本文關(guān)鍵詞：內(nèi)磁層低頻波和能量粒子動力學(xué)過程研究

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【摘要】：地磁擾動期間內(nèi)磁層中存在復(fù)雜而劇烈的能量粒子動態(tài)演化,這些過程往往會導(dǎo)致許多空間天氣災(zāi)害效應(yīng),嚴(yán)重威脅著在軌航天器、衛(wèi)星通訊和導(dǎo)航系統(tǒng)。因此,內(nèi)磁層中動力學(xué)過程研究具有重要的科學(xué)和現(xiàn)實意義。波粒相互作用被認(rèn)為是導(dǎo)致內(nèi)磁層中動態(tài)演化的重要物理機制。內(nèi)磁層中存在各種頻率不同,性質(zhì)各異的電磁波,如哨聲模合聲波、嘶聲波和電磁離子回旋波等。在不同程度的地磁擾動下,電磁波的強度、空間分布等會發(fā)生較大變化,所以我們有必要對它們的激發(fā)、增長過程進行研究。本論文主要針對內(nèi)磁層中電磁離子回旋波的激發(fā)和波粒相互作用驅(qū)動的高能電子的損失與加速進行研究。電磁離子回旋波從觀測形態(tài)上可以分為寬帶的非相干波和上升調(diào)的相干電磁波。首先,我們利用RBSP衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)分析了2013年10月10日寬帶非相干電磁離子回旋波事件,并對地磁指數(shù)、熱質(zhì)子的注入、溫度各向異性、背景磁場等參數(shù)進行觀測。通過電磁波線性激發(fā)理論,發(fā)現(xiàn)這樣的等離子體和背景磁場條件有利于波的增長。此結(jié)果表明亞暴期間大量注入至環(huán)電流區(qū)域的各項異性熱質(zhì)子和迅速減小的背景磁場激發(fā)了此事件中的電磁離子回旋波。其次,我們利用Cluster衛(wèi)星觀測到3個上升調(diào)相干電磁離子回旋波事件,其中兩個事件位于內(nèi)磁層夜側(cè)的磁赤道附近,一個事件位于昏側(cè)較高緯度區(qū)域。根據(jù)觀測數(shù)據(jù),我們得到研究所依賴的參數(shù),并把這些參數(shù)輸入至相干波的非線性增長模型來模擬上升調(diào)電磁離子回旋波頻率隨時間的變化。通過直接對比模擬和觀測的掃頻率,發(fā)現(xiàn)二者符合度較高。此工作結(jié)果為上升調(diào)電磁離子回旋波的非線性增長理論提供更好、更全面的觀測依據(jù)。地磁擾動期間,輻射帶高能電子通量呈現(xiàn)出顯著的變化。RBSP衛(wèi)星于2013年3月15日磁暴期間觀測到夜側(cè)外輻射帶區(qū)域高能電子(900 ke V)通量的減小,并同時觀測到強烈的電磁離子回旋波。低高度軌道NOAA-19衛(wèi)星的數(shù)據(jù)也顯示在對應(yīng)的空間位置有明顯的高能電子沉降,并且其沉降電子的能量在電磁離子回旋波與其發(fā)生共振的能量范圍內(nèi)。計算和觀測結(jié)果表明電磁離子回旋波是驅(qū)動其中高能電子損失的重要原因。另外,2002年1月10日至14日亞暴和磁暴期間,LANL和GOES-10同步軌道衛(wèi)星觀測到50 225 ke V電子迅速注入至輻射帶區(qū)域,而高能(0.6 Me V)電子通量在恢復(fù)相過程中大幅度上漲。同時當(dāng)Cluster衛(wèi)星飛越外輻射帶夜側(cè)區(qū)域時觀測到較強的合聲波波動。根據(jù)觀測數(shù)據(jù),我們利用STEERB模型模擬了有種子電子注入和無注入兩種情況下合聲波驅(qū)動的高能電子通量演化,結(jié)果顯示有注入時通量上升幅度是無注入時的30倍。此工作表明種子電子的注入?yún)f(xié)同合聲波對電子的加速作用對輻射帶中高能電子通量上升產(chǎn)生重要影響。以上工作為已有的理論提供了更加深入全面的支持,并加深了我們對內(nèi)磁層動力學(xué)過程的理解。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P353

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本文編號：1212301