激波在磁盔－电流片位场中的传播：（Ⅰ）激波与磁盔间的相互作用

利用新近获得的子午面磁盔－电流片背景太阳风稳态解，对激波从盔底沿电流片方向往外传播时与磁盔间的相互作用进行了数值模拟研究，重要新结果是：１．磁盔的存在使受扰介质速度跃变中央出现下凹，随着激波传出磁盔区并沿电流片方向传播，速度下凹逐渐减弱以致消失；２．激波将磁盔拉长并把盔顶的环形（垂直赤道面）磁场带到行星际空间，成为行星际磁场南向分量的来源之一；３．５个太阳半径（Ｒ⊙）内的磁盔部分将出现精细结构，沿盔外边界形成两条高速带，以及马蹄形密度（亮）环形结构等．这些结果表明，太阳附近高速等离子体与磁盔间存在重要的动力学相互作用过程，对行星际空间的太阳风三维结构有重要影响．     

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。     

太阳风压力系数的研究

利用全球磁流体力学(MHD)的模拟结果,研究了太阳风压力系数与上游太阳风参数和日下点磁层顶张角的相关性.在识别出日下点附近磁层顶位置后,通过拟合得到日下点附近的磁层顶张角.在考虑上游太阳风中的磁压和热压以及磁层顶外侧的太阳风动压的情况下,计算了太阳风压力系数.通过分析行星际磁场不同方向时太阳风动压在日地连线上与磁压和热压的转化关系,详细研究了太阳风参数和日下点磁层顶张角对太阳风压力系数的影响,得到以下相关结论:(1) 在北向行星际磁场较大(Bz≥5 nT)时,磁层顶外侧磁压占主导,南向行星际磁场时磁层顶外侧热压占主导;(2) 太阳风压力系数随着行星际磁场的增大而增大,随着行星际磁场时钟角的增大而减小;并且在行星际磁场大小和其他太阳风条件相同时,北向行星际磁场时的太阳风压力系数要大于南向行星际磁场时的;北向行星际磁场时,太阳风压力系数随着太阳风动压的增大而减小,南向行星际磁场时,太阳风压力系数随着太阳风动压的增大而增大;以上结论是对观测结果的扩展;(3) 最后,我们还发现太阳风压力系数随着日下点磁层顶张角的增大而增大.     

冕洞与太阳风高速流关系的统计研究:到达时间、持续时间和峰值强度

冕洞是太阳风高速流的源区.当冕洞出现在中低纬区域时,太阳风高速流会扫过地球并引发地球空间环境扰动,如地磁暴和高能电子暴等.在太阳活动周下降年和低年,这种类型的扰动占据主导地位.因此,冕洞高速流的到达时间、峰值时间、峰值强度和持续时间等,是空间天气预报的重要内容.本文基于2010年5月到2016年12月的SDO/AIA太阳极紫外图像以及1AU处ACE和WIND卫星的太阳风观测数据,确定了160个冕洞-太阳风高速流事件,定量计算了他们的特征参数,包括冕洞与太阳风高速流的开始时间、峰值时间、峰值强度和结束时间,分析了各个特征参数的分布规律,对冕洞-高速流之间的关系进行了统计研究,并提出了一种新的预报方法,为基于冕洞成像观测的太阳风高速流的精准预报提供了依据.

     

磁暴环电流衰减率对磁层能量状态的影响

赤道环电流是引起磁暴扰动的主要电流体系,环电流衰减速率极大地影响着磁层能量收支估计和磁暴预报.本文提出评价环电流衰减率的两条新指标;（1）E指标（磁暴事件总能量收支平衡指标）,即磁暴全过程的积分能量收支平衡;（2）L指标（长期总能量收支平衡指标）,即几年、十几年或更长时段内积分能量收支平衡.我们用1998~2003年44个磁暴事件以及第23太阳周（1998~2008年）11年的连续资料,分别检验了几类衰减率模型对上述两条指标符合的情况.结果表明,PA1978和XD2010两类模型对E指标符合得最好,即无论磁暴强弱,它们均显示出事件总能量收支平衡的基本特征;同时,这两类模型与L指标符合得也最好,即它们的长期积分能量基本平衡,而且磁暴期间的能量消耗表现出明显增强的重要特征.     

