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近地磁尾方位角流期间的场向电流增强

空间科学学报 2020年第4期40卷 493-504页

作者：朱光振马玉端北京航空航天大学空间与环境学院北京100083 北京航空航天大学空间环境监测与信息处理工业和信息化部重点实验室北京100083

以往研究表明,地向高速流在近地磁尾可演化为方位角流,电离层内的方位角流和极光膨胀活动发生时,通过磁力线追踪到近地磁尾等离子体片的对应部分通常为地向和方位角高速流.通过对2016-2018年THEMIS卫星计划中THA,THD,THE三颗卫星同时观... 详细信息

以往研究表明,地向高速流在近地磁尾可演化为方位角流,电离层内的方位角流和极光膨胀活动发生时,通过磁力线追踪到近地磁尾等离子体片的对应部分通常为地向和方位角高速流.通过对2016-2018年THEMIS卫星计划中THA,THD,THE三颗卫星同时观测到的数据进行分析、甄别后,在筛选出的62个事件中挑选一个典型的方位角流事件,与过去单颗卫星在不同时间段内的观测数据统计平均给出的结果进行对比分析发现,三颗卫星同时观测到的数据与过去单颗卫星在不同时间段内观测数据的统计平均结果存在较大差异.通过比较此事件期间等离子体流在xy平面的流场图发现,场向电流的大小与三颗卫星同时观测到的流场剪切度有较好的相关性.研究结果表明,方位角流期间近地磁尾和电离层通过场向电流耦合时,场向电流并不是在一个较宽的磁地方时内均匀分布,而是在一个局域化区域及较短的时间内产生强场向电流,这可能是由于方位角流在xy平面内的强剪切而造成的.

关键词：方位角压力梯度径向电流场向电流剪切

近磁尾TC-1观测到伴随有高速流的ULF波及不稳定性分析

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地球物理学报 2014年第11期57卷 3754-3765页

作者：马玉端曹晋滨符慧山杨俊英吕浩宇杨建王志强北京航空航天大学宇航学院北京100191 国家海洋局极地科学重点实验室中国极地研究中心上海200136 南京航空航天大学南京210016

2004年8月3日近地TC-1卫星在磁尾XGSM^-12RE的等离子体片内,观测到了伴随着高速流的低于离子回旋频率的波,即超低频波(ULF,Ultra Low Frequency).该波垂直分量的振幅在高速流及其振荡减速期间大致相当;而平行分量振幅在高速流时明显大... 详细信息

2004年8月3日近地TC-1卫星在磁尾XGSM^-12RE的等离子体片内,观测到了伴随着高速流的低于离子回旋频率的波,即超低频波(ULF,Ultra Low Frequency).该波垂直分量的振幅在高速流及其振荡减速期间大致相当;而平行分量振幅在高速流时明显大于其振荡减速时.利用一个扰动双流模型对完全磁化离子横场漂移驱动的电磁不稳定性计算后,预测结果表明:(1)对于垂直分量来说,横场漂移速度与Alfvén速度的比值影响不稳定性增长率和激发波频率,随其比值增加,增长率变大,激发波频率从负值增加到正值.(2)对于平行分量来说,温度各向异性时等离子体热速度与Alfvén速度比值只影响不稳定性增长率和激发波频率,未改变不稳定性模类别;而温度各向同性时离子横场漂移速度与Alfvén速度比值既影响不稳定性模的种类及其分支,又影响激发波频率.进一步将卫星观测到的等离子体密度、温度、整体流速和磁场代入模型方程,进行数值计算与上述预测结果对比后发现:卫星观测中垂直分量的功率谱密度(PSD,Power Spectrum Density)增强时间和频段与理论模型中由β//、β⊥和v⊥/VA引起不稳定性激发的波一致;卫星观测中平行分量的功率谱密度增强时间与理论模型基本相符,但是前者的频率明显地低于后者.因此,除了需考虑平行磁场的离子整体流速对不稳定性激发波频率的可能影响,还需要统计上进一步核实伴随有高速流的ULF波与不稳定性的相关性.

