本文關(guān)鍵詞：利用多點(diǎn)衛(wèi)星探測(cè)分析地球磁尾動(dòng)力學(xué)過(guò)程及磁暴環(huán)電流分布規(guī)律

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【摘要】：利用傳統(tǒng)的單點(diǎn)衛(wèi)星探測(cè),并不能夠?qū)⒋艑游锢磉^(guò)程中的空間變化和時(shí)間變化區(qū)分開(kāi)來(lái)。近年來(lái),在磁層研究中陸續(xù)發(fā)射的多點(diǎn)衛(wèi)星探測(cè)項(xiàng)目,如Cluster、THEMIS、SWARM以及MMS計(jì)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(diǎn)探測(cè),重點(diǎn)研究磁尾磁通量在亞暴及磁暴中的演化過(guò)程、磁尾磁通量繩精細(xì)結(jié)構(gòu)、磁暴環(huán)電流的全球分布及其對(duì)地磁場(chǎng)幾何結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)效應(yīng)。主要研究方法及結(jié)論如下:1.利用Cluster位于磁尾瓣時(shí)的四點(diǎn)探測(cè),結(jié)合最新磁層頂模型給出的磁尾結(jié)構(gòu)參數(shù),計(jì)算了磁尾磁通量的數(shù)值,重點(diǎn)分析了其在亞暴及磁暴時(shí)期的演化規(guī)律。初步研究結(jié)果表明,磁尾磁通量在增長(zhǎng)相階段持續(xù)增加,直至某一臨界值時(shí)開(kāi)始減小,這一過(guò)程通常對(duì)應(yīng)亞暴膨脹相或恢復(fù)相。亞暴與磁暴強(qiáng)度依賴于磁尾磁通量的值;一般來(lái)說(shuō),磁尾磁通量越大,亞暴強(qiáng)度越強(qiáng),說(shuō)明能量輸入越多;在強(qiáng)磁暴時(shí)期,磁尾磁通量的值更強(qiáng)。這項(xiàng)工作對(duì)定量分析和監(jiān)測(cè)亞暴與磁暴期間磁尾儲(chǔ)存磁能、觸發(fā)和能量釋放過(guò)程具有重要應(yīng)用價(jià)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(diǎn)探測(cè)方法研究了MFRs的無(wú)力位形結(jié)構(gòu)(滿足J′B=0的磁場(chǎng)位形)。研究顯示,在MFRs中心附近,磁場(chǎng)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(qiáng)、等離子體β越小,則MFRs更接近于無(wú)力位形結(jié)構(gòu),這與理論分析一致。在MFRs的中心附近存在一個(gè)準(zhǔn)無(wú)力位形區(qū)域,電流基本沿場(chǎng)向且正比于磁場(chǎng)強(qiáng)度,磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)更接近無(wú)力位形。統(tǒng)計(jì)結(jié)果還表明,約60%的磁通量事件可看做近似滿足無(wú)力位形結(jié)構(gòu)。在準(zhǔn)無(wú)力位形區(qū)域,無(wú)力因子α并不是一個(gè)常數(shù),說(shuō)明MFRs是非線性無(wú)力場(chǎng)。該項(xiàng)研究第一次系統(tǒng)地回答了磁尾磁通量繩是否為無(wú)力位形的問(wèn)題。它對(duì)發(fā)展磁通量繩模型具有重要參考價(jià)值,同時(shí)它還對(duì)其它區(qū)域磁通量繩的研究具有啟發(fā)意義。3.統(tǒng)計(jì)了磁暴期間Cluster在近地點(diǎn)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(dāng)?shù)卮帕�幾何結(jié)構(gòu)的變化。該項(xiàng)研究首次通過(guò)直接探測(cè)定量化確認(rèn)磁暴期間內(nèi)磁層磁場(chǎng)幾何結(jié)構(gòu)的變化。在磁暴期間,隨著磁暴強(qiáng)度的增加,整個(gè)環(huán)電流區(qū)域磁力線曲率半徑減小。特別在超強(qiáng)磁暴時(shí)期,磁力線曲率半徑大小只有寧?kù)o時(shí)期的約1/3。研究結(jié)果還表明,磁力線的幾何結(jié)構(gòu)以及環(huán)電流的分布均存在地方時(shí)的不對(duì)稱(chēng)性。在相同強(qiáng)度的磁暴條件下,磁力線的曲率半徑在夜側(cè)最小,昏側(cè)次之,晨側(cè)居中,日側(cè)最大。強(qiáng)磁暴時(shí)期的磁力線的這種幾何結(jié)構(gòu)變化對(duì)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(dòng)力學(xué)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生重要影響。4.結(jié)合THEMIS的三點(diǎn)探測(cè)軌道優(yōu)勢(shì),首次由直接觀測(cè)得到磁暴期間除晨側(cè)外的整個(gè)內(nèi)磁層赤道面4-12RE區(qū)域的電流分布特征。該項(xiàng)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(shí)分布;當(dāng)r7.5RE時(shí),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(dòng)的增強(qiáng)而向地球一側(cè)移動(dòng),在弱磁活動(dòng)時(shí)期,東向電流可延伸至r=5RE的區(qū)域。