多层电流片中双撕裂模的耦合

应用边界层理论研究了多层电流片中m≥2的双撕裂模的耦合发展行为．在一阶近似下,解析求得了环位形中撕裂模的外区匹配参数Δ,所得结论对撕裂模的线性和非线性发展均有意义．结果表明,两有理面模之间的耦合总是使双撕裂模更不稳定．耦合的强度不仅与两有理面之间的距离和平衡状态有关,而且与模在两有理面发展的相对强弱有关．两有理面相距愈远,耦合相对愈弱;发展强的有理面处的模对另一有理面处的模影响更大．本文用所得结论对双撕裂模的初始非统性发展行为进行了分析．多层电流片中撕裂模不稳定性引起的自发重朕,可能对太阳耀斑、日冕加热、太阳风和磁层耦合等有重要影响．     

多层电流片中撕裂模不稳定性的数值研究

应用二维磁流体动力学模拟方法数值研究了三层电流片中电阻撕裂模不稳定性的特征及磁场重联过程．结果表明，这是一种复杂的非稳态磁场重联．在初期阶段，三个电流片中分别由撕裂模不稳定性引起磁场重联，形成薄而长的磁岛．随着撕裂模不稳定性的非线性发展，每个磁岛的宽度都逐步增大，以至导致新的磁场重联发生．同时，三个电流片的强度都逐渐减弱，且原中心反向电流区最终消失．部分磁能不断地转化为等离子体的热能和动能，引起等离子体的加热和加速．多层电流片中撕裂模不稳定性引起的自发重联，可能对太阳耀斑、日冕加热、太阳风与磁层耦合等有重要影响．     

地球远磁尾中的磁场重联——（Ⅱ）局部驱动力的影响

基于可压缩磁流体动力学模型,数值研究了由太阳风引起的局部驱动力对地球远磁尾中磁场重联的影响.结果表明,在远磁尾等离子体片中将发生强迫磁场重联,并形成磁岛和等离子体团.形成磁岛的特征时间很大于流动撕裂模不稳定性引起磁岛非线性饱和的特征时间.磁岛宽度随着磁Reynolds数S的增大而减小,随着尾瓣中等离子体压力与磁压之比值β_∞的降低而减小.认为太阳风引起的局部驱动力对地球远磁尾等离子体片中磁场重联的影响,可能不如流动撕裂模不稳定性那样显著.     

各向异性等离子体中撕裂模不稳定性和磁场重联的数值研究

应用二维三分量时变可压缩磁流体动力学模拟方法,数值研究了各向异性等离子体(P_⊥≠P_∥,T_⊥≠T_∥)中的撕裂模不稳定性和磁场重联过程.计算结果表明,在短暂的线性增长之后,不稳定性将趋于非线性饱和.线性增长率随着各向异性程度|P_⊥/P_∥|增强而增大,随着等离子体β值减小及磁场y分量By增大而降低.在强垂直各向异性(P_⊥>P_∥)的情况下,电流片中磁场重联形成的磁岛达到非线性饱和后,在X型点附近形成空腔结构;随着空腔的增大,磁岛逐渐变小,并最终消失.在P_⊥>P_∥情况下,仅在电流片中心区域可以激发火蛇管不稳定性,电流片中不能形成大型磁岛.     

等离子体片边界层内静电离子束流-密度漂移不稳定性

本文研究了地球磁尾等离子体片边界层内由离子束流和等离子体密度梯度联合作用产生的静电不稳定性.模型等离子体由向尾流动的冷离子束流、向地球流动的暖离子束流和背景暖电子组成,等离子体密度是非均匀的,等离子体β（热压强与磁压强之比值）很小,电子等离子体频率与电子退旋频率之比。ω_e/Ω_e》1.结果表明,斜传播的静电快、慢离子束流-密度漂移模能够被激发。     

地球远磁尾中的磁场重联（Ⅰ）流动撕裂模不稳定性

本文数值研究了地球远磁尾中流动撕裂模不稳定性所引起的磁场重联过程.结果表明,在短暂的指数增长之后,当磁岛宽度接近等离子体片厚度时,流动撕裂模不稳定性的增长率大大降低,最终磁岛宽度趋于饱和.磁岛的饱和宽度随着磁Reynolds数S的增大而减小,随着剪切流动层宽度δV的增大而增加.在S→∞的情况下,流动撕裂模将退化为流动颈缩模,磁场重联不再发生.当飞船通过由流动撕裂模不稳定性所形成的磁岛时,即可观测到磁场B_z分量由北转南或由南转北的现象.     

