【摘要】：本論文基于多衛(wèi)星探測方法首先對2015年9月1日的超低頻波動事件進行了觀測研究,之后又對2016年1月25日和2月22日的兩個超低頻波動事件進行多事例研究,論文分為四大部分。第一部分為引言,首先介紹了磁層的基本結(jié)構(gòu),然后介紹了磁層中的超低頻波動,包括超低頻波的來源及分類、徑向波模與環(huán)向波模的區(qū)別以及激發(fā)波動的內(nèi)部源和外部源,然后又介紹了該領(lǐng)域的研究歷史與現(xiàn)狀,接著又介紹了MMS、RBSP、THEMIS的衛(wèi)星計劃,最后為本論文的章節(jié)安排。第二部分為具體的觀測事件的分析研究。這部分首先展示了RBSP、MMS、THEMIS、GOES衛(wèi)星的觀測概況,多顆衛(wèi)星都在2015年8月31日的23:00 UT到9月1日的18:00 UT之間觀測到了超低頻波動的信號。然后介紹了這些衛(wèi)星觀測到的波動在空間的分布情況,在8月31日的23:00 UT到9月1日的02:30 UT之間,RBSP-B、THEMIS-A、GOES-13初次觀測到的波的分布是全球性的,在9月1日的06:00 UT到18:00 UT之間,RBSP和MMS-1又觀測到的波的分布轉(zhuǎn)變?yōu)榫窒拊谟邢薜腖和MLT的范圍內(nèi)。這部分最后介紹了該超低頻波動的性質(zhì),包括偏振特性、諧波模式以及波數(shù)的大小。在波動發(fā)生期間,該波動的偏振態(tài)隨著時間發(fā)生變化,隨著比值|Ba|/|Br|從最初的0.82減小到最后的0.13,該波動由最初的混合波變成了最后的較純的徑向超低頻波。通過MMS-1的磁場(Br)和電場(Ea)的時間序列的相位差,確定該事件為二次徑向諧波。通過對MMS的三顆衛(wèi)星的波形采用timing分析的方法確定該波動事件的方位角波數(shù)為-232。第三部分研究了激發(fā)波動的自由能。激發(fā)波動的自由能不僅可以由bump-on-tail的離子分布提供也可以由向地的等離子體徑向密度梯度提供。通過比較_(?W)~(?1))|_,和_(dW?L)~(dL?1))|_(,(2)的絕對值大小來研究究竟是哪種機制起作用或者說究竟是哪種機制起主導(dǎo)作用。在RBSP連續(xù)觀測數(shù)據(jù)的四軌中有三軌的數(shù)據(jù)都表明向地的等離子體徑向密度梯度對波動的激發(fā)起主導(dǎo)作用。等離子體徑向密度梯度的值有時為正有時為負(fù),而負(fù)的等離子體徑向密度梯度提供了激發(fā)波動所需要的自由能,正的等離子體徑向密度梯度會抵消由bump-on-tail的離子分布(_(?W)~(?1))|_,0)提供的自由能。第四部分又利用RBSP和MMS的聯(lián)合觀測研究了2016年1月25日和2月22日的兩個超低頻波動事件。這兩個事件都發(fā)生在磁暴的恢復(fù)相后期,波動分布在晨側(cè)和正午之間的區(qū)域。RBSP觀測到的兩次波動都發(fā)生在低L-shell(4.7-5.8),MMS觀測到的兩次波動都發(fā)生在高L-shell(8.0-14.2)。在高L-shell,超低頻波偏振以環(huán)向波為主,沿磁力線方向為基頻諧波。在低L-shell,超低頻波偏振以徑向波為主,沿磁力線方向為二次諧波。本文利用多衛(wèi)星聯(lián)合觀測深入研究波動的激發(fā)機制,研究結(jié)果對我們理解超低頻波的產(chǎn)生與傳播以及超低頻波動對輻射帶和環(huán)電流動力學(xué)的影響具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P318.6
【圖文】：

圖 1-1 磁層結(jié)構(gòu)示意圖（https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetosphere）地球的等離子體層是地球磁層的一個區(qū)域，由低能的冷等離子體組成，它位于電離層之上。等離子體層的外邊界稱為等離子體層頂（Plasmapause），等離子體層頂處等離子體的密度發(fā)生突變。Don Carpenter 于 1963 年通過對 VLF 哨聲波數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)了等離子體層。傳統(tǒng)地說，等離子體層被認(rèn)為是一種行為良好的冷等離子體，其粒子運動完全由地磁場控制，因此會與地球共轉(zhuǎn)。2014 年，

則脈動 Pc 的五個子類分別為 Pc1、Pc2……Pc5，不規(guī)則脈動 為 Pi1 和 Pi2。然而，某個特定頻段的地磁脈動也有可能呈現(xiàn)向波模（Poloidal mode）與環(huán)向波模(Toroidal mode)偶極子的場線就像振動弦，磁力線的兩端被凍結(jié)在導(dǎo)電的電離是磁力線可以彎曲。 偶極子磁力線有兩種主要的振蕩模式，在方位角方向有位移并產(chǎn)生方位角方向的磁擾動，如圖 1.2 的向模式是磁力線在徑向方向有位移并產(chǎn)生徑向方向的磁擾動，板所示。任何一種模式都可能以不同的諧波振蕩。圖 1.2 的第諧波，磁力線兩端之間包含奇數(shù)個（圖中為 1 個）半波長。圖的是二次諧波，磁力線兩端之間包含偶數(shù)個（圖中為 2 個）半激勵場線的情況下，許多不同的諧波可能會同時被激發(fā)。

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本文編號：2731427