关键词：超低频波高速流功率谱密度温度各向异性不稳定性

亚暴起始位置和膨胀相持续时间对行星际磁场Bz分量的响应

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空间科学学报 2022年第1期42卷 44-50页

作者：任干明曹晋滨马玉端北京航空航天大学空间与环境学院北京102206 空间环境监测与信息处理工业和信息化部重点实验室北京102206

磁层亚暴是太阳风-磁层-电离层耦合过程中的重要爆发性事件,其特性受太阳风参数的影响很大。本文利用对IMAGE卫星在2000—2005年观测到的4193个亚暴起始事件,统计研究了在不同的行星际磁场(IMF)B;条件下亚暴起始位置和膨胀相持续时间。... 详细信息

磁层亚暴是太阳风-磁层-电离层耦合过程中的重要爆发性事件,其特性受太阳风参数的影响很大。本文利用对IMAGE卫星在2000—2005年观测到的4193个亚暴起始事件,统计研究了在不同的行星际磁场(IMF)B;条件下亚暴起始位置和膨胀相持续时间。结果表明,南向IMF发生的亚暴比北向IMF下发生的亚暴要多。南向IMF条件下亚暴AE指数最大值的平均值基本上>600 nT,并有随南向IMF持续时间增大而增大的趋势。北向IMF条件下亚暴AE指数最大值的平均值基本上<500 nT,并有随北向IMF持续时间增大而减小的趋势。亚暴的起始磁纬度基本上位于65°—70°之间。当南向IMF或北向IMF的持续时间增大,超过80 min时,北半球的亚暴起始磁纬度会降低。亚暴起始磁地方时大部分位于22:15—23:15 MLT之间。但整体分布比较分散,显示不出特别清晰的随IMF B;持续时间变化的趋势。相比于南向的IMF,北向IMF期间发生亚暴的平均膨胀相持续时间增大了将近10 min,表明南向IMF期间,亚暴强度虽然较大,但其膨胀相持续时间较短,亚暴能量释放和耗散的速度更快。

关键词：亚暴起始磁地方时磁纬度膨胀相持续时间

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近地磁尾方位角流能量转换过程

地球物理学报 2023年第2期66卷 472-484页

作者：朱光振马玉端魏新华杨旭王健强王卫北京航空航天大学空间与环境学院北京100191 北京航空航天大学空间环境监测与信息处理工业和信息化部重点实验室北京100191 中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室北京100190

高速流是磁尾等离子体片中质量、能量和磁通量最重要的输运形式.高速流在地向运动到近地磁尾后流速会降低,主导方向也经常转为晨昏方向.在等离子体流速及其主导分量、密度和温度等宏观参数变化的过程中,可能伴随有不同类型的能量转换.为... 详细信息

高速流是磁尾等离子体片中质量、能量和磁通量最重要的输运形式.高速流在地向运动到近地磁尾后流速会降低,主导方向也经常转为晨昏方向.在等离子体流速及其主导分量、密度和温度等宏观参数变化的过程中,可能伴随有不同类型的能量转换.为此,我们分析近地磁尾方位角流事件期间的能量转换过程.基于整体流速的主导分量为晨昏向,及事件期间的平均温度比其前后增强的选取原则,从2008-2020年期间THEMIS中的三颗卫星(THA,THD,THE)运行在磁尾时的观测数据中,共筛选出821个平均温度比其前/后(事件之前或事件之后10 min)升高的方位角流事件.2011年5月16日的方位角流事例研究发现:能量超过1 keV尤其是超过10 keV的高能离子通量增加,可导致低速低温等离子体的密度、温度和流速增加;磁场减小及磁场功率谱密度的分析表明等离子体和磁能的转换发生在频率为0.01~0.334 Hz的低频波动,仅1%能量耗散.统计给出方位角流事件的平均温度约为3.7 keV,比其前后增加的幅度大部分集中在100~1000 eV.事件期间的平均数密度可能升高或者降低,二者概率大致相当.约96%的平均温度和密度同时大于其前后的方位角流事件,当地等离子体通量管熵也皆大于事件的前后值;电磁能流密度增大,34%的事件期间电磁能流密度主要沿着背景磁力线方向,可影响电离层内方位角方向上的极光膨胀过程.我们的研究结果表明温度和密度同时增加的方位角流事件等离子体宏观参数变化可能暗含磁层-电离层能量耦合过程,有助于理解极光椭圆带赤道向边界的局部增亮现象和磁尾等离子体片中的磁通量.

