【摘要】：極光是由太陽風(fēng)進(jìn)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(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象。夜側(cè)極光與磁層亞暴過程相關(guān),而日側(cè)極光與磁層邊界層之間有著內(nèi)在聯(lián)系。通過對日側(cè)極光的觀測研究,可以進(jìn)一步了解磁層邊界層的動力學(xué)過程。日側(cè)極光弧是一種最為典型、明亮的日側(cè)極光形態(tài)(磁地方時(shí)6點(diǎn)到18點(diǎn))。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(cè)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(jié)合行星際磁場,以及DMSP衛(wèi)星和SuperDARN雷達(dá)的協(xié)同觀測,進(jìn)行日側(cè)極光弧的觀測研究,重點(diǎn)分析了日側(cè)極光弧的寬度、走向和運(yùn)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(cè)極光弧的寬度。極光弧寬度的平均值為18.5 km,標(biāo)準(zhǔn)偏差為13 km,這與沉降電子加速區(qū)域的大小相關(guān)。對于寬度較窄的極光弧,沉降電子的加速機(jī)制可能是Alfven波加速。同時(shí),我們還得到極光弧寬度與磁層源區(qū)的大小正相關(guān)。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(jì)算了日側(cè)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(shí)的增加而逐漸減小,并在磁地方時(shí)(MLT)10點(diǎn)半附近發(fā)生反轉(zhuǎn)。這是因?yàn)閮A斜角的反轉(zhuǎn)時(shí)刻與電離層對流喉區(qū)的位置相關(guān),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(cè)。同時(shí),我們還發(fā)現(xiàn),傾斜角的反轉(zhuǎn)時(shí)刻在高緯側(cè)更靠近晨側(cè)而在低緯側(cè)則更靠近磁正午。結(jié)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(zhuǎn)位置會受到行星際磁場By的影響,當(dāng)By為負(fù)(正)時(shí),反轉(zhuǎn)位置往磁正午(晨側(cè))偏移。這也是因?yàn)樾行请H磁場By的變化會對電離層對流喉區(qū)的偏向產(chǎn)生影響,從而改變極光弧的走向。對日側(cè)極光弧緯向運(yùn)動的研究發(fā)現(xiàn),它由三部分組成：黃河站隨地球自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的觀測速度、緩慢的運(yùn)動(200 m/s)以及快速的運(yùn)動(200 m/s)。與地球自轉(zhuǎn)相關(guān)的極光弧運(yùn)動不是弧的實(shí)際運(yùn)動,它由極光弧傾斜角決定,在晨側(cè)為極向運(yùn)動,隨著磁地方時(shí)的增加逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌嗟老蜻\(yùn)動,平均速率為51 m/s。緩慢的運(yùn)動與電離層等離子體對流運(yùn)動相關(guān),越靠近磁正午極向運(yùn)動越明顯,平均速率為132 m/s�？焖俚倪\(yùn)動主要受到行星際磁場影響,行星際磁場分量B：轉(zhuǎn)南或轉(zhuǎn)北會使得極蓋區(qū)邊界擴(kuò)張或收縮,從而導(dǎo)致極光弧發(fā)生赤道向或極向運(yùn)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(cè)極光弧平均發(fā)光強(qiáng)度在午前暖點(diǎn)(～09 MLT)和午后熱點(diǎn)(-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(qiáng)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(qiáng)度比I557.7/I630.0,沉降電子的總能通量正相關(guān)于極光弧強(qiáng)度I557.7的定量關(guān)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(cè)一些高緯的極光弧,電子平均能量較低,對應(yīng)于等離子體幔：在磁正午附近,極光弧處于赤道向一側(cè),沉降電子的平均能量也較低,小于600 eV,對應(yīng)的磁層源區(qū)為低緯邊界層。本文對日側(cè)極光弧的寬度、走向、運(yùn)動以及所在源區(qū)進(jìn)行了系統(tǒng)分析。但是,對產(chǎn)生日側(cè)極光弧粒子的具體加速機(jī)制還需要通過事件分析來進(jìn)一步確認(rèn)；我們已經(jīng)得到日側(cè)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(xì)結(jié)構(gòu)(如卷曲、螺旋)的特征以及相應(yīng)的動力學(xué)過程也需要進(jìn)一步了解。
[Abstract]:......
【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

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 洪明華,胡紅橋,劉瑞源,湯克云;亞暴期間高緯黃昏—子夜扇區(qū)極光弧增亮與衰減及其與IMF的關(guān)系[J];地球物理學(xué)報(bào);2001年01期

2 熊波;張燕革;艾勇;張虹;劉玨;;北極黃河站極光亞暴期間低熱層大氣中性風(fēng)研究[J];空間科學(xué)學(xué)報(bào);2013年06期

3 ;[J];;年期

相關(guān)會議論文 前5條

1 洪明華;湯克云;;近磁尾位形不穩(wěn)定性一種極光弧及其渦旋結(jié)構(gòu)形成的可能機(jī)制[A];1998年中國地球物理學(xué)會第十四屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];1998年

2 王乃權(quán);;SAW對極光電子的非線性steepening加速[A];2001年中國地球物理學(xué)會年刊——中國地球物理學(xué)會第十七屆年會論文集[C];2001年

3 陳耀;李中元;;慣性極限區(qū)的孤立Alfv忮n的波[A];第九屆全國日地空間物理學(xué)術(shù)討論會論文摘要集[C];2000年

4 洪明華;胡紅橋;劉瑞源;湯克云;;亞暴期間高緯夜側(cè)極光弧與IMF的關(guān)系[A];第九屆全國日地空間物理學(xué)術(shù)討論會論文摘要集[C];2000年

5 王乃權(quán);林郁;;Shear Alfven Wave的非線性變陡過程[A];第九屆全國日地空間物理學(xué)術(shù)討論會論文摘要集[C];2000年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 丘琪;日側(cè)極光弧觀測研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

，

本文編號：2281888