磁层亚暴与磁层暴（Ⅰ）:等效电网络模型及其相关分析

采用等效电网络模型,研究了太阳风直接驱动和装卸载相结合的磁层暴与磁层亚暴全球过程和有关电流系统的时间演化,并与观测资料作了比较.电网络中诸参数基于观测事实确定.     

磁层亚暴与磁层暴（Ⅱ）:太阳风参数对Dst的影响机制研究

为了研究地磁活动指数D_st受太阳风参数影响,包括行星际磁场（IMF）南向分量B_st、太阳风速度V_?和太阳风-磁层发电机电动势U调制的机制,应用太阳风-磁层-电离层输入-输出[I（t）-O（t）]电网络模型,对磁层亚暴与磁层暴过程中,B_z（t）-D_st、V-a（t）-D_st和U（t）-D_st的激励-响应特性进行模拟。研究表明,B_z是形成亚暴与磁层暴的前提条件,V_st是形成亚暴与磁层暴的充分条件,二者统一于电动势U_st研究结果与观测结果一致。     

磁层源赤道电急流的模式研究

本文用数值计算方法对极盖区边界变化、其上驱动电势突然增减以及粒子沉降边界随时间变化等情况下,中低纬电离层电位分布及赤道电急流变化进行了研究。结果表明,赤道电急流明显地受到磁层-电离层电动耦合的影响。在白天到午夜的大部分时间内,当驱动势增强和扰动源向低纬扩展时,产生扰时附加东向赤道电急流;反之,有较强的磁层源西向电急流。计算结果解释了观测的主要现象,也表明观测结果的复杂性可能与过程不同阶段上电急流位相变化有关。     

水星磁层观测研究

水星磁层无辐射带、电离层、等离子层,大气层明显消失,只有微弱的外逸层.?由于磁层尺度小,行星内核感应效应较为明显.?行星空间环境显著区别于地球.?"信使"号卫星对水星磁层的观测研究丰富了对水星空间环境的认识和理解.本文主要从磁层尺度及变化性、磁场重联及磁通量绳的形成、典型磁层动力学活动过程、磁层行星重离子时空变化、极端...     

基于NOAA/POES卫星观测的磁层相对论电子起源的初探

本文利用低高度极轨卫星NOAA/POES的观测数据,并结合ACE卫星和Polar卫星的观测结果,研究分析了磁层相对论电子的起源. NOAA/POES卫星对于不同地磁活动时期相对论电子的分布和起源进行了较为详细观测, 分析结果表明（1） 亚暴期间注入磁层的能量电子可以为与磁暴相关的磁层高能电子暴提供种子电子;（2）太阳质子事件期间太阳风中的能量电子也可以为磁层中的相对论电子提供所需要的源.     

磁层中电离层离子的研究进展

本文概要介绍了地球磁层中电离层起源的离子观测特性及理论研究概况。研究资料表明，电离层是磁层离子的一个重要来源，电离层起源的离子在磁层动力学中可起主要作用。本文还作了简要评述和展望。     

基于JUNO卫星WAVES仪器波动数据的木星磁层哨声波分析研究

等离子体波的空间分布在木星磁层高能电子动力学过程中起着重要的作用.现有大多数对木星磁层哨声波的观测仅限于|λ|≤15°的磁纬范围内,但是最新的JUNO卫星WAVES仪器提供的波动数据使得更高纬度、更广区域范围内的等离子体波动分布研究成为可能.本文通过对JUNO卫星WAVES仪器数据进行分析处理,详细研究了木星磁层哨声波的空间分布特性.观测表明,存在位于高LJ、高磁纬的木星磁层哨声波,它们广泛分布于距木星中心距离35～75个木星半径、磁纬为|λ|≤30°的空间区域.分析研究发现,WAVES仪器观测的木星磁层哨声波幅度一般为几个pT,远小于地球磁层哨声波的强度.木星磁层哨声波幅会随着LJ的增大缓慢增加,也会随着磁纬的减小趋向平缓变化.基于以上观测事实,本文利用指数幂函数分别拟合得到木星磁层哨声波幅随LJ和磁纬变化的经验模型.该模型将有助于精确理解哨声波对木星磁层高能电子动力学过程的重要影响.     

