收藏本站
《中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心)》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

双星计划TC-2中性原子成像仪对磁暴环电流离子全球演化的探测及分析研究

陈志青  
【摘要】:磁暴期间环电流区域的高能粒子将对运行在地球空间的人造卫星造成不利的影响,环电流所引起的地磁扰动也可能对地球表面的某些设施造成干扰或破坏。因此对环电流的研究,特别是对磁暴环电流的研究显得尤为重要。 地球空间双星探测计划(简称双星计划)是我国第一次自主提出的国际合作重大空间探测项目,其包括赤道区卫星(TC-1)和近地极区卫星(TC-2)。TC-2卫星上搭载了专用于地球环电流探测的中性原子成像仪(NUADU)。NAUDU采用遥测的方式,可以实现对环电流区离子全局分布和动态演化过程的连续监测,为磁暴环电流的研究提供了强有力的手段。 本文的作者在双星计划科学运行中心工作期间参与了NUADU仪器的研制工作,同时负责科学数据的处理。本文的目的是总结TC-2中性原子探测所取得的成果以及利用第一手的中性原子成像数据,结合我国自主提出的环电流离子分布模型和中性原子成像模拟技术,开展环电流离子分布形态以及动态演化的研究。研究的内容主要包括以下三个方面: 1、通过直接分析卫星于地磁偶极子轴附近获取的中性原子图像,试图揭示环电流离子沿地方时的分布形态和随磁暴发展的变化规律。 对NUADU在地磁偶极子轴附近获得的观测图像的直接分析表明:2004年11月磁暴期间南向的行星际磁场(IMF)分量在离子从磁尾向内磁层注入和随后的环电流增长过程中起着关键的作用。IMF转为北向后,离子注入很快停止。在离子注入增强期间,离子的漂移路径是开放的,以致大量环电流离子从黄昏侧注入后快速地损失在黄昏至正午的磁层顶。所以,环电流往往在离子漂移路径从开放变为封闭后才达到最大强度,而不是在这之前,尽管那时的离子注入强度更大。在该磁暴主相期间,离子注入发生在17:00LT~22:00LT范围内,形成极其不对称的环电流分布形态。而在恢复相期间,由于受大的IMF By分量的影响,离子注入区的地方时分布范围东向扩张。对称环电流在磁尾对流电场减小,离子漂移路径变为封闭形态之后形成。在磁暴恢复相后期,从ENA图像看环电流基本平息,而Dst指数仍然显示较强的磁扰动,这说明越尾电流对Dst指数有重要的影响。2、对NUADU不同能道ENA通量水平随磁暴演化而变化的特性进行分析。文章分析了分别发生于2004年11月和2005年5月的磁暴期间ENA通量的变化特性。两次磁暴期间,ENA通量的变化表现出一些重要的共同特征。如果忽略影响ENA通量的其他次要因素,ENA通量的变化反映了环电流离子通量的变化。分析表明环电流离子通量随能量的增高快速下降,磁暴主相期间可能由于高能O+的增加使得能谱有所变硬。离子通量的变化大体上是无色散的。离子主要受南向行星际磁场(IMF)所引起的对流电场的驱动注入到环电流区域。亚暴活动与环电流的增长没有直接的因果关系,但其对环电流的强度具有调制作用,引起环电流离子通量短时间尺度的波动。恢复相开始前,环电流离子在昏侧区域出现短时间迅速增大的现象。这可能是由于屏蔽电场的形成削弱了内磁层对流电场,造成离子在磁层顶的逃逸损失过程减弱。数据表明能量越低的离子,这种通量增长现象越明显,表明能量越高的离子越不容易进入小L值区域被捕获。离子通量的变化还表明在Dst/SYM-H指数的快速恢复期间,环电流离子通量的衰减速度也可以发生阶段性变化。这说明Dst/SYM-H指数并不能准确反映环电流的强度,环电流的衰减过程可能采取比先快后慢更复杂的阶段性衰减模式。 3、利用环电流离子模型模拟计算环电流区的ENA通量,与NUADU的观测数据进行对比分析。模拟计算产生了空间分布与NUADU观测一致的ENA图像,但两者的能谱分布相差很大。模拟结果表明,考虑低高度区域H原子以外的其他大气成份对ENA成像的影响是完全有必要的。低高度区域ENA的二次电离损失也是不可忽略的因素。离子主要受磁暴期间的对流电场的作用,通过漂移的方式注入到环电流区。能量越高的离子更不容易进入到环电流区域。弱磁扰或中等磁扰(Kp 5)时较高能量的( 40keV)离子的通量在在晨侧出现通量空洞,说明此时的对流电场不足以将该能量范围的离子注入到环电流区。随着磁扰和对流电场的增强,这种通量空洞越来越小,最后消失。模拟ENA通量相比NUADU观测通量具有更硬的能谱,Kp指数越大,这种差异越明显。导致这种差异的原因可能是模型没有考虑某种与能量相关的环电流离子损失过程,或者是因为环电流区域的局地加速机制提高了低能端的离子通量水平。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P353

