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上行离子流对亚暴膨胀相起始的触发作用

张灵倩  
【摘要】:磁层亚暴则是地球空间最重要的能量输入、耦合和耗散过程。磁层动力学最为重要的研究任务就是对磁层亚暴的理解。亚暴膨胀相是亚暴最为活跃的部分。膨胀相的触发机制现在还不明确。这是空间物理领域最为核心和前沿的问题之一。 上行离子作为磁层-电离层耦合的重要方式,不仅对磁层的粒子成分有着重要的影响,同时上行离子对磁尾动力学过程有重要的影响。我们知道电离层是磁层H~+和O~+的重要源区,高纬电离层为磁层提供高通量的低能(热)等离子体,总的质量可以达到1kg/ s~(-1)。这样高通量的上行离子对磁层的离子成分和动力学的影响迄今仍是一个疑问。上行离子流(ions upflow)同时对亚暴过程也有着重要的影响,它有可能是膨胀相起始(substorm onset)的触发机制。对这个问题的研究无疑是具有重要意义的。 我们利用三维MHD 方法首次对上行离子流触发的亚暴膨胀相起始过程进行了研究。主要的模拟工作包括下面几个部分: (1)磁静时起源于夜侧电离层极光椭圆带源区的上行离子对磁尾等离子体片动力学过程的影响; (2)在同样的磁场位型下,对流电场对磁尾等离子体片动力学过程,主要是亚暴增长相(growth phase)和膨胀相起始的影响; (3)在亚暴增长相期间,上行离子流对膨胀相起始的触发作用等问题进行了模拟研究。 由于亚暴膨胀相起始的重要标志是场向电流(field-aligned current)的突然增加,我们对每个过程中场向电流的特性都进行了重点分析。 第一部分的研究主要是为了了解起源于夜侧电离层极光椭圆带源区的上行离子对场向电流的影响及可能引起近地磁尾电流片不稳定性的机制。在第三章我们详细介绍了这部分工作。这部分工作的主要结果包括: ·上行离子对磁尾的影响主要发生在近地区域。上行离子对磁尾的影响与上行离子的通量密切相关,上行离子的通量越高,影响越大。 ·随着进入磁尾的上行离子通量的增加,磁尾尤其是在近地等离子体片内


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