這項(xiàng)工作為進(jìn)一步探測(cè)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(jī)理打下良好基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：多點(diǎn)衛(wèi)星探測(cè) 亞暴 磁暴 磁尾磁通量 磁通量繩 無(wú)力位形 環(huán)電流 磁層電流 磁場(chǎng)幾何結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：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(cè)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(jiǎn)介22-23
• 1.2.2 Dst、SYM、Dst*指數(shù)23-25
• 1.2.3 磁暴的分類(lèi)及各相25-26
• 1.3 本章總結(jié)及論文結(jié)構(gòu)介紹26-27
• 第二章 衛(wèi)星計(jì)劃及數(shù)據(jù)分析方法27-50
• 2.1 Cluster衛(wèi)星計(jì)劃27-30
• 2.1.1 基本運(yùn)行情況27-29
• 2.1.2 有效載荷及成果29-30
• 2.2 THEMIS衛(wèi)星計(jì)劃30-35
• 2.2.1 主要目標(biāo)30-32
• 2.2.2 軌道信息及有效載荷32-35
• 2.3 SWRAM計(jì)劃35-38
• 2.3.1 目標(biāo)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(diǎn)探測(cè)分析方法38-47
• 2.4.1 磁場(chǎng)曲率分析（MCA）方法及磁旋轉(zhuǎn)分析（MRA）方法38-42
• 2.4.2 衛(wèi)星多點(diǎn)探測(cè)的一般性方法42-44
• 2.4.3 Curlometer方法44-46
• 2.4.4 多點(diǎn)探測(cè)方法的補(bǔ)充說(shuō)明46-47
• 2.5 衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)的獲取及磁層分析常用坐標(biāo)系47-49
• 2.5.1 衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)的獲取47
• 2.5.2 磁層分析常用坐標(biāo)系47-49
• 2.6 本章小結(jié)49-50
• 第三章 磁尾磁通量在亞暴及磁暴期間的演化：初步結(jié)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(guò)程磁尾磁通量演化58-63
• 3.6 本章總結(jié)及討論63-64
• 第四章 磁尾磁通量繩無(wú)力位形結(jié)構(gòu)研究64-87
• 4.1 磁通量繩簡(jiǎn)介64-66
• 4.2 磁通量繩的無(wú)力位形結(jié)構(gòu)研究及現(xiàn)狀66-71
• 4.3 磁通量繩的磁場(chǎng)幾何結(jié)構(gòu)特性71-84
• 4.3.1 事例 1：2003年10月 2 日滿足無(wú)力位形結(jié)構(gòu)事例71-76
• 4.3.2 事例 2：2002年8月 13日不滿足無(wú)力位形結(jié)構(gòu)事例76-79
• 4.3.3 個(gè)例分析的總結(jié)79
• 4.3.4 MFR的一般特性79-84
• 4.4 本章小結(jié)及討論84-87
• 第五章 環(huán)電流分布及其磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)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(jī)制91-94
• 5.2.3 環(huán)電流分布及磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)研究的現(xiàn)狀94-98
• 5.2.4 磁暴時(shí)期環(huán)電流分布及磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)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(cè)結(jié)果106-112
• 5.3 本章討論及總結(jié)112-115
• 第六章 總結(jié)與展望115-118
• 6.1 主要結(jié)論115-116
• 6.2 未來(lái)工作展望116-118
• 參考文獻(xiàn)118-135
• 作者簡(jiǎn)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(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

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

2 徐文耀;;地磁與空間物理資料的組織和相關(guān)坐標(biāo)系[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2006年04期

本文編號(hào)：943878