磁云内局部高温质子的可能加热机制:磁场重联

磁云具有较强的磁场和较低的质子温度和Beta值等显著特征,但是大量的观测资料显示在磁云内部往往存在局部高温现象.磁云内局部高温的质子可能是由于其内部磁场重联引起的.以1995年10月18~20日磁云事件为例,该事件前边界到19日11:00 UT之间有一个明显地温度突起区,从这个持续时间将近31小时的磁云内部认证出了8个磁场重联出流区,且大部分磁场重联事件发生在磁云内部质子温度凸起的部分.所以磁云内局部区域的质子被磁场重联加热的可能性很大.     

地球磁层对磁云边界层的大尺度响应分析——个例研究

主要分析了WIND飞船2004年11月9日探测的磁云边界层引起的大尺度地球磁层活动.磁层响应主要包括以下3个方面:(1)磁云边界层内本身持续较强南向磁场驱动了一个强磁暴的主相.(2)由于磁云边界层内部较强南向磁场持续一段时间后发生向北偏转触发了一个典型磁层亚暴.文中详细分析了亚暴膨胀相发生时夜侧磁层各区域的观测现象,包括极光观测、高纬地磁湾扰、地球同步轨道无色散粒子注入现象、Pi2脉动突然增强以及等离子体片偶极化现象等.(3)磁云边界层和前面鞘区组成一个动压增强区,此动压增强区强烈压缩磁层,致使磁层顶进入地球同步轨道以内;当磁云边界层扫过磁层时,位于向阳侧地球同步轨道上的两颗GOES卫星大部分时间位于磁层磁鞘中,以致很长时间内直接暴露在太阳风中.利用Shue(1998)模型计算得到当磁云边界层扫过磁层时磁层顶日下点的位置被压缩至距地心最近距离为5.1RE,磁云边界层的强动压结构以及强间断面决定了磁云边界层对磁层的强压缩效应.强动压结构、多个强间断结构以及持续较长时间的强南向磁场是许多磁云边界层的共性,这里以此磁云边界层事件为例分析了磁云边界层的地球磁层响应.     

地球磁层对磁云边界层的大尺度响应分析——个例研究

主要分析了WIND飞船2004年11月9日探测的磁云边界层引起的大尺度地球磁层活动．磁层响应主要包括以下3个方面：（1）磁云边界层内本身持续较强南向磁场驱动了一个强磁暴的主相．（2）由于磁云边界层内部较强南向磁场持续一段时间后发生向北偏转触发了一个典型磁层亚暴．文中详细分析了亚暴膨胀相发生时夜侧磁层各区域的观测现象,包括极光观测、高纬地磁湾扰、地球同步轨道无色散粒子注入现荆、Pi2脉动突然增强以及等离子体片偶极化现象等．（3）磁云边界层和前面鞘区组成一个动压增强区,此动压增强区强烈压缩磁层,致使磁层顶进入地球同步轨道以内;当磁云边界层扫过磁层时,位于向阳侧地球同步轨道上的两颗GOES卫星大部分时间位于磁层磁鞘中,以致很长时间内直接暴露在太阳风中．利用Shue（1998）模型计算得到当磁云边界层扫过磁层时磁层顶日下点的位置被压缩至距地心最近距离为5．1RE,磁云边界层的强动压结构以及强间断面决定了磁云边界层对磁层的强压缩效应．强动压结构、多个强间断结构以及持续较长时间的强南向磁场是许多磁云边界层的共性,这里以此磁云边界层事件为例分析了磁云边界层的地球磁层响应．     

磁云内局部高温现象和太阳的观测关系

在磁云内部常常观测到反常高的重离子电离态,这些增加的重离子高价电离成分可以揭示其源区的温度特性.利用ACE卫星数据检查了1998年2月至2008年12月期间的74个磁云事件,发现14个磁云事件的内部具有明显的局部高温质子区.通过对这些高温区域内部质子温度与O~7/O~6比值和铁平均电离态áFe?进行相关性分析发现:9个磁云事件内部高温区域的质子温度和O~7/O~6比值或铁平均电离态áFe?具有一定的相关性,其余5个磁云事件内高温区域的质子温度与O~7/O~6比值和铁平均电离态都没有明显的相关性.这表明9个磁云事件内部的高温现象起源于太阳.     

