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.     

地球空间双星探测计划

地球空间双星探测计划包括两颗小卫星,将分别运行于目前国际上地球空间探测卫星尚未覆盖的近地赤道区和近地极区.双星计划的主要科学目标是用高分辨率的仪器在近地空间的主要活动区探测场和粒子的时空变化;研究磁层亚暴、磁暴和磁层粒子暴的触发机制及磁层空间暴对太阳活动和行星际扰动的响应过程;建立地球空间环境的动态模式.为了实现科学目标,赤道卫星和极区卫星上各载有9台探测仪器.赤道卫星的轨道是:近地点550km,远地点60000km,倾角约2.5°;极区卫星轨道是:近地点350km,远地点25000km,倾角约90°左右.为了使双星计划与欧空局ClusterⅡ相配合,赤道卫星计划于2002年12月发射,极区卫星计划于2003年6月发射.双星计划与ClusterⅡ相配合,可形成地球空间6点探测计划,这将成为21世纪初国际上重要的地球空间探测计划.     

环电流区中性原子观测特性模拟研究

为了给双星计划中性原子(ENA)探测仪的研制提供可靠 的理论依据，并为未来中性原子探测数据的分析及研究做好准备，针对双星轨道初步模拟计 算了双星ENA探测仪对磁暴时中性原子的观测特性. 建立了磁暴主相期间环电流离子分布的 一 个近似理论模式，并模拟计算了极轨卫星在极区上空、赤道面以及其他位置上对不同强度磁 暴主相期间环电流区ENA空间角分布及能谱的观测结果. 研究表明，存在环电流区方向和南 北极区环电流粒子沉降带两个中性原子强度极大区域；磁暴越强烈，注入区高度越低，环电 流区观测到的ENA通量越高；处于有利位置的ENA探测器可分辨注入区内边界或注入前沿；EN A探测器能够分辨环电流带离子分布的不均匀性；由于离子交换截面的差异，H，O，He 3种E NA的能谱分布不同；在10～80keV能谱范围内通量较强，易于观测；环电流区H，O两种ENA 通 量较强，有利于观测；而环电流区He ENA通量很弱，不易于观测. 模拟计算研究表明，双星 极轨卫星能够对环电流区ENA进行有效探测；低纬轨道上的ENA探测器也能够对环电流区ENA 进行一些观测；ENA探测器的研制应重视低、中能量范围ENA的探测.     

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.     

云顶以下臭氧对TOMS反演臭氧总量的影响及反演方法的理论研究

目前紫外后向散射反演臭氧总量的所有算法,都将云考虑成不透明的Lambertian反射体,并假定云顶有效反照率不随波长的变化而变化.然而本文通过模拟计算发现,由于云散射、瑞利散射、臭氧吸收三种作用的综合结果,云顶的有效反照率是与波长相关的,即使光学厚度比较大的云,辐射也可由云顶继续向下传输,因而会受到云顶以下臭氧吸收的影响.用V7方法进行反演,模拟计算结果表明：云的出现使得云顶以下,特别是云内光程增强,导致紫外波段的臭氧吸收衰减增大,所以反演出的臭氧总量值比真实值偏大,本文称这种现象为“云吸收效应”,并讨论了该效应的影响因子.最后,在辐射传输模拟的基础上建立一套反演算法,大大减弱了“云吸收效应”的影响.     