地球磁层里磁泡的跨尾尺度研究

爆发流(Busty Bulk Flows)事件是发生在地球磁层里的等离子体输运现象,磁泡模型能很好地解释这一过程.现有的理论和观测事实已给出了对磁泡在跨尾方向上的尺度以及其他重要的物理参数的估计,但由于观测手段的限制这些参数并不十分精确,而只是个数值域.本文从最新的Tsyganenko磁层模型出发,利用磁泡在极光区根部的位置参数和自编的磁力线跟踪程序,通过映射给出了对应的磁泡在磁赤道面跨尾方向上的尺度.计算结果与理论预计和观测事实相符.     

水星内磁层等离子体带及电流体系

水星是太阳系中离主星最近的和最小的类地行星,它具有独特的空间环境.水手10号(Mariner 10)确认水星拥有全球性内禀偶极磁场和磁层.但是由于早期观测有限,人们通常将水星磁层简单地视作地球磁层的缩小版来研究.不过,在信使号(MESSENGER)访问水星之后,人们认识到水星和地球的空间环境有巨大差异.通过更深入的分析研究,人们发现在水星内磁层中,夜侧磁赤道面附近有带状的等离子体分布,并且该等离子体带可能与多种磁层电流体系(分叉环电流、亚暴电流楔和东向电流等)密切相关.在贝彼哥伦布(BepiColombo)计划揭开水星研究的新篇章之际,本文回顾近些年来与水星内磁层等离子体带及相关电流体系有关的研究,并指出相关研究将是未来水星空间环境的前沿热点.     

月基软X射线成像仪——对地球磁层的全景观测

文章提出以月球科研站为平台,配置一台具有宽视场和高分辨观测能力的软X射线成像仪——月基软X射线成像仪(LSXI),以实现对地球磁层的全景成像.LSXI是一种宽视场的软X射线望远镜,可以对太阳风电荷交换过程(SWCX)产生的软X射线进行动态成像,通过软X射线图像获取地球磁层边际与结构特性.地球磁层全景观测对于理解太阳风-...     

地球磁层的磁场模型

1958年卫星探测发现了磁层,至今已有半个世纪,对磁层电场、电流体系、磁场、粒子分布和等离子体波的探测研究构成了空间物理的重要内容,其结果是各种磁层模型的出现.本文简要综述磁层磁场建模的基本原理、方法和发展历史,对十几种重要的磁层模型的特点、局限性和适用范围进行了对比分析,以Tyganenko模型为例,讨论了磁层模型发展的趋势.     

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.     

2001年1月26日高纬磁层顶通量管事件的观测研究

2001年1月26日11:10～11:40UT, ClusterⅡ卫星簇位于午后高纬磁鞘边界层和磁鞘区,此 时行星际磁场Bz为南向. 本文对在此期间观测到的多次磁通量管事件作了详细的研究 ,获得一系列的新发现：（1）高纬磁鞘边界层磁通量管的出现具有准周期性,周期约为78s ,比目前已知的磁层顶向阳面FTE的平均周期（8～11min）小得多. （2）这些通量管都具有 强的核心磁场;其主轴多数在磁场最小变化方向,少数在中间变化方向,有些无法用PAA判 定其方向（需要用电流管PAA确定）,这与卫星穿越通量管的相对路径有关. （3）每个事件 都存在很好的HT参考系,在HT参考系中这些通量管是准定常态结构;所有通量管都沿磁层顶 表面运动,速度方向大体相同,都来自晨侧下方. 通量管的径向尺度为1～2RE, 与通 常的FTE通量管相当. （4）起源于磁层的强能离子大体上沿着管轴方向由磁层向磁鞘运动; 起源于太阳风的热等离子体沿管轴向磁层传输. 通量管为太阳风等离子体向磁层输运和磁层 粒子向行星际空间逃逸提供了通道. （5）每个通量管事件都伴随有晨昏电场的反转,该电 场为对流电场.     