用散射体波随机反演研究长白山火山区介质非均匀性

观测和研究表明,地球内部存在着不同程度的介质非均匀性,由地震波所揭示的介质非均匀尺度可达8个数量级。根据散射体与地震波长之间的大小关系,将地球内部介质非均匀性分为两类：即大尺度非均匀性（长波长非均匀性）和小尺度非均匀性（短波长非均匀性）。在当代地震学中,用确定性方法研究大尺度非均匀性已是众所共知的事情,目前技术方法也已比较成熟;对小尺度非均匀性的研究则是一个全新的研究领域,其理论探索和方法研究还处于起步阶段,本文重点对3D小尺度介质非均匀性进行了研究。     

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．     

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。     

太阳活动区磁场与CMEs和太阳质子事件

文中选了５ 个典型活动区, 分析了这些活动区的磁场, 与活动区相应的ＣＭＥｓ, 太阳爆发事件和太阳质子事件我们发现, 对于Ｅ ≥１０ｍｅＶ 的太阳质子事件有相应的源活动区, 源耀斑和ＣＭＥ; 活动区矢量磁场有剪切, 磁场剪切越强质子事件越强; 多数在质子耀斑发生前出现磁流浮现; 太阳１０ｃｍ 射电爆发持续时间长文中结果还佐证了Ｓｈｅａｌｙ 等的结果： Ｘ 射线耀斑的长持续时间与ＣＭＥ 的发生正相关另外,在５ 个活动区中, 有三个大耀斑发生前没有明显的磁剪切作为它们的先兆, 它们是非质子源耀斑这是Ｍｏｏｒｅ, Ｈａｇｙａｒｄ 和Ｄａｖｉｓ 的磁场强剪切是耀斑产生的必要条件的反例     

耀斑日面位置与磁扰关系的不对称性

本文探討了耀斑日面位置与磁扰关系的不对称性。經分析研究,得到（βγ+γ+β_f）型活动区耀斑的磁扰效应有明显的南北不对称性,但（β_p+β）型活动区耀斑却无此南北不对称效应。在太阳南半球,不論那种磁場类型活动区,发生在西边的耀斑要比东西或中心子午线附近耀斑的影响强,而在北半球只有（β_p+β）型活动区耀斑才有这种东西不对称性效应。在最近三个太阳黑子周內,这些不对称是經常存在的,而在春秋季表現最为明显。     

中纬电离层大尺度扰动的数值模拟

利用计算机模拟研究了不同条件下中纬电离层F区大尺度扰动的时空演变.当存在幅度约为5％的初始扰动时,Perkins不稳定性能发展成为大尺度电离层不均匀体.大气重力波能触发Perkins不稳定性,在更短时间内增长成为大幅度电离层振荡.非均匀局部电场结构也能产生局部电离层的大幅度扰动.本义的模拟表明,中纬电离层大尺度扰动主要表现为磁通管内等离子体沿磁力线的振荡.模拟结果与观测现象符合得很好.     

非均匀动压冲击和停止后产生的瞬时重联过程

在非均匀动压冲击期间和冲击突然停止,可引起等离子体边界层的局部瞬时重联过程．本文用二维可压缩ＭＨＤ数值模拟方法研究了这两个过程．结果表明：当大尺度的均匀横向流从一侧边冲击边界层时,磁力线不弯曲,也不发生磁场重联,只是边界层被推着向下游运动;当局部的非均匀动压（特别是横向剪切流）冲击边界层时,被冲击的同向磁场区磁力线逐渐弯曲,在弯曲的反磁场区,出现磁岛,然后在电流片区发生磁场重联,且逐渐形成准稳态的“反Ｋ型”重联结构;当横向剪切流冲击停止后,边界层区变为非常不稳定的系统,产生多种流体涡旋和流型,并相应地产生多种类型的磁场重联结构,直到涡旋消失变为湍动状态时,磁场拓扑才逐渐恢复到未扰动状态。我们提出,外力作用的突然停止,可能是驱动重联的一种新机制,并对这种重联过程在磁层物理中可能的应用进行了讨论．     

中国南极长城站的地磁现象及其初步分析

本文对南极长城站和北京台1986年1-3月的地磁日变化、磁暴、磁亚暴以及太阳耀斑效应进行了对比分析,不仅获知两地日变化一致和差别的条件,大磁暴和磁亚暴发展过程的全球一致性,而且获得太阳耀斑效应在背阳面也有所反映的有意义结果。     