2004年3月18日高纬磁层顶多重通量管事件分析

2004-03-18 23:10～23:50 UT期间,“双星（Double Star）”探测一号卫星（TC-1）在向阳面磁层顶高纬晨侧由内向外穿越磁层顶,其时TC_1的GSM坐标为 (7.5RE, -5.5RE, -5.4RE), RE为地球半径.穿越过程中TC_1观测到了8个通量管和1个磁通量传输事件（FTEs）.在此期间Cluster星簇位于向阳面太阳风内,其GSM坐标为(18.0RE, -3.1RE, -6.2RE),其4颗卫星监测到行星际磁场（IMF）的BZ分量持续南向,BＹ有较大的负值.本文的研究表明：TC_1观测到的前7个通量管具有准周期重现性,周期大约是1～4 min,明显小于以前所观测到的FTEs的平均周期(8～11 min);所有的通量管都具有较强的核心场.本文分别使用最小方差分析法（MVA）和Grad_Shafranov反演方法（GSR）对通量管的轴向进行了分析和对比,发现所有的通量管主轴基本沿晨昏向,结果显示GSR方法在轴向分析上比MVA优越.本文使用GSR方法对通量管的磁场结构进行了分析,恢复出了通量管的磁场在卫星穿越面的结构图;此外,本文还对这次多重通量管事件进行了deHoffmann-Teller(HT)分析,结果表明,所有通量管大致朝南极方向运动,均来源于向日面低纬区域.这说明它们可能起源于向日面低纬区,由该区的磁场分量重联产生.     

上行离子密度分布特性的理论研究

采用动力学方程，求解了定态情况下磁层中上行离子沿磁力线的分布函数，针对不同的Ｋ_ｐ指数，分别对北半球极光带区起源的上行离子Ｏ_＋、Ｈ_＋和Ｈｅ_＋在子午面内沿磁力线的密度分布及其特性进行了研究．结果表明：１．沿磁力线向外，上行离子密度在近地空间呈急剧下降趋势，在远地空间呈缓慢下降趋势；２．重离子或初始能量较小的离子，其密度沿磁力线向外下降较快；３．Ｋ_ｐ指数越大，离子进入磁层的空间范围越大；４．离子的投掷角分布对密度分布的影响甚小；５．离子密度沿磁力线的下降程度随到Ｘ轴距离的增大而呈增大趋势；６．在典型参数条件下，求得上行离子Ｏ_＋在等离子体片边界附近的密度为１０^－３－１０^－２个ｃｍ^－３，这与观测结果相一致．     

MF地磁场模型中磁尾感应电场研究与磁尾离子加速

为研究磁尾感应电场对上行离子的加速,对磁层亚暴期间尾向地磁场在向偶极位形弛豫过程中产生的感应电场进行了理论研究。结果表明：在偶极化过程中磁场的ＢＸ分量下降,ＢＺ分量上升,并产生随时间变化的单峰结构的感应电场,其峰值可超过２０ｍｖ／ｍ;当子午面内地心距离由６Ｒ,变化到１６ＲＥ时,感应电场峰值呈逐渐增大趋势;随着ｚ坐标的增大（远离赤道面）或Ｙ坐标的增大（远离子午面）,感应电场峰值呈逐渐减小趋势;感应电场峰值随磁场向偶极形弛豫周期的减小而增大．理论计算得到的感应电场随时间变化曲线及峰值与观测结果符合较好,本文还对上行离子在感应磁场中的加速进行了估算．     

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。     

2004年11月磁暴期间环电流的演化过程——TC-2卫星中性原子成像仪观测结果

本文通过对TC-2卫星上搭载的中性原子成像仪(NUADU)在2004年11月发生的一次大磁暴期间观测到的一系列中性原子(ENA)图像的分析,试图给出环电流在磁暴期间的演化模式.研究表明,南向的行星际磁场(IMF)分量在离子从磁尾向内磁层注入和随后的环电流增长过程中起着关键的作用.IMF转为北向后,离子注入随即很快停止.在离子注入增强期间,离子的漂移路径是开放的,以致大量环电流离子从黄昏侧注入后快速地损失在黄昏至正午的磁层顶.所以,环电流往往在离子漂移路径从开放变为封闭后才达到最大强度,而不是在这之前,尽管那时的离子注入强度更大.在该磁暴主相期间,离子注入发生在17∶00~22∶00 LT范围内,形成极其不对称的环电流分布形态.而在恢复相期间,由于受大的IMF B_y分量的影响,离子注入区的地方时分布范围东向扩张.对称环电流在磁尾对流减小、离子漂移路径变为封闭形态之后形成.在磁暴恢复相后期,从ENA图像看环电流基本衰减到平静时期的水平,而Dst指数仍然显示较强的磁扰动,这说明越尾电流对Dst指数有很重要的影响.