在日地空間等離子體環(huán)境中存在許多爆發(fā)現(xiàn)象,如太陽耀斑的演化、日冕物質(zhì)拋射以及太陽風(fēng)與地球磁層的相互作用,這些現(xiàn)象的產(chǎn)生都與磁重聯(lián)有著密不可分的關(guān)系。磁重聯(lián)過程重組磁場拓?fù)湮恍?能在極短的時(shí)間內(nèi)將磁能轉(zhuǎn)化為等離子體的動(dòng)能和熱能,其相關(guān)研究對于災(zāi)害性空間天氣的防范具有重要意義。本文針對地球磁層等離子體環(huán)境,采用2.5維雙流體MHD模擬,考慮了廣義歐姆定律中的Hall效應(yīng)項(xiàng),初步研究了地球磁層環(huán)境中的磁重聯(lián)過程,得到了不同的物理量隨時(shí)間的變化:磁場位形、電場分布、電子流和離子流的空間分布,并對電子的數(shù)密度與速度隨空間坐標(biāo)的變化情況進(jìn)行了詳細(xì)了解。模擬結(jié)果顯示在重聯(lián)率達(dá)到最大時(shí),離子流在入流方向上的數(shù)密度呈現(xiàn)中間高、兩側(cè)低的分布,在出流方向上的數(shù)密度呈現(xiàn)左右高、中間低的分布,高密度區(qū)集中在出流區(qū),重聯(lián)點(diǎn)處數(shù)密度最低。電子流在入流方向上的數(shù)密度分布與離子流略有差異,出流方向上的數(shù)密度分布與離子流相似。在磁重聯(lián)過程中,離子流和電子流在左右兩邊的出流區(qū)都呈對稱分布,但大部分的離子在出流區(qū)匯合到一起,在y方向上形成尺度接近離子慣性尺度的結(jié)構(gòu);電子流主要分布在分離線附近,電子流在y方向上形成尺度接近電子... 

【文章來源】：西北師范大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：50 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1日地空間環(huán)境（引自NASA網(wǎng)站：http://sec.gsfc.nasa.gov/popscise.jpg）

緒論3激波”（BowShock）[19]，而被稱為“磁鞘”（Magnetosheath）[20]的空間區(qū)域就夾在“舷激波”與磁層頂中間。在地球南北極上方磁層頂附近有一個(gè)漏斗形區(qū)域稱為極間區(qū)（PolarCusps）[21]。學(xué)者普遍認(rèn)為衛(wèi)星在磁層頂觀測到的“磁通量傳輸事件(FluxTransferEvents，F(xiàn)TEs)”[22]與磁層頂中的磁重聯(lián)過程有著極為密切的關(guān)系，它體現(xiàn)了太陽風(fēng)中的物質(zhì)、磁通量和能量傳輸進(jìn)磁層的過程。當(dāng)太陽風(fēng)中的“行星際磁潮(IMF)有南向的分量時(shí)，會在靠近太陽一邊的磁層頂處與北向的地球偶極磁場相遇發(fā)生磁場重聯(lián)[23]，這將使得原本閉合的地球偶極磁場被打幵，磁場線改變?yōu)椤伴_放”形態(tài)，于是太陽風(fēng)中的能量得以進(jìn)入磁層乃至電離層。這樣“開放”的磁場線一端與地球極冠區(qū)（PolarCap）相連，另一端在太陽風(fēng)的推動(dòng)下朝地球背向太陽一面運(yùn)動(dòng)，并在地球磁層后方極遠(yuǎn)處延伸形成柱狀尾部磁場區(qū)域。這個(gè)長達(dá)數(shù)百個(gè)地球半徑(RE)的尾部區(qū)域就稱為“磁尾”（Magnetotail）[24]，其作用是儲存等離子體和能量。在“磁尾”赤道面上存在一個(gè)電流片，以此為界可將“磁尾”分為擁有相反方向磁場線的南北兩個(gè)尾瓣。當(dāng)太陽風(fēng)中的物質(zhì)、能量和磁通量進(jìn)入磁層之后，通過對流運(yùn)動(dòng)逐漸堆積到磁尾區(qū)域，儲存在磁尾電流片中，能量積累到一定程度的時(shí)候，磁尾處也會發(fā)生磁場重聯(lián)釋放掉儲存的能量[25]。“磁層亞暴”[26]是地球磁層中的短暫擾動(dòng)，導(dǎo)致磁尾中的能量釋放到高緯度電離層，引起“極光”（Aurora）。圖1.2地球磁層的橫截面[69]總的來說，日地空間環(huán)境這個(gè)復(fù)雜等離子體系統(tǒng)的各個(gè)層次并不是彼此獨(dú)立的，它們相互之間緊密聯(lián)系共同構(gòu)成一個(gè)整體。這些環(huán)境中的爆發(fā)現(xiàn)象對人類的

緒論4空間活動(dòng)、地面的通信系統(tǒng)和供電系統(tǒng)以及人類的基本生存環(huán)境有著重要的影響。1.1.2空間等離子體描述浩瀚宇宙中等離子體態(tài)的物質(zhì)隨處可見，空間天體物理環(huán)境中發(fā)生的不計(jì)其數(shù)的物理過程大都蘊(yùn)含著等離子體物理學(xué)。空間等離子體這門學(xué)科涵蓋空間物理學(xué)與等離子體物理學(xué)。作為嶄露頭角的交叉學(xué)科，它已經(jīng)在空間天體環(huán)境中的物理現(xiàn)象研究上發(fā)揮舉足輕重的作用了。人類逐漸認(rèn)識空間天體環(huán)境的基本特征，總結(jié)直觀現(xiàn)象背后的物理規(guī)律，以期能夠?qū)μ窄h(huán)境中的災(zāi)害性天氣事件進(jìn)行防范，來為航天活動(dòng)、衛(wèi)星遙感、人類正常通訊生活進(jìn)行服務(wù)。圖1.3等離子體存在的參量空間[31]為了掌握日地空間環(huán)境中的災(zāi)害性天氣過程的演化特征，以及了解這些現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理，就必然需要開展對空間等離子體基本物理過程的系統(tǒng)性研究[27-29]。早在1879年，英國著名化學(xué)家和物理學(xué)家克魯克斯（Crookes）就指出放電管中的電離氣體不同于氣體、液體、固體，是繼前三者之后的物質(zhì)第四態(tài)。1928年，朗繆爾(Langmuir)給它起名為等離子體（plasma）。據(jù)物理學(xué)家的計(jì)算，宇宙中99%的可見物質(zhì)都處于等離子體狀態(tài)，從熾熱的恒星到浩瀚的星際間物質(zhì)，從燦爛的星云到高速的太陽風(fēng)，這些環(huán)境中都充斥著等離子體，而地球上的生命卻恰恰處在那剩下的1%中。如圖1.3所示，等離子體存在的參數(shù)空間極為廣闊。目前為止，對等離子體而言，其尚未能有一個(gè)科學(xué)意義上精準(zhǔn)嚴(yán)格的定義，但是我們可以暫

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]無碰撞磁場重聯(lián)的數(shù)值模擬研究[D]. 盧三.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014

碩士論文
[1]c/uA及mi/me取值對于磁重聯(lián)過程的影響[D]. 錢仁鋒.浙江大學(xué) 2018
[2]基于有限體積法的MHD數(shù)值研究[D]. 雷曉晨.南華大學(xué) 2017
[3]邊界擾動(dòng)驅(qū)動(dòng)磁場重聯(lián)[D]. 楊恒磊.大連理工大學(xué) 2006



本文編號：3107676