低轨道磁化等离子体中运动航天器等离子体鞘层特性

用二维静电粒子模拟程序研究了在低轨道磁化等离子体中航天器充电过程和等离子体鞘层结构．采用磁化等离子体流经航天器的物理模型,并且考虑零级对流电场的影响．结果表明航天器在低轨道空间飞行时,如果不考虑光电子流,航天器会在短时间内(ｔ＝５４ω_ｐｅ^－１,ω_ｐｅ是电子等离子体频率)快速充电到平衡电位。在不考虑航天器运动的情况下其周围等离子体鞘层结构是围绕航天器对称的,等离子体鞘层宽度约２．４个德拜（Ｄｅｂｙｅ）长度．当考虑航天器运动时,航天器的平衡负电位绝对值减小．且在背离航天器运动方向上等离子体鞘层宽度为８．３个德拜长度．磁场的增大使负的平衡电位绝对值变小,当航天器运动从平行于磁场方向转向垂直于磁场方向时,航天器负平衡电位的绝对值减小．     

日本M_W 9.0级特大地震前电离层扰动初步分析

利用JPL提供的TEC地图数据和日本NICT提供的测高仪数据分析了2011年3月11日日本MW9.0级特大地震(Tohoku-oki Earthquake)前上空的电离层变化.GIM TEC地图数据分析发现,3月1～4日GPS TEC在赤道异常区域出现了不同程度的负扰动,其中3月1日和2日的扰动幅度和范围较大,以上很可能是由于3月1日爆发的9小时磁暴所致;此外,震前3天即3月8日04-14UT期间赤道异常区电离层TEC出现了明显的增强现象,异常最大幅度达30TECU,并伴随有南半球磁共轭区增强现象.日本境内的4个电离层测高仪数据分析显示,3月8日4个台站同时出现了foF2增强现象,其中Okinawa和Yamagawa两个站增幅明显.分析发现震前3天地震上空区域电离层参量异常增强,认为这可能与大气层和电离层垂直电场的变化有关,这种电场的变化有可能是地震产生的电磁信号传播所致.     

等离子体片边界层电磁不稳定性引起的波－粒输运

采用二级理论研究了在等离子体片边界层电磁不稳定性引起的波—粒输运．结果表明，束流离子被热化和各向同性化，离子最大加热率峰值与电磁不稳定性最大增长率峰值出现在大致相同的方向上．被热化和各向同性化的束流离子可能是等离子体片中心区热离子的来源．这些结果对于理解等离子体片边界层的输运过程具有重要的意义．     

等离子体片离子分界线的模拟研究

等离子体片离子向内磁层的渗透在亚暴和磁暴过程中都起到了重要作用.以往对于等离子体片离子向内磁层的渗透都是通过固定磁矩的磁层离子漂移轨道理论来进行的.本文将过去的(U,B)空间中固定磁矩的磁层离子漂移轨道理论扩展为固定能量的磁层离子漂移轨道理论,讨论了等离子体片质子在向地球输运过程中,不同能量的质子开放轨道和封闭轨道的分界线的特性,及其随Kp指数的变化.在高能端,随着能量的升高,等离子体片质子分界线地心距离逐渐增大,且分界线的晨侧地心距离远远大于昏侧的地心距离.在低能端,随着质子能量的降低,质子分界线地心距离逐渐增大,且其分界线的昏侧地心距离要大于晨侧的地心距离.模拟结果还显示随着Kp指数的增强,等离子体片中不同能量的质子分界线都向地球移动.但在低能端和高能端,质子分界线的行为是不一样的.在低能端,随着Kp指数的增大,质子内边界形状基本保持不变.但在高能端,随着Kp指数的增大,质子内边界形状也将发生变化.在E=20 keV,Kp=6和E=10 keV,Kp=3两种情况,质子分界线甚至出现了两个分离的区域,一个是环绕地球的封闭轨道区域,一个是晨侧孤立的锥型区域.等离子体片能量为E的质子的内边界就是具有不同磁矩的Alfven层上能量为E的点的连线.TC-1热离子谱仪对等离子体片离子内边界的观测显示模拟结果与观测结果符合得很好.     

磁尾等离子体片中周期性高速流相伴随磁场超低频波

本文利用Cluster卫星2004年11月8日的观测数据,分析了磁尾等离子体片中与地向周期性高速离子流相伴随的ULF波.结果显示周期性高速流的速度波动与磁场和温度中的ULF波同时出现、同时增强、同时消失,而且波动的频率都集中在60~70 mHz.这说明磁场和温度ULF波与周期性高速流密切相关,周期性高速流是ULF波产生的来源.高速流波动的相位与磁场波动的相位大致反相关,与热离子温度波动的相位正相关,同时磁场波动与热离子温度波动呈相位反相关的特性.最小方差法分析的结果显示虽然波传播方向有地向分量,但其主要传播方向是向等离子体片中心传播,并与周期性高速流速度方向垂直.以上观测说明是高速流的周期性变化产生了磁场在Pi1频率范围内的ULF波.     

