对1989年3月13日磁暴的非线性分析

用非线性方法分析了１９８９年３月１３日大磁暴发生时地磁场的各分量，研究了非线性物理过程，讨论了非线性特征及其与纬度和Ｋ指数变化的关系，并指出地磁场是一个具有低昆沌的非线性系统。     

2004年11月7-8日巨磁暴期间场向电流的分布特征

利用CHAMP卫星磁场数据分析研究了2004年11月7日至8日巨磁暴(Dst<-200 nT)期间大尺度场向电流的分布特征.把方向相同且时间连续的一段场向电流定义为一个电流片,分析结果表明,伴随磁暴的发展,在卫星飞过的两个扇区(早上扇区0200-0400MLT及下午扇区1400-1600MLT)中的大尺度场向电流分布呈现不同的纬向分布特征:随着地磁扰动的增强,早上扇区电流片分布范围向高纬扩展;而下午扇区电流片分布范围则显著地向低纬扩展.与地磁活动SYM-H和AE指数对比分析得出,早上扇区的大尺度电流片的分布特征更多地受到亚暴活动的影响,而下午扇区的电流片分布则明显反映出磁暴环电流活动的特征.     

2004年11月7-8日巨磁暴期间场向电流的分布特征

利用CHAMP卫星磁场数据分析研究了2004年11月7日至8日巨磁暴(DstH和AE指数对比分析得出,早上扇区的大尺度电流片的分布特征更多地受到亚暴活动的影响,而下午扇区的电流片分布则明显反映出磁暴环电流活动的特征.     

1989年3月特强磁暴期间的电离层暴

用欧亚大陆地面电离层垂测站资料考察1989年3月12～16日磁暴期间的电离层暴形态及其发展变化. 特强磁暴引发的电离层暴是全球性的,但自磁层沉降的高能粒子对热层低部的加热程度及区域分布不同,因而各经度链区域内电离层暴的特征也有所差异. 本文研究表明,与理论推断对照,欧洲地区内F2层最大电子密度NmaxF2(或f0F2)并不出现正暴现象,而负暴自高纬向低纬的发展则与典型的热层环流结果相符. 此外,此磁暴过程期间在中低纬区存在明显的波动过程. 在亚洲高纬地区,磁暴初期13日有约10 h的正暴,而负暴过程则与欧洲地区类似,但不太清晰;且无波动现象. 磁暴期间,同一经度链的中低纬地区,夜间常发生多站同时的h′F突增. 本文再次证实这是一般磁暴期间常出现的普遍现象.     

1991年3月24日大磁暴

K=8和9的强大的地磁场扰动称之为大磁暴。1991年是太阳活动高值年,当刚刚进入多暴的季节(春秋季)时,3月24日就迎来了强烈的K=9的大磁暴。这次大磁暴是继1982年7月13日、1989年3月13日等大磁暴以后,出现的又一次K=9的强烈磁暴。通常平均每年有30-40个磁暴,但是K=9的磁暴却不一定每年都有。磁暴起源于太阳粒子流的辐射。在太阳的活动区域喷射出带电粒子流,当粒子流向着地球前进而接近地球时,粒子流前沿表面产生感应电流和磁场,粒子流继续向地球接近,在地磁场的     

1990年3月21日磁暴期间的电离层响应

利用美、欧、日等国非相干散射雷达观测的离子速度,高纬地磁站链1 min分辨率H分量及多站地面电离层垂测h'F等多种资料,对高低纬电离层的磁层耦合响应进行事例分析.除常规地磁资料外,极光区两雷达站对F层离子速度的测量是考察高纬电离层对流的很有效手段.本次中强磁暴期间赤道环电流指数Dst的最小值为-136 nT,但其最大的离子速度却超过2500 m/s,双对流圈的西旋则约为30°.从此次事件中极光区两雷达站离子速度的连续观测,得出了物理上合理的电离层对流形态,此图象得到地磁站链记录的有力支持.本事例的中低纬电离层响应再次确认了磁层扰动从高纬向中低纬穿透的事实.此外,Arecibo非相干散射雷达站资料又进一步证明:在同一经度链附近,磁暴期夜间电离层垂测h'F的多站突增现象是东向扰动电场从高纬穿透到中低纬,再通过E×H垂直向上的等离子漂移,使F层底部上升的结果.本文用高、低纬台站的多种观测资料较好地分析了该典型电离层物理现象.     