中低纬度电离层对太阳风状态的响应

本文讨论了行星际磁场B₂分量变化时内磁层和中低纬度电离层的响应.指出B₂变化引起的磁层大尺度对流电场的变化在一定条件下有可能透入内磁层,并沿磁力线映射到中低纬度电离层,在那里产生电场和电流体系,从而使S_q电流体系发生畸变,并在地面磁场中反映出来.数值计算表明,当△B₂<0时,S_q电流体系的焦点向东和向高纬移动,地面磁场会观测到数伽马的变化.这就为中低纬地磁观测诊断磁层和太阳风状态提供了一种可能性.此外,本文还用上述物理过程解释了赤道地区一些高空物理现象,如B₂倒转时电离层漂移速度的变化,赤道磁场异常以及赤道q型偶现E层的消失等等.     

Ulysses的观测与太阳风加速机理初议

Ulysses 是迄今为止第一次沿独特的日球纬度方向考察日球高纬度空间区域的飞船。本文描述了 Ulysses 飞船的部分主要观测结果,并进行了分析,在 Ulysses 飞船穿越太阳南,北极之前,科学家们提出了各种不同的太阳风速度、磁场等参量的纬向变化模型。分析表明,这些模型都不能解释 Ulysses 飞船的观测结果。Ulysses 飞船的观测对经典的太阳风理论提出了挑战,太阳风的加热与加速是一个远没有被解决的问题。观测与分析表明,经典热传导不可能驱动高速流,太阳风的加速伴随着加热的发生,而加热率大小可能与离子的回旋频率有关;太阳风的热源可能不是单一的形式,而且不同形式的热源对太阳的加热贡献大小与日球径向距离有关。本文讨论并分析了几种可能的太阳风加热与加速机制。     

近日太阳风中磁场回弯结构的MHD模拟

帕克太阳探针(Parker Solar Probe,PSP)在太阳附近发现大量磁力线回弯结构,通常还伴随有太阳风速度增加.这些磁力线回弯的产生机制到目前为止有多种解释,其中有代表性的一种是由慢太阳风中的喷流引起的.我们首先对PSP的就地观测数据进行了统计分析并给出了发生率和空间尺度随径向距离的演化情况,然后使用简化的1.5维磁流体动力学(magnetohydrodynamics,MHD)模型对喷流在太阳风中的演化进行了模拟,其中太阳风被简化为位于黄道面的球对称流.模拟结果表明喷流的确可以导致太阳附近磁力线发生偏转,验证了喷流可以对磁场方向改变有贡献的图景.不过喷流形成的原因还需要进一步研究.

     

太阳风湍流和磁层亚暴的一种机制

太阳风的动量涨落将通过磁层边界在磁尾激发磁流体力学波。快磁声波携带扰动能量传到等离子体片中,发展为激波,或者通过激波的相互作用而耗散能量,使等离子体加热。等离子体片中的随机费米加速机制,使麦克斯韦分布尾巴部分的高能量粒子被加速到更高能。在宁静态时,加热、加速与耗散过程平衡。当太阳风的动量或者其涨落较大时,整个加热和加速过程加剧,更多的高能粒子产生,并从等离子体片中逃逸,形成高速的等离子体流注入近地轨道和极区,表现为磁层亚暴过程。利用这种机制,可以解释地球磁层亚暴的定性特征。     

太阳风流界面的成因

在日心距离１ＡＵ处的高速流的前沿部位，经常观测到厚度≈１０^４ｋｍ的流界面（ｓｔｒｅａｍｉｎｔｅｒｆａｃｅ）：跨过它密度陡降，温度陡增，风速上升，气压和磁场几乎连续．本文从日心距离０．３ＡＵ处一典型高速流的方位剖面出发，采用二维定态ＭＨＤ模型，研究它在日球赤道面内随日心距离的演化．结果表明，流界面系高速流前沿非线性演化的产物．它先于前、后向激波形成，在日心距离１ＡＵ处得到充分发展，且作为高速流前沿的特征结构之一，可一直延伸到１ＡＵ以远的外日球层．