免费申请
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 任来平,赵俊生,侯世喜;磁偶极子磁场空间分布模式[J];海洋测绘;2002年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 马玉端;磁尾爆发性整体流的多点卫星研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 滕吉文;;当今中国岩石圈物理学研究中的几个重要问题与思考[J];地球物理学进展;2006年04期
2 陈鸿飞,徐文耀;1998年5月磁暴磁层电流体系的地磁效应分析[J];地球物理学报;2001年04期
3 韩范畴,任来平;应用傅立叶级数计算船尾磁场[J];海洋测绘;2003年03期
4 任来平,张襄安,刘国斌;海洋磁力测量系统误差来源分析[J];海洋测绘;2004年05期
5 任来平,张启国,马刚;水下铁磁体的海面磁场计算模型研究[J];海洋测绘;2004年06期
6 任来平,余成道,欧阳永忠,刘传勇;均匀磁化球体的磁力线方程[J];海洋测绘;2005年05期
7 任来平;黄谟涛;翟国君;欧阳永忠;邓志军;;海底管线磁场计算模型[J];海洋测绘;2007年01期
8 刘绍亮,郭建广,宗秋刚,B.Wilken,傅绥燕;1994年2月21日行星际激波引起的磁暴[J];空间科学学报;2002年03期
9 曹晋滨,燕春晓,刘振兴,周国成;磁壳参数L与磁暴Dst指数和行星际条件的关系[J];空间科学学报;2004年02期
10 谢伦,濮祖荫,周煦之,傅绥燕,宗秋刚;磁暴环电流形成过程[J];科学通报;2004年06期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 路立;Susan McKenna-Lawlor;刘振兴;沈超;曹晋滨;;用NUADU/TC-2成像探测数据反演磁层离子和逃逸层蒸发粒子分布[A];中国地球物理学会第22届年会论文集[C];2006年
2 曹静;赵文化;单海滨;黄江;;基于GPS系统的广州区域电离层TEC应用研究[A];中国气象学会2007年年会空间天气科技成果向业务应用的转化分会场论文集[C];2007年
3 赵文化;单海滨;黄江;曹静;郭建道;翁俊铿;;华南地区GPS-TEC监测产品的设计与实现[A];中国气象学会2007年年会空间天气科技成果向业务应用的转化分会场论文集[C];2007年
4 B.W.Reinisch;D.M.Haines;I.A.Galkin;J.L.Green;R.F.Benson;W.W.L;Taylor;J.L.Burch;;THE IMAGE MISSION AND FIRST OBSERVATIONS FROM THE RADIO PLASMA IMAGER[A];Proceedings of 2000 5~(th) International Symposium on Antennas, Propagation and EM Theory[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 贾辉;星载太阳紫外光谱监视器辐射定标的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
2 李柳元;磁层相对论电子通量增强事件的观测和理论研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2005年
3 史旺林;非对称磁场重联的Cluster数值分析及一个宇宙线源模式[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2005年