磁尾电流片撕裂模时间演化的非线性性态

本文运用摄动法解析地研究了磁尾电流片平板模型非线性撕裂模的时间演化及与晨昏电场的相互作用.结果表明,撕裂模的非线性时间演化最终会形成磁岛,磁岛宽度与扰动增长率的四次方根成正比;在扰动晨昏电场的作用下,磁岛宽度可发生尖点突变,尖点突变临界值所对应的晨昏电场扰动幅值约为5mV/m,这与磁亚暴发生时晨昏电场的幅值对应.     

磁层顶的漂移动力学磁声-Alfvén模不稳定性

本文得出了高β等离子体中在速度梯度、密度梯度、磁场梯度和温度梯度联合作用下的一种新的不稳定模:漂移动力学磁声-Alfvèn模,导出了线性色散关系,研究了模的特性并讨论了高β和各种梯度项对该模的影响,估算了垂直扩散系数。计算表明,在地球磁层顶边界区中漂移动力学磁声-Alfvèn模总是不稳定的。随着β增加,增长率起初增大,而后减小,这是此模的一个显著特性;速度梯度是驱动此模的重要自由能源;当扰动磁场为1nT时,垂直扩散系数可达～10⁹m²/s。从而说明漂移动力学磁声-Alfvèn模不稳定性产生的反常输运,有可能维持准定常的磁层对流,并且在边界层的形成中起重要作用。     

三维分层流动过双山脉地形激发的大气船舶重力波动力学理论和数值试验

利用我们建立的三维分层线性理论计算模式和中尺度数值模式ARPS, 分别研究了三维分层流动过双山脉地形产生的三维线性和非线性山脉重力波和大气船舶的结构特征及其形成机制.线性理论计算结果表明三维三层流动过双山脉地形时,两个山脉各自强迫出一个发散模态的山脉背风波,在第二个山脉背风面,三维三层流动过双山脉地形可以强迫出两个发散模态的拦截背风波,大大加强了对大气环流的拖曳作用.非线性数值模拟结果表明,流动过山所产生的非线性山脉重力波和大气船舶完全不同于三维分层线性理论计算模式所产生的山脉重力波和大气船舶的结构和特征,由于分层流体之间的非线性相互作用,三维三层流动过双山脉地形时,可在第二个山脉背风面激发4个发散模态的拦截背风波. 三维三层流动过双山脉地形所强迫的山脉重力波和大气船舶,具有同三维三层流动过孤立山脉所产生的山脉重力波和大气船舶完全不同的结构和特征,三维流动过双山脉地形对两个山脉之间的距离表现出极大的敏感性.对于相距较远的两个山脉,流动过双山脉所强迫的山脉重力波表现为4个发散模态的拦截背风波,波动的能量相对于相距较近的两个山脉能传播到更高的高度.     

基岩上均匀场地中透镜体对地震动的非线性放大作用

本文采用有限元方法研究基岩上均匀场地中透镜体对地震动的非线性放大作用,分析非线性放大作用和线性放大作用的差别,以及透镜体埋深、宽度、厚度以及输入地震波幅值和频谱等因素对非线性放大作用的影响.研究表明,透镜体的存在对地震动有显著的非线性放大作用,该放大作用可达30%;非线性放大作用一般小于线性放大作用;透镜体宽度对地表加速度反应谱的影响较大,埋深和厚度对地表加速度反应谱的影响较小;输入地震波幅值和频谱也有很大的影响.     

