【摘要】：極光是由太陽風進入地球磁層頂或是磁尾存儲的能量粒子,沿著磁力線沉降到極區(qū)電離層,與中性粒子碰撞、激發(fā)從而產生的發(fā)光現(xiàn)象。夜側極光與磁層亞暴過程相關,而日側極光與磁層邊界層之間有著內在聯(lián)系。通過對日側極光的觀測研究,可以進一步了解磁層邊界層的動力學過程。日側極光弧是一種最為典型、明亮的日側極光形態(tài)(磁地方時6點到18點)。穩(wěn)定的極光弧在經(jīng)度方向延伸(100 km),在緯度方向相對狹窄(-18 km)。極光弧粒子的能量在幾百eV到10 keV。黃河站觀測到的日側極光弧主要出現(xiàn)在地磁緯度(MLAT) 76°附近,在午前和午后的發(fā)生率較高,而在磁正午附近極少出現(xiàn)。本文利用中國北極黃河站連續(xù)觀測得到的多波段全天空極光圖像數(shù)據(jù),結合行星際磁場,以及DMSP衛(wèi)星和SuperDARN雷達的協(xié)同觀測,進行日側極光弧的觀測研究,重點分析了日側極光弧的寬度、走向和運動以及沉降粒子的能譜特征。我們利用北極黃河站557.7 nm波段的全天空極光觀測,測量了日側極光弧的寬度。極光弧寬度的平均值為18.5 km,標準偏差為13 km,這與沉降電子加速區(qū)域的大小相關。對于寬度較窄的極光弧,沉降電子的加速機制可能是Alfven波加速。同時,我們還得到極光弧寬度與磁層源區(qū)的大小正相關。磁力線往正午極隙區(qū)匯聚,越靠近磁正午,磁層源區(qū)相對越小,極光弧寬度也越小。我們還定量計算了日側極光弧的走向。用傾斜角來表示極光弧的走向,表征極光弧偏離地磁東西方向的程度。極光弧的傾斜角隨著磁地方時的增加而逐漸減小,并在磁地方時(MLT)10點半附近發(fā)生反轉。這是因為傾斜角的反轉時刻與電離層對流喉區(qū)的位置相關,在平均行星際磁場條件下,電離層對流喉區(qū)位于磁正午附近偏向晨側。同時,我們還發(fā)現(xiàn),傾斜角的反轉時刻在高緯側更靠近晨側而在低緯側則更靠近磁正午。結合OMNI行星際磁場數(shù)據(jù),我們發(fā)現(xiàn)極光弧傾斜角的反轉位置會受到行星際磁場By的影響,當By為負(正)時,反轉位置往磁正午(晨側)偏移。這也是因為行星際磁場By的變化會對電離層對流喉區(qū)的偏向產生影響,從而改變極光弧的走向。對日側極光弧緯向運動的研究發(fā)現(xiàn),它由三部分組成：黃河站隨地球自轉而產生的觀測速度、緩慢的運動(200 m/s)以及快速的運動(200 m/s)。與地球自轉相關的極光弧運動不是弧的實際運動,它由極光弧傾斜角決定,在晨側為極向運動,隨著磁地方時的增加逐漸轉變?yōu)槌嗟老蜻\動,平均速率為51 m/s。緩慢的運動與電離層等離子體對流運動相關,越靠近磁正午極向運動越明顯,平均速率為132 m/s�？焖俚倪\動主要受到行星際磁場影響,行星際磁場分量B：轉南或轉北會使得極蓋區(qū)邊界擴張或收縮,從而導致極光弧發(fā)生赤道向或極向運動。利用黃河站多波段極光觀測數(shù)據(jù),我們得到557.7 nm波段的日側極光弧平均發(fā)光強度在午前暖點(～09 MLT)和午后熱點(-15MLT)存在極大值,分別為2.2和2.9 kR；而630.0 nm波段的平均強度比557.7 nm波段弱,在磁正午出現(xiàn)極大值,為1.5 kR。對DMSP衛(wèi)星穿越黃河站上空事件分析,我們得到了沉降電子的能量正比于極光弧強度比I557.7/I630.0,沉降電子的總能通量正相關于極光弧強度I557.7的定量關系式。對沉降粒子能譜的分析發(fā)現(xiàn),在午前和午后扇區(qū),極光弧粒子主要來源于等離子體片邊界層；晨昏側一些高緯的極光弧,電子平均能量較低,對應于等離子體幔：在磁正午附近,極光弧處于赤道向一側,沉降電子的平均能量也較低,小于600 eV,對應的磁層源區(qū)為低緯邊界層。本文對日側極光弧的寬度、走向、運動以及所在源區(qū)進行了系統(tǒng)分析。但是,對產生日側極光弧粒子的具體加速機制還需要通過事件分析來進一步確認；我們已經(jīng)得到日側極光弧的源區(qū),但是對于不同源區(qū)極光弧觀測的差別仍需要再對比分析；此外,極光弧上的一些精細結構(如卷曲、螺旋)的特征以及相應的動力學過程也需要進一步了解。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P353

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本文編號：2281888