本文關鍵詞：利用多點衛(wèi)星探測分析地球磁尾動力學過程及磁暴環(huán)電流分布規(guī)律

  更多相關文章： 多點衛(wèi)星探測 亞暴 磁暴 磁尾磁通量 磁通量繩 無力位形 環(huán)電流 磁層電流 磁場幾何結構

【摘要】：利用傳統(tǒng)的單點衛(wèi)星探測,并不能夠將磁層物理過程中的空間變化和時間變化區(qū)分開來。近年來,在磁層研究中陸續(xù)發(fā)射的多點衛(wèi)星探測項目,如Cluster、THEMIS、SWARM以及MMS計劃能夠有效解決這一空間難題,本文將利用Cluster以及THEMIS三到四點探測,重點研究磁尾磁通量在亞暴及磁暴中的演化過程、磁尾磁通量繩精細結構、磁暴環(huán)電流的全球分布及其對地磁場幾何結構的擾動效應。主要研究方法及結論如下:1.利用Cluster位于磁尾瓣時的四點探測,結合最新磁層頂模型給出的磁尾結構參數(shù),計算了磁尾磁通量的數(shù)值,重點分析了其在亞暴及磁暴時期的演化規(guī)律。初步研究結果表明,磁尾磁通量在增長相階段持續(xù)增加,直至某一臨界值時開始減小,這一過程通常對應亞暴膨脹相或恢復相。亞暴與磁暴強度依賴于磁尾磁通量的值;一般來說,磁尾磁通量越大,亞暴強度越強,說明能量輸入越多;在強磁暴時期,磁尾磁通量的值更強。這項工作對定量分析和監(jiān)測亞暴與磁暴期間磁尾儲存磁能、觸發(fā)和能量釋放過程具有重要應用價值。2.我們挑選了2001年至2004年間Cluster穿越磁尾磁通量繩(MFRs)的13例事件,利用多點探測方法研究了MFRs的無力位形結構(滿足J′B=0的磁場位形)。研究顯示,在MFRs中心附近,磁場梯度最弱而磁力線曲率半徑和電流密度最大。電流密度越強、等離子體β越小,則MFRs更接近于無力位形結構,這與理論分析一致。在MFRs的中心附近存在一個準無力位形區(qū)域,電流基本沿場向且正比于磁場強度,磁場結構更接近無力位形。統(tǒng)計結果還表明,約60%的磁通量事件可看做近似滿足無力位形結構。在準無力位形區(qū)域,無力因子α并不是一個常數(shù),說明MFRs是非線性無力場。該項研究第一次系統(tǒng)地回答了磁尾磁通量繩是否為無力位形的問題。它對發(fā)展磁通量繩模型具有重要參考價值,同時它還對其它區(qū)域磁通量繩的研究具有啟發(fā)意義。3.統(tǒng)計了磁暴期間Cluster在近地點附近穿越環(huán)電流的48例事件,給出了地心距離4RE附近環(huán)電流的分布特征及當?shù)卮帕�幾何結構的變化。該項研究首次通過直接探測定量化確認磁暴期間內(nèi)磁層磁場幾何結構的變化。在磁暴期間,隨著磁暴強度的增加,整個環(huán)電流區(qū)域磁力線曲率半徑減小。特別在超強磁暴時期,磁力線曲率半徑大小只有寧靜時期的約1/3。研究結果還表明,磁力線的幾何結構以及環(huán)電流的分布均存在地方時的不對稱性。在相同強度的磁暴條件下,磁力線的曲率半徑在夜側最小,昏側次之,晨側居中,日側最大。強磁暴時期的磁力線的這種幾何結構變化對環(huán)電流區(qū)域、等離子體層區(qū)域以及輻射帶區(qū)域的粒子動力學過程會產(chǎn)生重要影響。4.結合THEMIS的三點探測軌道優(yōu)勢,首次由直接觀測得到磁暴期間除晨側外的整個內(nèi)磁層赤道面4-12RE區(qū)域的電流分布特征。該項研究給出了電流密度的徑向分布規(guī)律:在r4.8RE的區(qū)域(r為地心距),電流密度基本沿東向;而在r=5-7.5RE的區(qū)域,電流主要為西向,隨r的增加而減小且呈現(xiàn)一定的磁地方時分布;當r7.5RE時,西向電流基本不隨r變化。本研究還發(fā)現(xiàn),東西向環(huán)電流的邊界隨磁活動的增強而向地球一側移動,在弱磁活動時期,東向電流可延伸至r=5RE的區(qū)域。這項工作為進一步探測分析磁暴環(huán)電流的分布規(guī)律以及揭示磁暴環(huán)電流機理打下良好基礎。
【關鍵詞】：多點衛(wèi)星探測 亞暴 磁暴 磁尾磁通量 磁通量繩 無力位形 環(huán)電流 磁層電流 磁場幾何結構
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(空間科學與應用研究中心)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P353
