本文關(guān)鍵詞：地球磁尾超低頻波動　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：超低頻(ULF)波動的周期約為1-1000s。這些波動在地球磁層中發(fā)揮著重要的作用,如能量的沉降、傳輸和耗散等。磁尾是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng),里面有很多動力學(xué)過程,而ULF波動是磁尾里的重要現(xiàn)象。磁尾有三個主要的區(qū)域,分別是等離子體片、等離子體片邊界層和尾瓣。本論文的工作主要集中于等離子體片和尾瓣里的ULF波動。我們使用2001至2009年期間的Cluster衛(wèi)星數(shù)據(jù)研究了這兩個區(qū)域里的ULF波動或擾動。具體研究結(jié)果如下：1、等離子體片ULF波動Pi2脈動(周期40-150s)是亞暴期間的一個重要現(xiàn)象。等離子體片里有大量Pi2頻段的波動。我們的統(tǒng)計結(jié)果表明等離子體快速流是等離子體片里Pi2頻段波動的主要驅(qū)動源。相對少的一部分波動顯示等離子體片里的其他機制也對Pi2頻段波動的產(chǎn)生有貢獻(xiàn)。所有波動的離子熱壓和磁壓呈反相位變化,表示這些波動具有慢模波的特征。近地等離子體片里的Pi2頻段波動可能與地面Pi2脈動有關(guān)。我們研究了2004年10月15日1235-1300 UT期間的一個電流片波動事件。在Cluster衛(wèi)星足點附近的TIK地磁臺站觀測到3個Pi2脈動,其開始時刻分別約為1236UT、1251 UT和1255 UT。開始于1236UT周期約為40s的Pi2脈動的產(chǎn)生機制目前還不清楚。發(fā)生在1251 UT周期約為90 s的Pi2脈動與Cluster衛(wèi)星所探測到的一個強的場向電流有關(guān)；我們認(rèn)為此Pi2脈動可能是由攜帶場向電流的阿爾芬波在南北電離層之間來回反彈產(chǎn)生。第三個Pi2脈動,其周期約為60s,有三個幾乎沒有衰減的波形。此脈動與Cluster衛(wèi)星探測到的經(jīng)過72s時間平移后的場向電流一一對應(yīng)；因此,我們認(rèn)為此Pi2脈動是由這些周期性的場向電流產(chǎn)生。此外,我們也發(fā)現(xiàn)一個扭曲型中性片波動事件與地面Pi2脈動有關(guān)。此波動周期在40-60 s之間,其Bx和BY分量占主導(dǎo),并伴隨著強的場向電流；而這些電流與地面KTN和TIK臺站所觀測的Pi2脈動的波形一一對應(yīng)。此Pi2脈動在經(jīng)向上向西傳播速度約6 km/s,和中性片波動傳播速度在地面相同緯度上的投影相當(dāng)(約4 km/s)。我們認(rèn)為此扭曲型中性片波動可以通過場向電流在高緯度產(chǎn)生Pi2脈動。磁場雙梯度不穩(wěn)定性可以解釋此中性片波動。近年來的研究報道了偶極化鋒面(DF)附近的波動。我們研究了位于DF前的磁場壓縮結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)這些壓縮結(jié)構(gòu)在中性片附近,其Bz占主導(dǎo)；它們相對于等離子體流幾乎靜止,且長度為幾個質(zhì)子回旋半徑；離子密度隨總磁場減少而增加；部分離子被此結(jié)構(gòu)捕獲,其平行速度和垂直速度反相位變化；當(dāng)?shù)貤l件滿足激發(fā)磁鏡不穩(wěn)定性。因此,我們認(rèn)為這些壓縮結(jié)構(gòu)為磁鏡模,而DF前的等離子體環(huán)境有可能激發(fā)磁鏡不穩(wěn)定性。2、磁尾尾瓣ULF波動盡管磁尾尾瓣相對平靜,但這里仍然有很多ULF波動。我們統(tǒng)計了尾瓣里263個Pi2頻段波動和161個Pc5頻段(周期150-600s)波動。統(tǒng)計結(jié)果如下：(1)90%的Pi2(Pc5)頻段波動其磁場剪切和壓縮分量的平均波幅度分別低于0.25(0.36)nT和0.16(0.39)nT；(2)Pi2頻段波動在靠近等離子體片的尾瓣里更容易被觀測到,而Pc5頻段波動可出現(xiàn)在整個尾瓣；(3)尾瓣波動的幅度與AE指數(shù)的相關(guān)性較弱,但波動的幅度在AE指數(shù)更大時趨于更大；(4)波動幅度在太陽風(fēng)速度、動壓及動壓的變化增大時趨于更大；Pc5頻段波動的幅度與太陽風(fēng)動壓變化大小的相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.58。我們認(rèn)為等離子體片和等離子體片邊界層的動力學(xué)過程(內(nèi)源)以及太陽風(fēng)條件(外源)都有利于尾瓣波動的產(chǎn)生；Pi2頻段波動受內(nèi)源影響更大,而太陽風(fēng)動壓的顯著變化能在尾瓣里產(chǎn)生壓縮的Pc5頻段波動。接下來,我們研究了3個周期在2至20 min的尾瓣磁場波動事件及其與太陽風(fēng)參數(shù)的關(guān)系。研究結(jié)果如下：(1)2009年10月4日的波動在南尾瓣被觀測到,其Bx和Bz分量占主導(dǎo),傳播速度約為(-204,-68,-541) km/s,逆時針方向極化：此波動與太陽風(fēng)動壓變化每個周期的波形都能一一對應(yīng),且尾瓣總壓強與太陽風(fēng)動壓的變化趨勢一致；(2)2004年8月11日的波動,其Bx和BY分量占主導(dǎo),并伴隨著行星際磁場(IMF) By和太陽風(fēng)速度Y分量的顯著變化；此波動的傳播速度約為(-548,-316,109)km/s；其BY分量的波形和IMFBy的波形相似且呈反相位關(guān)系；(3)2003年8月20日的波動,其BY分量的波形與Bx及Bz的波形不同；By與IMF By反相位變化。我們的研究結(jié)果支持準(zhǔn)周期太陽風(fēng)動壓的變化可以擠壓磁尾尾瓣從而產(chǎn)生Bx和By分量波動的解釋；另外,我們認(rèn)為準(zhǔn)周期變化的IMF By和太陽風(fēng)速度Y分量對尾瓣Bx和By分量波動的產(chǎn)生有貢獻(xiàn)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P353

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