太阳耀斑电子束在日冕区产生的静电不稳定性

依据太阳耀斑爆发特征,建立了双耀斑电子束与日冕背景相作用的模型,数值结果表明,该等离子体系统将激发静电不稳定性,其时间增长率ω_i受耀斑热束密度与日冕背景密度比值（n_h/n_o）以及耀斑冷束相对论电子密度与日冕密度值（n_c/n_o）影响较大,并随它们增大而增大,其实频大小在耀斑热束等离子体频率附近。因此,此系统可激发大于1GHz的高频静电辐射,这些结果对揭示耀斑粒子在日冕空间传播行为有一定作用,并可用于探讨高频Ⅲ型射电机制。     

等离子体参量的空间探测分布及汶川地震前后的扰动分析

近年来国内外对震前电离层异常扰动进行了大量研究,新的观测证据显示,地震活动前的电离层扰动确实存在,而且在震级大于5级的地震发生前几天到几个小时内的孕震区上空会发生显著电离层扰动。大量工作多是基于地基的空间探测,如,通过雷达测高仪探测的电离层F2层的临界频率扰动和偶发ES层变化,以及通过GPS地面接收器探测的电子浓度总含量扰动等。     

哨声模波对高能电子槽区和外辐射带的调节作用

本文利用磁层哨声模嘶声和合声波的幅度分布模型、近赤道背景电子(能量在eV量级)的数密度分布模型和IGRF10磁场模型建立了一个高能电子(能量大于50 keV)准线性扩散模型.模型的数值结果表明,在不同的地磁条件下,等离子体层顶位置的变化改变了磁层背景电子数密度的空间分布,从而改变了哨声模嘶声对高能电子有效的投掷角扩散（损失）区域,同时也改变了哨声模合声波对高能电子有效的动量扩散（加速）区域.哨声模嘶声对电子投掷角扩散区域的变化和RRES卫星探测到的高能电子的槽区变化是一致的,而合声波对电子的动量扩散区域的变化和卫星探测到外辐射带的变化相同.这种对应关系说明：在不同的地磁条件下,哨声模波对高能电子扩散区域的变化是造成高能电子槽区和外辐射带的空间位置和大小变化的一个重要因素.在一些强磁暴期间,由于嘶声对部分能量范围电子的投掷角扩散作用消失,这些电子的槽区也随之消失,从而使内外辐射带连接在一起.     

磁层相对论电子通量变化与磁暴/亚暴的关系

本文分析了1 AU处的行星际磁场、太阳风速度、Kp指数、Dst和AE的变化关系,以及它们和地球同步轨道附近相对论电子通量的变化关系.分析说明,当行星际磁场Bz分量出现南向扰动和太阳风速度增大超过500 km/s时,地球磁层中常常发生磁暴/亚暴活动.在磁暴主相期间,相对论电子(能量E≥1 MeV)通量下降;而在磁暴恢复相期间,相对论电子通量恢复上升.但是,只有在伴随有高强度（AE≥500 nT）的持续性亚暴活动的磁暴恢复相期间,相对论电子的通量才能增长到超过暴前通量值,且能量低于300 keV的亚暴电子的通量越高,相对论电子的通量越高,反之则越低.亚暴注入电子数的多少很大程度上决定了磁暴恢复相期间相对论电子数的多少,这说明亚暴活动注入能量低于300 keV的亚暴电子是磁层相对论电子的一个重要来源.     

近地磁尾重联中哨声波和Hall磁场的Cluster观测

在2001～2003年Cluster飞船通过近地磁尾期间,共探测到14次重联事件,在这些事件中同时还观测到等离子体波活动.本文把14次事件分为三大类,其中：第I类包含了8次事件,它们是在等离子体片内先于重联事件观测到波活动,并且还同时观测到Hall磁场.经过分析判断,这类事件中观测到的波是右旋偏振的哨声波.第II类包含了2次事件,这类事件也观测到了Hall磁场和右旋偏振的哨声波.第Ⅲ类也包含了2次事件,这类事件只是普通的重联事件,没有观测到Hall磁场,但是波活动明显先于重联事件.在我们观测的14次事件中,比较强烈的哨声波和Hall 磁场是一一对应的,因此哨声波可能主要是在Hall磁场的四极结构区激发的.