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-18
• 第一章 前言18-27
• 1.1 亞暴18-22
• 1.1.1 亞暴及觀測現(xiàn)象18-20
• 1.1.2 AU，AL，，AE，AO指數(shù)20-22
• 1.2 磁暴22-26
• 1.2.1 磁暴簡介22-23
• 1.2.2 Dst、SYM、Dst*指數(shù)23-25
• 1.2.3 磁暴的分類及各相25-26
• 1.3 本章總結及論文結構介紹26-27
• 第二章 衛(wèi)星計劃及數(shù)據(jù)分析方法27-50
• 2.1 Cluster衛(wèi)星計劃27-30
• 2.1.1 基本運行情況27-29
• 2.1.2 有效載荷及成果29-30
• 2.2 THEMIS衛(wèi)星計劃30-35
• 2.2.1 主要目標30-32
• 2.2.2 軌道信息及有效載荷32-35
• 2.3 SWRAM計劃35-38
• 2.3.1 目標及基本參數(shù)35
• 2.3.2 軌道信息及有效載荷35-38
• 2.4 多點探測分析方法38-47
• 2.4.1 磁場曲率分析（MCA）方法及磁旋轉分析（MRA）方法38-42
• 2.4.2 衛(wèi)星多點探測的一般性方法42-44
• 2.4.3 Curlometer方法44-46
• 2.4.4 多點探測方法的補充說明46-47
• 2.5 衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)的獲取及磁層分析常用坐標系47-49
• 2.5.1 衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)的獲取47
• 2.5.2 磁層分析常用坐標系47-49
• 2.6 本章小結49-50
• 第三章 磁尾磁通量在亞暴及磁暴期間的演化：初步結果50-64
• 3.1 引言50-52
• 3.2 方法介紹52-55
• 3.3 孤立亞暴期間磁尾磁通量演化55-58
• 3.4 外部觸發(fā)亞暴的磁尾磁通量演化58
• 3.5 連續(xù)亞暴過程磁尾磁通量演化58-63
• 3.6 本章總結及討論63-64
• 第四章 磁尾磁通量繩無力位形結構研究64-87
• 4.1 磁通量繩簡介64-66
• 4.2 磁通量繩的無力位形結構研究及現(xiàn)狀66-71
• 4.3 磁通量繩的磁場幾何結構特性71-84
• 4.3.1 事例 1：2003年10月 2 日滿足無力位形結構事例71-76
• 4.3.2 事例 2：2002年8月 13日不滿足無力位形結構事例76-79
• 4.3.3 個例分析的總結79
• 4.3.4 MFR的一般特性79-84
• 4.4 本章小結及討論84-87
• 第五章 環(huán)電流分布及其磁場結構研究87-115
• 5.1 磁層三維電流體系87-91
• 5.2 環(huán)電流91-112
• 5.2.1 環(huán)電流粒子的起源91
• 5.2.2 環(huán)電流的形成機制91-94
• 5.2.3 環(huán)電流分布及磁場結構研究的現(xiàn)狀94-98
• 5.2.4 磁暴時期環(huán)電流分布及磁場結構的研究98-106
• 5.2.5 磁暴期間內(nèi)磁層赤道面附近的電流分布：THEMIS觀測結果106-112
• 5.3 本章討論及總結112-115
• 第六章 總結與展望115-118
• 6.1 主要結論115-116
• 6.2 未來工作展望116-118
• 參考文獻118-135
• 作者簡介135-136
• 發(fā)表及待發(fā)表文章目錄136-138
• 致謝138-139

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 劉連光;劉春明;張冰;;磁暴對我國特高壓電網(wǎng)的影響研究[J];電網(wǎng)技術;2009年11期

2 徐文耀;;地磁與空間物理資料的組織和相關坐標系[J];地球物理學進展;2006年04期

本文編號：943878