关键词：方位角流能量转换温度增加低频熵

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亚暴偶极化中近地磁尾质子的非绝热加速

空间科学学报 2014年第6期34卷 794-801页

作者：孟雪洁曹晋滨王铁砚马玉端北京航空航天大学宇航学院北京100191

亚暴偶极化过程中离子加速是亚暴粒子注入的重要产生机制.通过试验粒子的方法模拟研究了亚暴偶极化期间磁尾等离子体片-8R_e^-5R_e处超低频电磁波对质子的加速过程.研究表明,质子在大尺度偶极化电磁场的作用下向内磁层注入,与质子回旋... 详细信息

亚暴偶极化过程中离子加速是亚暴粒子注入的重要产生机制.通过试验粒子的方法模拟研究了亚暴偶极化期间磁尾等离子体片-8R_e^-5R_e处超低频电磁波对质子的加速过程.研究表明,质子在大尺度偶极化电磁场的作用下向内磁层注入,与质子回旋频率相近的超低频电磁波能够引起低能质子发生非绝热加速.质子在偶极化前后的能量变化与质子的初始能量密切相关,初始能量远小于截止能量的质子,末能量要比初始能量显著增加,其值与扰动波频率相关,且量级与偶极化造成的低能氧离子能量增加量级基本相当;初始能量在截止能量以上的质子受超低频电磁波影响不大,注入过程能量基本保持不变.

关键词：亚暴磁场偶极化非绝热加速

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等离子体动理学下能量转化过程研究

等离子体动理学下能量转化过程研究

2022年中国地球科学联合学术年会

作者：杨旭马玉端北京航空航天大学

基于磁流体力学框架下研究磁尾等离子体,已经给出了许多非常重要和有意义的结论(Birn et al., 2012);传统的阿尔芬波难以解释磁层-电离层耦合过程中,等离子体场沿着磁场方向上的加速现象;可能是因为在理想磁流体力学理论中,假设电场的...

基于磁流体力学框架下研究磁尾等离子体,已经给出了许多非常重要和有意义的结论(Birn et al., 2012);传统的阿尔芬波难以解释磁层-电离层耦合过程中,等离子体场沿着磁场方向上的加速现象;可能是因为在理想磁流体力学理论中,假设电场的扰动只存在于垂直磁场的方向上,而不存在于平行磁场的电场分量(Lysak et al., 2020)。

关键词：

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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磁尾爆发性整体流和地磁Pi2脉动关系研究

空间科学学报 2007年第6期27卷 467-473页

作者：曹晋滨段俊涛马玉端杨冬梅中国科学院空间科学与应用研究中心空间天气学国家重点实验室北京100080 中国地震局地球物理研究所

利用Cluster,TC-1以及中国和欧洲在中低纬六个地面台站的数据,分析了2004年10月22日1700—1930UT发生的三次BBF事件过程中地面和近地空间磁场脉动的特性.这三次BBF事件都发生在地磁活动的平静时期.结果发现,有两次平静时期的BBF确实对... 详细信息

利用Cluster,TC-1以及中国和欧洲在中低纬六个地面台站的数据,分析了2004年10月22日1700—1930UT发生的三次BBF事件过程中地面和近地空间磁场脉动的特性.这三次BBF事件都发生在地磁活动的平静时期.结果发现,有两次平静时期的BBF确实对应着阻尼型Pi2脉动,并且脉动的特征与以前观测结果中的特征类似.在第一次BBF事件中,空间观测和地面观测均发现了Pi2脉动;在第二次事件中,地面观测到了Pi2脉动,而空间没有观测到Pi2脉动;在第三次事件中,空间和地面观测都没有发现Pi2脉动.这些观测事实说明BBF所激发的Pi2脉动特征是相当复杂的,而且并不是所有BBF都能产生Pi2脉动,所以到底BBF在什么条件下可以产生Pi2仍然是一个没有解决的问题.

