关于磁层边界区Kelvin-Helmholtz不稳定性的研究

本文发展了Lee等人在1981年提出的模型,重点强调可压缩等离子体组成的磁层边界区上的K-H不稳定性。在可压缩的条件下,考虑边界层的厚度,我们推出了磁层边界区K-H不稳定性的色散方程。应用数值分析,我们发现磁层边界区上K-H不稳定性的一些新的性质。     

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。     

磁层亚暴期间高纬地区三维电流体系

确定亚暴期间高纬地区的三维电流体系是磁层和电离层物理的基本问题之一,本文简述了近年来发展的根据地面地磁活动的记录及演三维电流体系的两种较新的方法:KRM（Kamide-Richmond-Matsushita）方法和K（Kisabeth）方法.在KRM方法和许多其它类似的计算中,都假定磁力线是垂直于电离层沿地球径向的直线.本文介绍了一种递推方法,可计算场向电流沿弯曲的偶极子场线流动的情况。同时,还介绍了高纬三维电流体系对亚暴期间中低纬度地磁扰动的贡献。最后介绍了在计算电流体系时所需的电离层电导率模式。     

磁层顶的漂移动力学磁声-Alfvén模不稳定性

本文得出了高β等离子体中在速度梯度、密度梯度、磁场梯度和温度梯度联合作用下的一种新的不稳定模:漂移动力学磁声-Alfvèn模,导出了线性色散关系,研究了模的特性并讨论了高β和各种梯度项对该模的影响,估算了垂直扩散系数。计算表明,在地球磁层顶边界区中漂移动力学磁声-Alfvèn模总是不稳定的。随着β增加,增长率起初增大,而后减小,这是此模的一个显著特性;速度梯度是驱动此模的重要自由能源;当扰动磁场为1nT时,垂直扩散系数可达～10⁹m²/s。从而说明漂移动力学磁声-Alfvèn模不稳定性产生的反常输运,有可能维持准定常的磁层对流,并且在边界层的形成中起重要作用。     

地球磁层顶的无碰撞Kelvin-Helmholtz不稳定性（Ⅰ）

本文用无碰撞等离子体的CGL近似,讨论了地球磁层顶的Kelvin-Helmholtz（K-H）不稳定性问题。同可压缩MHD近似一样,CGL等离子体也存在下、上两个临界速度v_c和v_u。不稳定性仅当v_c<₀ cosα<_u时才能激发,v₀为磁鞘等离子体流速,α为v₀和切向波矢k_t间的夹角。在向阳面低纬区,时间增长率ε和空间增长率κ与可压缩MHD的相应值相近。当v₀ cosα≥v_u时,不稳定表面波转化为稳定的体波。各向异性对K-H不稳定性有显著影响。在近日点低纬处,若磁鞘各向异性参数S₂接近水龙带不稳定性的阈值,很小的v₀便能激发不稳定表面波。S₂低于极小值S₂^min时,不稳定性不可能产生。所谓Overstability现象是不存在的。     

地球磁尾和磁层顶磁场变化的随机特性

本文讨论了平板模型下电阻不稳定性使磁力线由对称平衡状态进入随机状态的可能性;给出该模型下以（x,z）为正则坐标的哈密顿函数表达式;在Harris平衡磁场分布下分析了撕裂模不稳定性,驱动重联和涡旋诱发重联引起的磁力线随机特性;估计了两个磁岛相互作用时磁力线进入随机态的临界值.本文结果可用于讨论地球磁层顶和磁尾处磁场的性质.     

地球磁层顶的漂移动力学Alfvn波不稳定性及其反常输运效应

本文用回旋动力学研究了磁层顶等离子体低频漂移动力学不稳定性.在β≥1附近发现两支不稳定的漂移动力学Alfvèn模（DKA）.它们可在▽T（∥-▽n）≠0时激发,速度剪切提供主要的自由能源.两支DKA均具有非零的（δE_y,δE_∥）和（δB_x,δB_∥）.在湍动的非线性饱和状态下,δB_x的起伏可导致很强的反常输运,当|δB_x|=1nT时,D_⊥可达到10⁹m²/s的数量级.因此,DKA可能在太阳风-磁层耦合过程中起重要作用.     

空间物理学展望

空间物理学已经跨出了探索阶段，其初期所采用的现象学描述已发展为更加成熟的方法，即进行集中和定蚤的调查研究，以及对相互影响系统的分析讨论。在进一步深入研究中，理论和模拟起着主要作用，同时必须发展复杂的、多方面的实验和观浏项目，这也将是技术上的挑战。     

非均匀动压冲击和停止后产生的瞬时重联过程

在非均匀动压冲击期间和冲击突然停止,可引起等离子体边界层的局部瞬时重联过程．本文用二维可压缩ＭＨＤ数值模拟方法研究了这两个过程．结果表明：当大尺度的均匀横向流从一侧边冲击边界层时,磁力线不弯曲,也不发生磁场重联,只是边界层被推着向下游运动;当局部的非均匀动压（特别是横向剪切流）冲击边界层时,被冲击的同向磁场区磁力线逐渐弯曲,在弯曲的反磁场区,出现磁岛,然后在电流片区发生磁场重联,且逐渐形成准稳态的“反Ｋ型”重联结构;当横向剪切流冲击停止后,边界层区变为非常不稳定的系统,产生多种流体涡旋和流型,并相应地产生多种类型的磁场重联结构,直到涡旋消失变为湍动状态时,磁场拓扑才逐渐恢复到未扰动状态。我们提出,外力作用的突然停止,可能是驱动重联的一种新机制,并对这种重联过程在磁层物理中可能的应用进行了讨论．