太陽風湍流在二維波矢空間分布特徵的觀測研究

《太陽風湍流在二維波矢空間分布特徵的觀測研究》是依託北京大學，由王新擔任負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：太陽風湍流在二維波矢空間分布特徵的觀測研究
• 項目負責人：王新
• 項目類別：青年科學基金項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

太陽風湍流的各向異性是指湍流特性隨背景磁場方向的變化而變化，它是太陽風湍流研究中的重要課題，被認為可以證實太陽風湍流中存在臨界平衡串級。然而，由於背景磁場方向保持與太陽風速度方向平行的時段較少，使得計算平行情況下的譜存在一定困難。為了克服這一困難，近年來人們提出了隨時間和尺度變化的局地背景磁場的概念，並按照局地背景磁場的方向把不同時間的小波譜揉和在一起求平均，就得到各向異性的湍流譜。但是這一過程不能保證數據是平穩隨機的。本工作計畫挑選滿足平穩隨機的觀測時段，重新研究太陽風湍流在二維波矢空間中的分布特徵。我們將從WIND衛星20年的數據中，尋找滿足局地背景磁場不隨時間變化和觀測時長＞5倍的相關時間這兩個條件的時段，對每一時段計算功率譜和相關函式，並從它們在二維波矢空間中的分布看各向異性是否仍然存在。這一工作將為揭示湍流各向異性的起源提供新線索，並幫助人們進一步弄清楚太陽風湍流擾動的組成成分。

結題摘要

背景：太陽風湍流的串級機制是太陽風研究領域的重要課題。太陽風湍流磁場譜在慣性區的斜率被觀測到隨著局地背景磁場方向變化，即表現出各向異性。小波功率譜被按照局地背景磁場的方向進行重新排列，不同時間的功率譜被揉和在一起求平均，得到了各向異性的湍流譜。這一觀測結果被廣泛認為是太陽風湍流中存在臨界平衡串級的觀測證據。然而，上述觀測分析中未考慮觀測數據是否符合平穩隨機過程的問題。我們早期工作還發現磁場譜的各向異性也可能由間歇結構導致。 主要研究內容：本工作選擇滿足平穩隨機條件的時段，重新進行譜斜率各向異性的分析。我們所使用的太陽風湍流中的平穩隨機過程要求：（1）局地背景磁場不隨時間變化；（2）觀測時長大於5 倍的相關時間。再對每個時段逐個進行快速傅立葉變換得到譜斜率。另外，我們首次給出了平行和垂直採樣時，磁場擾動振幅的大小隨著尺度的變化，用於驗證臨界平衡串級的假設條件在太陽風中是否適用。我們還採用更嚴格的標準定義平行和垂直時刻，要求局地背景磁場在每個小波視窗中基本保持不變，並重新研究了太陽風湍流譜的各向異性。 結果：當選取隨機平穩過程的時段研究磁場譜在慣性區的斜率在二維波矢的分布時，我們發現平行方向和垂直方向的譜斜率不存在明顯差異，各向異性弱。而且我們從太陽風湍流中沒有找到符合臨界平衡串級理論假設條件的觀測證據。 意義：以上觀測結果不能用臨界平衡串級來解釋。這一工作也為揭示太陽風湍流各向異性的起源提供了新線索。因此我們需要新的串級理論和更多的觀測數據來研究太陽風湍流的串級機制。