近地磁尾電漿片動力學過程分析研究

《近地磁尾電漿片動力學過程分析研究》是依託哈爾濱工業大學，由沈超擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：近地磁尾電漿片動力學過程分析研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：沈超

項目摘要

近地磁尾是亞暴和磁暴過程中物質和能量儲存、轉化和爆發性釋放的關鍵區域，許多基本電漿過程的天然實驗室。中國地球空間雙星探測計畫和Cluster 四點衛星探測，已經獲得了大量的珍貴的磁尾全球過程的探測數據，THEMIS 成功發射入軌,這些都為近地磁尾動力學問題的解決提供了難得的機遇。本項目將通過對雙星,Cluster和THEMIS等衛星計畫以及子午工程，中山站，SuperDan, EisCat等地基台站的全球聯合探測的協同分析，對近地磁尾的形成、結構、演化以及在亞暴過程中的作用進行深入探索和研究，期望解決磁尾電漿片的形成過程與全球結構，磁尾電流片的結構與穩定性，平靜和暴時磁尾物質的輸運過程以及亞暴的觸發機制和發展過程等基本理論問題。本項目研究對空間物理和空間天氣學具有重要的理論價值，並且能夠為磁層空間暴的預報建立重要觀測和理論基礎。

結題摘要

本項目致力於分析研究磁尾動力學機制。 提出了利用任意顆衛星、任意衛星位形的探測數據分析計算電流密度、流場渦度等的原創性方法，具有很高的通用性。運用自主研發的3維MHD模擬分析，揭示IMF北向與南向時磁尾等離子片粒子注入機制，發現磁尾等離子片粒子在IMF北向時主要來源於太陽風，而南向時電離層是重要來源；證實IMF By在磁尾的穿透效應。利用多衛星觀測分析揭示磁層頂邊界層K-H渦旋的觀測特徵及其與太陽風向磁尾等離子片傳輸的關係。 基於多衛星觀測數據分析，得出地球磁尾電流片的磁場結構的一般特徵，建立了一個中性片磁力線經驗模型。數據分析發現磁尾重聯擴散區的粒子曲率散射導致粒子各向同性分布特徵，證實了其Hall系統結構；得出磁尾多X線重聯的產物-電漿團具有不同的精細磁場結構和電流分布特徵。通過衛星實測分析確證約60%磁尾通量繩事件為準無力位形結構；估算了近地磁尾電漿片的反常電阻率。數據分析得出亞暴期間地球磁尾瓣磁場結構的變化特徵，獲得不同強度孤立亞暴下磁尾磁通量的變化規律，所建立磁尾磁通量計算方法可套用於亞暴磁尾磁能儲存和釋放的分析和監測。數據分析發現，磁層亞暴的觸發和磁能耗散點由近地向磁尾移動，在此過程中磁尾磁能間歇釋放；而磁尾磁能釋放後向地球方向傳輸，向內磁層注入，同時所激發電漿渦旋驅動亞暴場向電流。 通過直接探測定量化確認磁暴期間內磁層磁場拓撲結構的變化；首次從多衛星觀測數據直接得出磁層環電流的全球分布。基於地面多地磁台站的連續觀測數據，推算地球附近磁暴擾動場的空間結構和時間變化，進而得出磁暴環電流能量粒子全球分布的演化規律，從而實現利用局部地面台站的觀測數據持續監測磁暴對稱指數SYM-H和非對稱指數ASY-H的演化，具有重要空間天氣套用價值。自主開發了在磁層粒子暴全球分布動態演化的高精度數值模式，具有較好的完備性。 本項目已經按計畫完成了研究目標和任務。