地球磁层顶磁场重联的动力学过程

用三维可压缩MHD数值模拟研究了在磁场重联过程中电子压力梯度项的效应研究结果发现在较高等离子体β,较小离子惯性尺度条件下,广义欧姆定理中压力梯度项在重联过程的作用不可忽略.在磁重联过程中,压力梯度项虽然没有明显改变磁场拓扑结构和重联速度,但它使电子和离子速度明显增大.由于在离子惯性尺度下,离子和电子运动解耦,电子是电流的主要载流子,所以场向电流也增大,并导致核心磁场明显增大.考虑到场向电流是磁层电离层耦合的一个重要因素,所以电子压力梯度项的引入加强了行星际磁场南向期间磁层电离层的耦合.电子压力梯度项还在重联区激发了波动,该波动可向重联区外传播.     

Numerical simulation of the mutual conversion of ordinary and extraordinary waves in a magnetised plasma by artificial ionospheric turbulence

Some effects of normal mode coupling in weakly anisotropic inhomogeneous plasma are analysed on the basis of the numerical solution of transfer equations for the Stokes parameters. The numerical analysis of normal mode conversion on a set of isolated irregularities demonstrates the possibility of an effective polarisation transformation on such structures. It is shown that by the appropriate selection of discrete irregularities of the external magnetic field direction or plasma electron concentration resulting in radio-wave refraction, one can control electromagnetic radiation polarisation characteristics. Analytical expressions for mean Stokes parameters have been obtained for the rare isolated irregularities. The opportunity for the simulation of mutual wave conversion processes in the ionospheric heating experiments is discussed.     

Stimulated scattering of high-power radio waves in multi-component collisional plasmas

The nonlinear coupling of intense radio waves with the low-frequency electrostatic perturbations of multi-component collisional plasmas is considered. Assuming the presence of two distinct groups of electrons and singly charged ions, we obtain equations for the radio wave sidebands and plasma slow motions that are driven by the combined effects of the radiation pressure and the differential Joule heating of the electrons. The mode coupling equations are useful for studying various types of stimulated scattering instabilities and envelope soliton formation. The relevance of our investigation to the simultaneous generation of density and temperature fluctuations by high-power radio waves is pointed out.     

涡旋诱发重联模型(Ⅰ)——动力学特性

本文首先从理论上系统地研究了涡旋诱发重联的基本动力学特性.包括:涡旋诱发重联的物理机制;Kelvin—Helmholtz(K-H)不稳定性和撕裂模不稳定性耦合过程;磁流体涡管的基本特性;不同尺度涡旋间的相互作用,动能和磁能间的转化及准稳态时流线、磁力线、等涡度线和等电流密度线的相似性等.用二维MHD数值模拟方法研究了上述一些特性,并与理论分析结论进行了比较.结果表明,模拟结果证实了理论推论.涡旋诱发重联是产生局部磁场重联的重要机制之一,该模型在磁顶区的应用将另文发表.     

涡旋诱发重联模型（Ⅰ）——动力学特性

本文首先从理论上系统地研究了涡旋诱发重联的基本动力学特性.包括:涡旋诱发重联的物理机制;Kelvin-Helmholtz（K-H）不稳定性和撕裂模不稳定性耦合过程;磁流体涡管的基本特性;不同尺度涡旋间的相互作用,动能和磁能间的转化及准稳态时流线、磁力线、等涡度线和等电流密度线的相似性等.用二维MHD数值模拟方法研究了上述一些特性,并与理论分析结论进行了比较.结果表明,模拟结果证实了理论推论.涡旋诱发重联是产生局部磁场重联的重要机制之一,该模型在磁顶区的应用将另文发表.     

地球磁层顶K-H不稳定性与撕裂模的耦合及涡旋撕裂模不稳定性

本文用二维MHD数值模拟研究了地球磁层顶同时存在速度剪切和磁场剪切时Kelvin-Helmholtz不稳定性（K-H）和撕裂模不稳定性（TM）的耦合过程。在雷诺数和磁雷诺数确定时,Alfvèn马赫数值（M_A）对耦合特性起决定性作用。在本文选取的参数条件下,若M_A<0.4,自发TM占主导地位;当0.4≤M_A<1.4时,TM受到K-H明显调制;如果M_A≥1.4,K-H引起的涡旋运动起控制作用,导致一种新的不稳定性产生。该不稳定性称作涡旋撕裂模不稳定性。其饱和后长时间渐近状态由一个大尺度的流体涡旋和同心磁岛组成。在地球磁层顶通量传输事件（FTEs）中它可能起着重要作用。