地球附近第23太阳活动周磁云和非磁云ICME的对比统计

行星际日冕物质抛射（ICME）,作为影响地球空间天气的重要源头之一,根据其磁场结构特点可分为磁云（MC）和非磁云ICME两个子集.本文对第23周的磁云和非磁云ICME结构及其地磁效应进行对比统计研究.第23周ICME事件总数为317个,其中磁云占ICME比例为33.75%,非磁云ICME占66.25%.统计结果表明,非磁云ICME数与太阳黑子数呈现出非常好的正相关性,而磁云与太阳黑子数的这种相关性并不明显.相反,磁云占ICME的比率与太阳黑子数呈现出一定的反相关性.对磁云与非磁云ICME引起的地磁暴的比较研究表明：磁云及其鞘区引发的地磁暴平均水平要高于非磁云ICME及其鞘区.磁云和非磁云ICME的磁场强度、南向磁场强度和传播速度整体上都随地磁暴水平提升而增加.对磁云与非磁云ICME参数的进一步对比分析表明,磁云及其鞘区的平均磁场强度和南向磁场分量平均值都明显要比非磁云ICME的大;而二者的等离子体温度、密度和速度平均值相差并不明显.     

第22周峰年强耀斑活动及持续性预报

利用１９８９ 年到１９９１ 年的观测资料, 按面积把太阳黑子群分成五类统计分析了各类黑子群的强耀斑活动（Ｉ＞ ＝ Ｍ） 结果是： Ｓｍ ＞ ＝ ５００ 的黑子群占全部黑子群的６３ ％ , 产生了５６ ％ 的强耀斑近半数的强耀斑产生于面积小于５００ 的小黑子群文中分析了小黑子群产生强耀斑的磁场位形先兆, 这些先兆有： １） 磁流浮现, （２） 磁轴垂直, （３） 反极性活动区, （４） 活动区旋转, （５）同极性磁流合并或撕裂, 但仍有相当多的小黑子群产生耀斑前无任何先兆; 用极大熵谱的ＡＲ 模式计算了四个超级活动区的强耀斑活动周期： 分析讨论了持续性预报的适用范围以及它的弊病文中指出, 发展带有更多物理意义的预报技术和方法是提高预报水平和满足用户要求的唯一可取之路     

磁场重联中电子加速问题的物理分析和数值研究

观测表明耀斑中电子加速发生在软X射线耀斑环上方的磁重联区域.在重联电流片中被super Dreicer电场直接加速似乎是产生能量在10keV～10MeV之间高能电子的最直接的方式.本文的结果证明纵向电磁场可以有效地将电子“锁”在重联电流片上,使得横向电场得以直接加速电子.对于解释产生相对论性粒子的脉冲式耀斑,这可能是一个有效的机制.     

引力场中磁场重联的数值研究──（Ⅰ）磁岛的形成和合并

数值研究了引力场中电阻撕裂模不稳定性所引起的磁场重联，结果表明，在电流片长度Ｌ＝１Ｈ、半宽度δ＝Ｈ／２４的情况下，电流片两端附近将出现两个Ｘ线的磁场重联，并形成磁岛和高温高密度的等离子体团．磁岛宽度随着时间而增长，在ｔ≈５５τＡ时达到饱和，最大饱和岛宽约为４δ．同时从ｔ≈３７τＡ开始，磁岛中心位置逐渐下降；在ｔ＝５７τＡ时发生结合不稳定性，磁岛与底部附近的闭合磁场区合并，导致磁场湮灭和磁能的快速释放．另一方面，由于引力场和等离子体非均匀性的影响，顶部附近随时间而增长的等离子体外流速度达１．１４ＶＡ∞；磁岛中等离子体向下运动的最大速度达１．４１ＶＡ∞，且大于局地声速；在磁岛前方可形成快激波．这些结果可用于解释双带耀斑中后随耀斑环的形成、磁场湮灭和磁能释放、以及Ｄｏｐｐｌｅｒ速度图上观测到的红移现象．     

关于太阳宇宙线传播问题的研究

本文以行星际大尺度扇形磁场为基础,建立了研究太阳宇宙线在行星际传播较合理的扇形坐标系,并导出了太阳宇宙线在这种坐标系中的传播方程。同时研究了太阳宇宙线的一种扩散模型,扩散方程的解依赖于耀斑源在太阳上的磁径度,并得到了粒子强度随时间变化的特性,与观测结果比较,理论与观测资料符合较好。     

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.     

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.     

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ρ₂V₂³及其跃变量ρ₂V₂³-ρ₁V₁³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.