IMF北向时磁层顶重联的模拟研究

本文基于自己开发的全球三维磁层模型,模拟研究了IMF(Interplanetary Magnetic Field)北向时磁层顶重联及磁尾结构.结果发现磁层顶附近存在两种典型的重联过程:一是高纬极尖区IMF与地球磁场的重联,这与空间观测证据和前人的模拟结果是一致的;二是重联后一端在太阳风中另一端与地球相连的磁力线在向磁尾运动中,会发生弯曲、拖曳,在磁尾晨昏侧低纬区域可与尾瓣开放磁力线满足重联条件而再次发生重联.我们认为前一重联会使磁尾等离子片产生与IMF时钟角方向相反的旋转;而后者可重新形成闭合磁力线,可能是LLBL(Low Latitude Boundary Layer)形成的重要原因.     

磁层顶压缩事件的磁场分析

向日面磁层顶在平静太阳风条件下,处于10RE（RE为地球半径）左右．但在异常的太阳风条件下,即南向行星际磁场很强和（或）太阳风的动压很大时,会被压缩,甚至到达同步轨道附近．集中分析2001年4月11日的磁暴事件,研究当磁层顶发生强烈压缩以后。在地球空间和地面上产生的磁场影响．磁层顶位形选取Shue（1998）模型计算．当把计算结果与GOESl0卫星的观测数据对比时发现：磁层顶在强的太阳风条件下的确会被压缩到同步轨道以内．Shue（1998）模型的预测基本正确,通常的漏报可能是由于预报的位置误差所致．实际磁层顶电流片的位置和强度与我们假设的理想磁层顶间断面计算结果基本吻合．在分析大磁暴过程时,磁层顶压缩使磁层顶电流对于中低纬度地磁场扰动有突出的贡献,在2001年4月事件中,这个贡献可以大于50nT,占主相的1／6左右．这一贡献可以使Dst指数产生相应的误差．     

Weimer电场模式在地球磁层内的特征

地球磁层中的电场是研究磁层物理的重要参数,目前常用的对流电场有均匀晨昏电场和投影电场.电离层电场可以看做磁层电场沿磁力线在电离层的投影,本文选取的电离层电场模型为Weimer(2001模式)电场.利用T96磁场模式,沿磁力线将电离层电场投影到磁层空间,得到一个新的磁层电场模式,并讨论了磁暴、行星际磁场(IMF)、太阳风参数和亚暴等对磁层电场的影响.利用该模型计算的电场结果与卫星探测结果相符.     

水星磁层亚暴和磁暴

磁层亚暴和磁暴是太阳风—行星磁层耦合过程中发生的能量存储和爆发式释放现象,伴随着复杂的等离子体动力学,对磁层以及整个行星都具有强烈的影响.它们的发生不仅会通过粒子沉降引发绚丽多彩的极光,还可以通过电磁场影响人类以及其他生物的生产生活.对地球上的亚暴和磁暴现象的描述与研究至今已有近百年的历史,然而对其他行星上的亚暴以及磁...     

磁层顶的法向和形状

利用ISEE1& 2 ,AMPTE/IRM和IMP8的高分辨率数据 ,以及MV和TD分析法首次给出了在同一辨认原则下找到的所有磁层顶穿越的法线方向 .在此基础上 ,用分段拟合法研究了磁层顶的平均位形 .结果表明 :(ⅰ )大多数磁层顶穿越是切向间断面 ;(ⅱ )赤道面内的磁层顶存在着某种不对称性 ;(ⅲ )无论行星际磁场南向还是北向 ,夜间一侧的磁层顶截面的张角明显大于白天一侧 ,现有经验模型采用的简单单一曲线可能难以完整描述整个磁层顶的位形 .     

火星磁层探测结果的分析研究

重点介绍和分析了国际上对火星磁层探测所取得的资料，并与地球和太阳系其他一些行星磁层进行了对比，简单介绍了火星磁层的理论研究概况，指出了目前火星磁层研究中的主要问题。     

地球磁层中哨声导管的物理结构

本文在理论上探讨了地球磁层中哨声导管的物理特征。利用两种能够引导甚低频电磁波的导管模式,求得哨声导管中磁场和电流的分布。当磁场偏离势场或无力场时,将会产生场向电流,该电流与导管的强度和稳定维持密切相关。根据这些结果,我们认为高纬磁层中观测到的较强的场向电流,是高纬地区地面台站频繁接收到哨声及其回波的一个重要原因。