极端地磁扰动下地球等离子体层结构研究

发布时间：2020-05-31 07:59

【摘要】：地球等离子体层是地球电离层与内磁层相互作用的核心区域。磁扰期间,地球等离子体层的显著改变强烈影响着内磁层结构和近地空间环境。然而,当前地球等离子体层中尺度结构的形成机制尚不明确。本论文关注强地磁扰动下的地球等离子体层动力学过程,基于粒子动力学理论,通过单粒子轨道法,研究强地磁扰动下地球等离子体层动力学结构的演变过程,发现特大磁暴事件过程中会出现指状结构,继而探索了在极端地磁扰动下指状结构的形成机制。论文的主要工作和研究结果如下:(1)基于Weimer电场和T04磁场,模拟了强地磁扰动下地球等离子体层的动力学演变过程,发现强地磁扰动下会出现一种特殊的演变过程,尤其是在演变后期,地球等离子体层呈现出扇形、蝶翼状等结构。(2)基于IMAGE-EUV观测数据,研究对比了极端地磁扰动下地球等离子体层的演变过程,发现了指状结构。通过三个特大磁暴事件的分析对比,得到指状结构出现及演变的规律。(3)基于单粒子轨道法,模拟了极端地磁扰动下地球等离子体层指状结构的形成和演变过程,与IMAGE卫星观测结果较为一致。模拟还表明,指状结构出现期间,行星际磁场迅速而剧烈地由北转南,且转南前分量较大。(4)深入研究太阳风和行星际磁场参数对指状结构形成和演变的影响,进一步得到了指状结构形成和演变的参数特征。
【图文】：

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呈环状对称结构，是电离层与内磁层相互作用的核心区域。等离子体层在地球磁层中的位置如图1.1 所示[2]。图 1.1 地球磁层中的等离子体层示意图等离子体层内离子的主要成分是H+和He+，根据早期的地面哨声观测和卫星就地观测结果，这些粒子中 H+约占有 90%，He+约占 10%，其它微量成分为 O+、O++、He++等。等离子体层密度随高度呈指数衰减，通常将密度在 0.5Re 距离内突降两个数量级以上的位置称作等离子体层顶[3]。在磁扰期间，等离子体层顶的位置会随地磁活动水平发生变化，图 1.2 是 OGO5 卫星 40次经过等离子体层背阳面时观测到的质子密度随 L 的分布[4]。根据等离子体层顶的定义，，图中最大质子密度突变之处即为等离子体层顶的位置。由图可知，当 Kp<1 时，等离子体层顶大约位于 5.5Re 处；当 Kp=4~5 时

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1.2 磁扰期间等离子体层背阳面质子密度随 L 的变构形态和动力学过程受地磁场控制，而地磁场短期变1.1 所示，由太阳日冕向外喷发的高速流动的等离子分能量进入磁层内部，引起磁层内部各个区域扰动，态变化与太阳风参数和地磁活动直接相关。义结构及动力学变化是当前内磁层物理研究的前沿课题变强烈影响着内磁层结构和近地空间环境。空间等离动所涉及的重要外部环境。等离子体层中的低能粒子射带和环电流高能粒子的重要离子源，给运行在空间引起航天器漏电、内部电路短路、烧毁元器件，导致行，干扰通信及测控系统的正常工作[6]。因此，深入有重要的科学意义和应用价值。现状
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P354;P353

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