4 孙伟英;ICMEs导致的行星际高密度等离子体云射电辐射测量方法[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2006年
5 王馨悦;环电流离子模式与离子分布的层析成像反演[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2006年
6 崔海龙;地球磁层等离子体团及通量绳结构的形成与发展研究[D];中国科学技术大学;2005年
7 孙晓霞;剪切流对磁重联层结构影响的MHD数值研究[D];大连理工大学;2007年
8 王正汹;托卡马克等离子体双撕裂模不稳定性的MHD研究[D];大连理工大学;2007年
9 周煦之;地球磁层能量粒子动力学研究[D];北京大学;2007年
10 刘悦;复杂等离子体中尘埃空洞形成机理的数值研究[D];大连理工大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 高原;行星际激波传播时间的预测研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2004年
2 张正红;水平定向钻进跟踪导向系统中的定位测深技术的研究[D];国防科学技术大学;2003年
3 杨恒磊;边界扰动驱动磁场重联[D];大连理工大学;2006年
4 孔令高;快速测量太阳风参数方法研究及FY-2C卫星太阳X射线数据反演[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2006年
5 张龙飞;太阳质子事件短期预报模型研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2006年
6 刘宏娟;矩形永磁体三维磁场空间分布研究[D];北京工业大学;2006年
7 赵书毅;相对论荷电粒子在激光电磁场中康普顿辐射的研究[D];南昌大学;2007年
8 罗立平;海底管道防腐状态检测技术研究[D];大连理工大学;2007年
9 李润石;矩形永磁体三维空间力场分布研究[D];北京工业大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 马玉端,曹晋滨,周国成,刘振兴,H.Reme,I.Dandouras;磁宁静期磁尾爆发性整体流持续时间多点卫星研究[J];地球物理学报;2005年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈念陔;苯稠环芳烃环电流的计算[J];科学通报;1979年12期
2 陈念陔;苯稠环芳烃环电流的计算[J];黑龙江大学自然科学学报;1978年00期
3 沈长寿;电离层电场对环电流变化响应的时延[J];空间科学学报;1987年02期
4 何友文,胡文瑞;磁层亚暴时环电流的局部加速机制[J];空间科学学报;1982年02期
5 傅绥燕,宗秋刚,濮祖荫,刘文龙;地磁活动与太阳活动对环电流离子成分与位置的影响[J];地球物理学报;2003年06期
6 傅绥燕,濮祖荫,宗秋刚,肖池阶,谢伦,B.Wilken;大磁暴中环电流离子成分的变化及其与磁暴演化的关系[J];地球物理学报;2001年01期
7 孙小青,叶宗海;由环电流的宇宙线效应验证二维对称环电流模型[J];空间科学学报;1993年02期
8 高玉芬,王家龙,萧佐;1997年1月6—11日日地连接事件──对磁暴-环电流-对流电场的讨论[J];空间科学学报;1998年03期
9 谢伦,濮祖荫,周煦之,傅绥燕,宗秋刚;磁暴环电流形成过程[J];科学通报;2004年06期
10 吴志元;圆电波波导中的导电圆环耦合[J];物理学报;1965年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 赵旭东;杜爱民;;磁暴期间环电流磁地方时分布特征的统计研究[A];第十四届全国日地空间物理学术研讨会论文集[C];2011年
2 陈博;徐文耀;陈耿雄;杜爱民;吴迎燕;刘晓灿;;磁暴期间环电流的纬向移动与倾斜现象[A];中国科学院地质与地球物理研究所2008学术论文汇编[C];2009年
3 谢伦;濮祖荫;周煦之;傅绥燕;;强磁暴时环电流离子的注入[A];第十届全国日地空间物理学术讨论会论文摘要集[C];2003年
4 吴迎燕;徐文耀;陈耿雄;;环电流的地磁场特征[A];第十二届全国日地空间物理学术讨论会论文摘要集[C];2007年
