隙区动力学过程是很有益的．     

极隙区纬度Pc 5脉动的传播和起源

南极中山站和戴维斯站均位于极隙区纬度附近,均安装了完全相同的感应式磁力计.选择两站的数据,1997年3月和1996年6、9、12月,运用信号互谱技术进行统计分析,结果得到:在中山站-戴维斯站,Pc5脉动出现时间范围较广,但以地方时中午/磁中午及磁午夜附近出现频次多,其振幅、传播及发生率季节变化不大.振幅白天变化小,中午有小峰,夜间有时有大值.传播方向白天以磁中午为界,晨侧向西传播,直至磁凌晨;昏侧向东传播,约在5:00MLT处转向.夜间约以20:00 MLT为界,之前向西传播,之后向东传播,磁黄昏附近,Pc5脉动传播方向变化较多,显得不规则.这些特征,反映了Pc5脉动在不同地方时段有不同的起源.     

高纬电离层特性的实例研究

本文利用EISCAT雷达资料讨论磁层-电离层耦合的高纬电离层效应。研究表明,即使在夏季极昼情况下,磁扰期间的磁层过程对高纬电离层形态的影响也远大于太阳紫外辐射的作用。高能粒子沉降使电离层E层的电子密度大大增加;而磁层对流速度变大会使F层内电离复合加强。因而,磁扰时经常出现ne（E层）>e（F层）的情况。此现象不仅与宁静时完全相反,而且与中低纬电离层形态变化也有很大差别。     

高纬电离层特性的实例研究

本文利用EISCAT雷达资料讨论磁层-电离层耦合的高纬电离层效应。研究表明,即使在夏季极昼情况下,磁扰期间的磁层过程对高纬电离层形态的影响也远大于太阳紫外辐射的作用。高能粒子沉降使电离层E层的电子密度大大增加;而磁层对流速度变大会使F层内电离复合加强。因而,磁扰时经常出现n_e（E层）>_e（F层）的情况。此现象不仅与宁静时完全相反,而且与中低纬电离层形态变化也有很大差别。     

场向电流驱动下电离层电场的时间演变

本文以Senior-Blanc的驱动电位随时间阶跃变化的简单模式为基础,讨论了随时间阶跃变化的场向电流驱动下电离层电场的时间演变。结果表明,场向电流驱动和电位驱动的总体过程是一致的。在两种情况下,有关物理量都经约50分钟的弛豫时间而趋向于稳定态。但两者也有一定的差异。这主要表现在,电流驱动下极盖区边界上的电位不再是常量,而是一个随时间作指数衰减的函数,最后趋于稳态值;极光区的稳态和初态电场相差不大。此外,电流驱动下场向电流2的稳态值小一些,似乎更接近于观测值;各区电位随纬度的变化更快些,最大电位出现的时间也更早一些。对屏蔽因子和屏蔽时间常数的计算表明,电流驱动比电位驱动的屏蔽要强些。这些都反映了电流驱动和电位驱动的不同特点。     

场向电流驱动下电离层电场的时间演变

本文以Senior-Blanc的驱动电位随时间阶跃变化的简单模式为基础,讨论了随时间阶跃变化的场向电流驱动下电离层电场的时间演变。结果表明,场向电流驱动和电位驱动的总体过程是一致的。在两种情况下,有关物理量都经约50分钟的弛豫时间而趋向于稳定态。但两者也有一定的差异。这主要表现在,电流驱动下极盖区边界上的电位不再是常量,而是一个随时间作指数衰减的函数,最后趋于稳态值;极光区的稳态和初态电场相差不大。此外,电流驱动下场向电流2的稳态值小一些,似乎更接近于观测值;各区电位随纬度的变化更快些,最大电位出现的时间也更早一些。对屏蔽因子和屏蔽时间常数的计算表明,电流驱动比电位驱动的屏蔽要强些。这些都反映了电流驱动和电位驱动的不同特点。     

1998年5月磁暴磁层电流体系的地磁效应分析

低纬度地区地磁场的短时变化主要由以下电流体系产生:电离层发电机电流(IDC)、对称环电流(SRC)以及由部分环电流和Ⅱ区场向电流及其电离层回路组成的内磁层三维电流体系(PRFI).此外,由Ⅰ区场向电流及其电离层回路组成的电流体系(FACI)所产生的低纬地磁场也是不可忽略的.本文针对1998年5月1-6日的大磁暴,首先利用多个同子午线台站对的数据分离并消去由IDC电流产生的Sq场.然后,通过线性建模分离其他电流体系产生的磁场成分.结果表明:(1)发生在5月1-6日的磁暴可以分为两个过程,PRFI和FACI电流体系在1-3日不明显,在4-5日伴随着亚暴强烈发生.(2)SRC的变化情况在第一阶段同Dst指数相似,在第二阶段明显滞后于Dst指数.(3)在5月4-5日,PRFI在SRC之前增强,随着PRFI和FACI的恢复,SRC开始增强.这一结果为我们了解环电流和场向电流的形成以及它们的关系提供线索.     

亚暴期间磁层和电离层相互耦合的计算

本文假设亚暴时跨尾电流被等离子体团中断,转向成沿磁力线流动的1区场向电流。根据文献[1]的模拟结果,算出场向电流在电离层中的分布。并以此场向电流为输入,计算电离层电势和电流。结果表明,场向电流强度可达1.5×106 A以上,与观测结果一致;它主要分布于70°N以北的区域。电离层电流主要以夜间西向电射流形式出现,主要成份是Hall电流;极区电位降最大可达190kV。本文还简要讨论了等离子体团的晨-昏向尺度对场向电流分布和电离层电导率对电离层电流的影响。     

1998年5月磁暴磁层电流体系的地磁效应分析

低纬度地区地磁场的短时变化主要由以下电流体系产生:电离层发电机电流(IDC)、对称环电流(SRC)以及由部分环电流和Ⅱ区场向电流及其电离层回路组成的内磁层三维电流体系(PRFI).此外,由Ⅰ区场向电流及其电离层回路组成的电流体系(FACI)所产生的低纬地磁场也是不可忽略的.本文针对1998年5月1-6日的大磁暴,首先利用多个同子午线台站对的数据分离并消去由IDC电流产生的Sq场.然后,通过线性建模分离其他电流体系产生的磁场成分.结果表明:(1)发生在5月1-6日的磁暴可以分为两个过程,PRFI和FACI电流体系在1-3日不明显,在4-5日伴随着亚暴强烈发生.(2)SRC的变化情况在第一阶段同Dst指数相似,在第二阶段明显滞后于Dst指数.(3)在5月4-5日,PRFI在SRC之前增强,随着PRFI和FACI的恢复,SRC开始增强.这一结果为我们了解环电流和场向电流的形成以及它们的关系提供线索.     

亚暴期间磁层和电离层相互耦合的计算

本文假设亚暴时跨尾电流被等离子体团中断,转向成沿磁力线流动的1区场向电流。根据文献[1]的模拟结果,算出场向电流在电离层中的分布。并以此场向电流为输入,计算电离层电势和电流。结果表明,场向电流强度可达1.5×10⁶ A以上,与观测结果一致;它主要分布于70°N以北的区域。电离层电流主要以夜间西向电射流形式出现,主要成份是Hall电流;极区电位降最大可达190kV。本文还简要讨论了等离子体团的晨-昏向尺度对场向电流分布和电离层电导率对电离层电流的影响。