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．     

2001年3月2日磁通量传输事件特性的研究

2001年3月2日11:00 至11:15 UT 期间,Cluster Ⅱ在南半球极尖区晨侧附近磁鞘内探测到3个通量传输事件（简称FTEs）. 本文利用Cluster Ⅱ星簇4颗卫星观测到的磁场和等离子体资料研究了这些通量传输事件的磁场形态和粒子特征. 并利用它们探测到的空间磁场梯度资料由安培定律直接求出星簇所在区域的电流分布. 结果指出：（1）BY占优势的行星际磁场结构在磁层顶的重联可以在极尖区附近发生;（2）FTEs通量管形成初期内外总压差和磁箍缩应力不一定平衡,达到平衡有一发展过程;（3）FTEs通量管截面在L M平面内的线度约为1.89RE;（4）FTEs通量管中等离子体主要沿轴向场方向流动,整个通量管以慢于背景等离子体的速度沿磁层顶向南向尾运动;（5）FTEs通量管中不仅有轴向电流,也存在环向电流. 轴向电流基本沿轴向磁场方向流动. 轴向和环向电流在管内均呈体分布,因而轴向电流产生的环向磁场接近管心时不断减小到零,而环向电流生成的轴向场则不断增大到极值;（6）在通量管的磁鞘部分观测到磁层能量粒子流量的增强,这表明通量管通过磁层顶将磁鞘和磁层内部连通起来了.     

电离层高频多普勒记录在扩展-F研究中的应用

本文通过观测实例探讨并论证了电离层高频多普勒观测在扩展-F研究中的应用.实例和相应分析表明:首先,由于高频多普勒记录的时间连续性,有利于从观测角度了解扩展-F的时间演化过程;其次,高频多普勒偏移对不规则结构造成的回波弥散、对不同尺度行进电离层扰动(TID)以及耀斑引起的突然频率偏移(SFD)效应都很敏感,这些现象在记录上出现的时间关系有利于了解扩展-F的触发因素或扩展-F与其他电离层背景扰动之间的联系或相互作用;最后,高频多普勒记录对于持续时间较长(几小时以上)或很短(小于1小时)的扩展-F都能够完整地反映,不会产生因为观测间歇形成的缺失,也可以有效区分究竟是连续一次还是一段时间内断续的扩展-F现象.高频多普勒观测有其自身的优点同时也具有一定的局限性,本文对其局限性诸如缺乏空间分辨率等也做了分析.指出发挥高频多普勒观测的优势,综合应用多种资料,通过不同手段的数据分析和比较,可以更好地为电离层扰动的物理机制和预报研究提供正确的观测依据.     

通量堆积和偶极化过程中的超低频波动

2004年9月17日TC-1卫星在近地磁尾夜侧观测到一次伴随有通量堆积和偶极化过程的典型亚暴事件.本文利用离散小波分析和FFT分析方法对本次事件中4 s精度的FGM和HIA数据进行分析,以了解通量堆积过程和偶极化过程中的低频波特性.分析结果表明,通量堆积过程和偶极化过程中场和粒子有明显的不规则低频波动,主要波动频率范围为4~15 mHz,和Pi-2脉动一致.通量堆积过程中磁场各个分量的低频波动和偶极化过程中的低频波动有明显不同,表明这两个物理过程可能存在不同的波动机制.在通量堆积过程和偶极化过程中,平行磁场方向上温度和速度的波动和垂直方向上温度和速度的波动有明显区别,平行磁场方向上温度和速度的波动有较好的相关性,且热离子密度的波动和平行磁场方向上的波动有较好的相关性,表明存在快模压缩波.TC-1卫星的观测显示通量堆积过程中磁场By分量有明显增长.我们的分析结果表明ULF波与By分量的增长有密切关系,从而可能对亚暴膨胀相的触发有重要影响.     

不同地磁扰动事件期间全球电离层的扰动形态分析

利用全球电离层台站提供的观测数据，分析 了5次不 同类型磁暴事件期间全球电离层F2层f0F2和hmF2的扰动变化. 主要结果 表明：对于延迟型主相磁暴S（C）和S（E），中高纬电离层首先会出现明显的正相扰动，随 后是明显延迟的负相扰动，负相扰动覆盖范围广，甚至扩展到低纬区, 且持续时间很长, 恢 复及其缓慢，其中S（C）型的扰动更为明显; 对于非延迟型主相磁暴S（A）、S（B）和 S（D ），高纬电离层正相扰动持续时间较短甚至不出现，中高纬电离层负相扰动的出现、发展和 恢复也相对较快; 磁暴主相强度的大小会对电离层负相扰动的强度、发展和持续时间产生一 定的影响; 高纬电离层扰动在非延迟型主相磁暴恢复相期间会出现明显的地方时效应，地方 时效应随纬度的降低而增强，并且会明显影响到中低纬电离层的扰动；电离层扰动从高纬到 低纬的变化趋势为：f0F2的扰动由负相向正相转化，hmF2的增加由全天出现趋向于只存在于夜间，反映了不同扰动物理机制的作用.     

2001年1月26日高纬磁层顶通量管事件的观测研究--空间电流密度计算及分析

讨论了三种根据Cluster Ⅱ四颗卫星的磁场测量数据计算空间电流的方法及其误差,论证了这几种方法的内在一致性,并得到了完全相同的计算结果. 进而依据Cluster Ⅱ 磁场探测资料,计算了2001年1月26日多重磁通量管和FTE事件中高纬磁层顶边界层和磁鞘区的电流密度. 结果表明,磁通量管内电流密度较大,可达到约10-8A/m2;计算精度较高,结果可靠. 本文还应用最小方差分析法（MVA）,发现电流方向与通量管的轴向基本一致;论证了电流MVA分析在研究通量管性质时的作用,同时提出了电流管的概念.     

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.     

太阳活动高、低年东亚中、低纬地区扩展F特性比较研究

扩展F（Spread-F）作为重要的电离层不规则结构之一,对电波传播、导航、通讯等有重要的影响,因此对其时、空特性的研究一直倍受重视.本文通过分析低纬海南台站和中纬长春与乌鲁木齐台站的测高仪数据,比较研究了太阳活动高、低年我国中、低纬地区夜间电离层扩展F的发生特性.扩展F发生率特性主要体现在：无论低纬还是中纬太阳活动低年扩展F发生率最大值高于太阳活动高年;无论太阳活动高年还是低年低纬站扩展F发生率最大值高于中纬站.细节特征主要体现在：首先,三台站在太阳活动高、低年扩展F发生率都存在双峰结构.太阳活动高年,低纬海南站双峰结构集中在春、秋分季节,而中纬站则集中在冬、夏季节,扩展F较容易发生的地方时低纬站主要集中在子夜前,而中纬站则偏向子夜后;在太阳活动低年,中、低纬双峰结构都出现在冬、夏季节,低纬海南站扩展F较突出的出现在子夜前后,而中纬台站则主要出现在子夜及子夜后.其次,双峰结构中的细节表现不同,如低纬海南站太阳活动高年扩展F较容易发生在春分季节,但2月和4月份发生率都比较高而且接近,而太阳活动低年扩展F较容易发生在夏季月份,但5月和7月的发生率也都比较高且接近,且太阳活动高、低年低纬主峰峰值非常接近,不像中纬地区有明显的差异等.本文针对实测数据进行了详细的分析并结合已有研究进行了细致的讨论.