5 谢伦;濮祖荫;周煦之;傅绥燕;;强磁暴时环电流离子的注入[A];中国地球物理.2003——中国地球物理学会第十九届年会论文集[C];2003年
6 马淑英;颜伟男;徐良;J.Goldstein;D.J.McComas;;由TWINS星座ENA成像重建不同能量环电流离子的空间分布[A];第二十四届全国空间探测学术交流会论文摘要集[C];2011年
7 吴迎燕;徐文耀;陈耿雄;;环电流不对称分布的地面磁场特征[A];中国地球物理学会第二十三届年会论文集[C];2007年
8 付绥燕;濮祖荫;肖池阶;宗秋刚;谢伦;B.Wilken;;大磁暴的演化与环电流离子成分[A];第九届全国日地空间物理学术讨论会论文摘要集[C];2000年
9 马淑英;颜伟男;徐良;J.Goldstein;D.J.McComas;;利用CT技术由TWINS星座ENA成像重建环电流离子分布[A];第二十三届全国空间探测学术交流会论文摘要集[C];2010年
10 徐文耀;杜爱民;;磁暴环电流衰减率对磁层能量状态的影响[A];中国科学院地质与地球物理研究所第十届(2010年度)学术年会论文集(下)[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前7条
1 黄琦;探测一号步入探测之旅 中星20号正式交付用户[N];中国航天报;2004年
2 尹辉;探测一号卫星正式交付使用[N];大众科技报;2004年
3 中国科学院空间科学与应用研究中心 刘振兴;地球空间双星探测[N];科技日报;2001年
4 记者 束洪福;低涡流低循环电流损耗换位导线面市[N];科技日报;2001年
5 郑彬;地球空间科学探索者沈超[N];科技日报;2004年
6 付毅飞;双星计划探测一号卫星投入使用[N];科技日报;2004年
7 常建龙 王霞;自主创新 推动空间科学跨越发展[N];科技日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 陈志青;双星计划TC-2中性原子成像仪对磁暴环电流离子全球演化的探测及分析研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2011年
2 王馨悦;环电流离子模式与离子分布的层析成像反演[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2006年
3 汤朝灵;利用双星和ClusterⅡ等对地球磁层的观测和分析研究[D];中国科学技术大学;2009年
4 李晖;行星际扰动对地球空间环境的影响研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2011年
5 魏勇;太阳风—磁层—电离层电场穿透与屏蔽的观测与模拟[D];中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所);2008年
6 刘若思;暴时热层大气密度变化与太阳风—磁层耦合参数的关系及建模[D];武汉大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李苏苏;基于配网潮流的合环电流分析与控制[D];华北电力大学(北京);2006年
2 苑捷;北京城区配电网合环分析[D];华北电力大学(北京);2007年
3 邹慧;配电网合环操作的研究及决策软件的开发[D];四川大学;2006年
4 曹亮;中压配电网合环调度运行分析的研究[D];华北电力大学(北京);2008年
5 金从友;智能型配电网合环决策支持软件的开发与研究[D];华北电力大学(北京);2009年
6 袁亚红;地磁活动性指数Vr的时空分布特征分析及其机理的初步探讨[D];中国地震局地球物理研究所;2011年
7 李晓明;配电网络合环模型与算法研究[D];天津大学;2007年
8 冯静;鹤壁配电网合环电流计算、分析及决策系统研究[D];华北电力大学(北京);2010年
9 王洪建;3n(n=1,2)环类分子的芳香性研究[D];江南大学;2009年
10 龙娓莉;配电网合环操作的研究及决策软件的开发[D];华北电力大学(北京);2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026