磁扰期间等离子体层典型结构的动力学过程

摘要

地球等离子体层是内磁层相互作用的核心区域,磁扰期间等离子体层结构的显著改变和动力学过程强烈影响着内磁层结构和近地空间环境,给天基技术系统带来严重的干扰。充分了解磁扰期间等离子体层整体结构及其动力学变化是深入认识等离子体层与内磁层其他区域耦合作用的重要环节。IMAGE卫星探测结果揭示了磁扰期间等离子体层的多种精细结构,如羽状、肩状、通道状、槽状等,认识和揭示这些形态的形成机制是等离子体层研究的重要内容。本文围绕等离子体层的典型结构,采用Tsyganenko磁场模式和Weimer电场模式,基于单粒子轨道理论,通过试验粒子方法,模拟了磁扰期间赤道面上等离子体层的演化过程。具体研究内容如下:
　　采用具有相同输入参数的Tsyganenko磁场模式和Weimer电场模式,将电离层Weimer电场沿Tsyganenko磁力线映射到磁层,得到磁层经验电场模型;分析比较了磁场模式T96、T01和T04下的映射电场特性,以及IMF、太阳风等参数对映射电场的影响。结果表明:T04下的映射电场对Dst指数响应最为明显;行星际磁场和磁轴倾角参数对映射电场的形态和大小影响较大,其他参数对映射电场影响较小。
　　基于粒子动力学方法,通过试验粒子,分别采用T96和T04两种磁场模式模拟了等离子体层在磁扰期间的演化过程,并将模拟结果与EUV/IMAGE探测结果对比。结果表明,T04模拟结果更为精确;羽状结构是由于对流增强,等离子体层内的粒子被剥蚀进入磁层,向太阳方向对流形成的;肩状是在行星际磁场由南向北时形成的,首次出现在磁地方时的晨侧,并随地球逆时针旋转,到达下午区时,作日向对流,形成第二羽状结构;通道状结构是等离子体层羽包裹主等离子体层形成的密度空洞。

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第一章 引言

1.1 地球等离子体层

1.2 等离子体层粒子分布

1.3 磁扰期间等离子体层的变化

1.4 等离子体层顶的形成机制

1.5 等离子体层EUV成像的典型结果

1.6 等离子体层的研究现状

1.7 本文的研究目标与安排

第二章 磁层内的电磁场

2.1地磁场

2.2 磁层磁场模式

2.3 磁层电场模式

2.4 本章小结

第三章 Tsyganenko模式下的Weimer映射电场

3.1 Weimer电场模式简介

3.2 Weimer电场在磁层内的映射电场

3.3 Weimer电场在不同Tsyganenko模式下的映射场

3.4 Weimer+T04磁场模式的映射电场的分析比较

3.5 本章小结

第四章 磁扰期间等离子体层结构模拟

4.1 单粒子轨道理论

4.2 粒子动力学的动力学方程

4.3 带电粒子在电磁场中的运动

4.4 漂移轨道

4.5 磁扰期间等离子体层的演变

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 不足与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附 录 EUV的数据处理与图像显示