关键词： Pi2脉动爆发性整体流

磁宁静期磁尾爆发性整体流持续时间多点卫星研究

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地球物理学报 2005年第2期48卷 252-258页

作者：马玉端曹晋滨周国成刘振兴 H.Reme I.Dandouras 中国科学院空间科学与应用研究中心 Centre d'Etude Spatiale des Rayonnements 31028 Toulouse France

本文利用星簇CLUSTER的三颗卫星数据分析了磁宁静期磁尾爆发性整体流(BBFs,BurstyBulkFlows)的时间尺度,并与单个卫星的结果做了比较.事例研究表明,利用三颗卫星观测数据判断的BBFs的时间尺度比单个卫星的大一倍左右.对于三颗卫星观测... 详细信息

本文利用星簇CLUSTER的三颗卫星数据分析了磁宁静期磁尾爆发性整体流(BBFs,BurstyBulkFlows)的时间尺度,并与单个卫星的结果做了比较.事例研究表明,利用三颗卫星观测数据判断的BBFs的时间尺度比单个卫星的大一倍左右.对于三颗卫星观测到的同一个BBFs ,BBFs在晨昏方向上的摆动决定了CLUSTER的三个卫星观测到BBFs的先后次序.三颗卫星的观测也显示了BBFs的高度局域化特征.磁宁静期磁尾BBFs寿命的增大,使得BBFs携带的质量和能量的地向输运增加.这种地向输运增加的结果是:磁尾储存的能量得到较为平稳的释放,改变了亚暴起始产生的时间,为解决磁层压力平衡矛盾(PBI,PressureBalanceInconsistency)问题提供了新的思路.

关键词： BBFs 局域化输运摆动时间尺度

太阳活动低年时太阳同步轨道电场高频(HF)波的观测特性研究

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地球物理学报 2011年第6期54卷 1421-1432页

作者：马玉端路立杨俊英曹晋滨张学民陈化然周国成北京航空航天大学宇航学院北京100191 空间天气学国家重点实验室(中国科学院空间科学与应用研究中心) 北京100190 中国地震局地震预测研究所北京100036 中国地震局地球物理研究所北京100081

文章使用搭载在DEMETER卫星上的电场探测仪器(Instrument Champ Electrique,ICE)在太阳活动低年(2007年2月4日到2008年2月3日)所探测的数据,研究频率从10 kHz到3.33 MHz宽频段的高频(HF)电场波功率谱的空间分布特征.地磁宁静期间,从2.08... 详细信息

文章使用搭载在DEMETER卫星上的电场探测仪器(Instrument Champ Electrique,ICE)在太阳活动低年(2007年2月4日到2008年2月3日)所探测的数据,研究频率从10 kHz到3.33 MHz宽频段的高频(HF)电场波功率谱的空间分布特征.地磁宁静期间,从2.08 MHz到3.33 MHz的高频段,电场HF波功率谱密度随频率升高而升高,且电场HF波功率谱密度的全球分布比较均匀,基本上不随地球的经度和纬度变化.向阳面时,不同经纬度间HF波功率谱密度的差异小于背阳面的.电场HF波功率谱的季节变化主要表现为:向阳面1.25 MHz和1.66 MHz频段,在低纬度出现峰.地磁平静时期电场HF波功率谱密度的区域分布变化比较大的是0.42 MHz和1.66 MHz两个频段,尤其是在背阳面的北半球高纬度区域.地磁活动引起电场HF波功率谱扰动的非均匀性增强,主要表现在电场HF波的低频段(3.25～416 kHz),扰动响应区域发生在高纬度区.在赤道和低纬附近(纬度:～±40°之间),地磁活动的响应很小.在背阳面的磁尾方向,电场HF波功率谱表现出明显的磁暴增强.磁暴(Dst200 nT)和高纬磁扰动(Kp>3)期间,功率谱的最大增幅比地磁平静时期大一个数量级.考虑到亚暴和高纬磁扰期间,来自空间的扰动影响主要是高纬度区域,电场HF波功率谱的增强主要受空间物理过程的影响.鉴于本文使用的是在太阳活动低年的数据,观测到的磁暴基本上都是弱磁暴,最大的也只是中等磁暴;可以推测强磁暴、烈磁暴甚至巨磁暴发生时,电场HF波功率谱的增强应该更加显著.如果在地磁平静时期尤其是没有磁暴期间,地球的局部区域出现电场HF波功率谱(尤其是1.66 MHz以上的)异常增大,那么就要着重考虑是否为地球内部的异常现象(如地震)所导致的电离层响应.

关键词：电场HF波功率谱密度电离层地震响应地磁异常地磁活动