基于地磁台站数据对磁暴期间环电流和场向电流的分布特征研究

磁暴的发生与环电流的变化密切相关.除了对称环电流外,部分环电流在磁暴的发展过程中也起到了重要的作用,同时部分环电流通过场向电流与极区电离层中的电流形成回路.本文应用INTERMAGNET地磁台网北半球中低纬区域地磁台站数据,对不同强度4个磁暴事件主相和恢复相期间部分环电流和场向电流的磁地方时分布进行了分析和讨论.对于每一个磁暴事件,在低纬地区（地磁纬度约0°—40°N）选用地磁经度上大致均匀的8个台站,通过坐标转换计算平行于磁偶极轴的地磁场水平分量H来分析磁暴期间环电流所引起的磁场扰动;在低纬地区8个台站的基础上增加中纬地区（地磁纬度约40°N—60°N）地磁经度上大致均匀的6个台站,计算地磁坐标系下地磁场东西分量Y来分析磁暴期间场向电流在中低纬地区引起的磁场扰动.结果表明,磁暴主相期间的部分环电流主要作用于磁地方时昏侧和夜侧扇区,并且主相和恢复相期间部分环电流引起的磁场变化随着磁暴级别的增大而增大;磁暴主相期间向下的场向电流多出现在夜侧至晨侧扇区,向上的场向电流多出现在昏侧至午后扇区,且中纬地区向下和向上场向电流的展布范围明显大于低纬地区;恢复相期间弱、中磁暴事件的场向电流呈现与部分环电流相同的减弱趋势,而强、大磁暴事件在恢复相末期场向电流引起的磁场变化明显不同于恢复相的其他时刻,这可能与高纬较强的亚暴活动有关.

     

1991年3月24日磁暴期间南极地区地磁脉动的分析

重点分析了1991年3月24日在南极中山站和长城站观测到的丰富的地磁脉动现象,给出了各种地磁脉动发生的时间和主要特征,并对两站各种地磁脉动做了比较分析．这不仅可以认识磁暴期间南极地区向日面与背日面、高纬与中纬地磁脉动的不同表现,也帮助我们了解南极地区磁暴期间地磁脉动形态和磁暴过程的关系。     

1991年3月24日磁暴期间南极地区地磁脉动的分析

重点分析了1991年3月24日在南极中山站和长城站观测到的丰富的地磁脉动现象,给出了各种地磁脉动发生的时间和主要特征,并对两站各种地磁脉动做了比较分析．这不仅可以认识磁暴期间南极地区向日面与背日面、高纬与中纬地磁脉动的不同表现,也帮助我们了解南极地区磁暴期间地磁脉动形态和磁暴过程的关系。     

磁暴期间极尖区场向电子事件研究

根据Cluster卫星在中高度极尖区的观测数据,分析研究了两次连续磁暴期间极尖区场向电子事件的持续时间以及与Dst值和Dst时间变化率之间的关系.结果表明,磁暴期间场向电子事件的持续时间的范围为6~54 s,大多数场向事件的持续时间小于34 s;极尖区场向电子事件的最大密度和最大场向通量与Dst值没有明显的相关关系;而随着Dst变化率的增加,场向电子最大密度和最大通量也随之增加,场向电子最大密度与Dst变化率之间的相关系数为0.81,场向电子最大通量与Dst变化率之间的相关系数为0.56,下行电子最大通量与Dst变化率之间的相关系数为0.85.经讨论认为行星际磁场持续南向、太阳风速度和动压的急剧增加是引起场向电子通量增加的主要原因.     

1989年3月13日武昌地区太阳耀斑事件效应的观测结果

1989年3月13日太阳耀斑事件产生了丰富的地球物理效应。耀斑激波和耀斑粒子流引起强烈地磁暴。在武昌地区,磁暴急始发生于地方时3月13日09h30min,其初相期持续10小时（3月13日09h30min—19h20min）,主相期持续13小时（3月13日19h20min—3月14日08h20min）,至3月16日05h20min始恢复平静（图1）。     

1989年3月13日武昌地区太阳耀斑事件效应的观测结果

1989年3月13日太阳耀斑事件产生了丰富的地球物理效应。耀斑激波和耀斑粒子流引起强烈地磁暴。在武昌地区,磁暴急始发生于地方时3月13日09h30min,其初相期持续10小时(3月13日09h30min—19h20min),主相期持续13小时(3月13日19h20min—3月14日08h20min),至3月16日05h20min始恢复平静(图1)。     

1989年3月13日武昌地区太阳耀斑事件效应的观测结果

1989年3月13日太阳耀斑事件产生了丰富的地球物理效应。耀斑激波和耀斑粒子流引起强烈地磁暴。在武昌地区,磁暴急始发生于地方时3月13日09h30min,其初相期持续10小时（3月13日09h30min-19h20min）,主相期持续13小时（3月13日19h20min-3月14日08h20min）,至3月16日05h20min始恢复平静（图1）。     

1997年3月9日漠河日全食期间地磁脉动的主要特征

１９９７年３月９日漠河日全食期间分别在漠河地磁台,北京怀柔地磁脉动站和三亚地磁台开展了地磁脉动的观测。本文重点分析了３月９日０７：００ＬＴ至１１：００ＬＴ日全食前后漠河地区地磁脉动的观测资料,研究了日全食期间地磁脉动的主要特征,并对日全食期间地磁脉动的激发机制做了较深入的人。     

亚暴期间电离层场向电流的分布特征——CHAMP卫星观测

场向电流在不同的等离子体区之间传递能量、动量和质量,是磁层与电离层之间的关键耦合过程.本文利用CHAMP卫星高精度的空间磁场测量数据,研究亚暴期间极区电离层场向电流的统计学分布特征.研究表明场向电流的大小与所在位置呈现明显的日夜和晨昏不对称性,具体为：（1）场向电流的大小与亚暴极光电急流指数（AL）密切相连,AL愈大,电流愈强,亚暴期间电流强度相对平静期来说可增加约5倍,昏侧和夜侧电流强度与AL指数的相关性较好,晨侧和白天侧两者相关性较差;（2）电流的峰值密度所在位置与AL指数的相关性不高,昏侧电流所处纬度低于晨侧,而夜晚电流所处纬度低于白天侧.     

2015年3月磁暴期间中国中低纬地区电离层变化分析

2015年3月17日爆发了本太阳活动周最大的地磁暴,Dst指数达到-233 nT.本文利用电离层测高仪f_oF₂和h_mF₂、北斗同步卫星（BDS GEO）TEC以及GPS电离层闪烁S4指数对此次磁暴期间中国中低纬地区（北京、武汉、邵阳和三亚）的电离层变化进行分析,并对此次磁暴所引发电离层暴的可能机制进行了探讨.磁暴期间,中低纬电离层暴整体表现为正相暴之后长时间强的负相暴.3月17日白天中纬正相暴为风场抬升电离层所致,而驼峰区及低纬地区正相暴由东向穿透电场所引起;3月18日白天长时间的强负相暴为西向扰动发电机电场和成分扰动所引起;3月17和18日夜间的负相暴可能是日落东向电场受到抑制以及赤道向风场对扩散的抑制导致驼峰向赤道压缩所致,同时被抑制的日落东向电场强度不足以触发产生赤道扩展F,导致低纬三亚和邵阳夜间电离层闪烁在磁暴期间受到完全抑制.这是我们首次基于北斗同步卫星TEC组网观测开展的电离层暴研究.

     

地电场海岸效应：以2015年3月17日大磁暴为例

海陆电性差异较大时空间电磁扰动导致电荷累积在海陆分界面,使不同观测台之间地磁垂直分量出现从数十秒到几小时的异常增大,即海岸效应.为了探索地电场的海岸效应,本文提出了磁暴引起感应电荷的累积计算方法,基于2015年3月17日开始的大磁暴期间地电场观测数据,估算不同时间尺度的地磁脉冲引起的表层电流矢量强度和表层电荷量.结果显示,海陆边界附近台站的表层电流矢量方向指向内陆,海岸效应的影响区域比前人数值模拟给出的范围大2倍以上;说明海陆边界带是电荷聚集的主要区域,且正电荷聚集在电阻率较高的一侧.在海湾区域的南北向海陆边界,东西向的表层电流密度和表层电荷密度大于南北向;在典型脉冲加载下,海湾区域的表层电荷累积明显大于半岛区域.本文定量描述了表层电流和电荷的海岸效应以及海湾区域电荷积累的特征,为近海区域的大地电磁数据校正、GIC估计等提供依据.     

2015年3月磁暴期间中国中低纬地区电离层变化分析

2015年3月17日爆发了本太阳活动周最大的地磁暴,Dst指数达到-233 nT.本文利用电离层测高仪f_。F_2和h_mF_2、北斗同步卫星(BDSGEO)TEC以及GPS电离层闪烁S4指数对此次磁暴期间中国中低纬地区(北京、武汉、邵阳和三亚)的电离层变化进行分析,并对此次磁暴所引发电离层暴的可能机制进行了探讨.磁暴期间,中低纬电离层暴整体表现为正相暴之后长时间强的负相暴.3月17日白天中纬正相暴为风场抬升电离层所致,而驼峰区及低纬地区正相暴由东向穿透电场所引起;3月18日白天长时间的强负相暴为西向扰动发电机电场和成分扰动所引起;3月17和18日夜间的负相暴可能是日落东向电场受到抑制以及赤道向风场对扩散的抑制导致驼峰向赤道压缩所致,同时被抑制的日落东向电场强度不足以触发产生赤道扩展F,导致低纬三亚和邵阳夜间电离层闪烁在磁暴期间受到完全抑制.这是我们首次基于北斗同步卫星TEC组网观测开展的电离层暴研究.     

地磁脉动Pc5在2000年7月15～16日磁暴期间的特征

采用IMAGE链22个台站的地磁脉动10 s数据，分析了2000年6月15～16日磁暴期间Pc5地磁脉动的频率、振幅、位相和极化特征：（1）磁暴初相和主相期间Pc5脉动的主频率随纬度的升高而降低，但是恢复相期间主频率随纬度的升高而升高，主相期间Pc5的主频率比初相和恢复相期间的低；（2）Pc5脉动初相期间的振幅有一个主峰在64°N附近，主相期间在66°N附近，恢复相期间在71°N附近；位相在主峰两侧随着纬度变化了大约180°， 从初相到恢复相主峰位置向高纬地区大约移动了7°；（3）Pc5地磁脉动的偏振极化椭圆初相期间在PEL站（6346°N）接近线偏振，主相期间在MAS站（6607°N）接近线偏振，恢复相期间在BJN站（7133°N）接近线偏振，并分别在这几个台站两侧的偏振椭圆的旋转方向反向.