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THEMIS observations of two substorms on February 26,2008

Science China(Technological Sciences) 2010年第5期53卷 1328-1337页

作者： CHU XiangNing PU ZuYin CAO Xin WANG Jue V.MISHIN V.ANGELOPOULOS LIU Jiang WEI Yong K.H.GLASSMEIER J.MCFADDEN D.LARSON S.MENDE H.FREY C.T.RUSSELL I.MANN D.SIBECK zong qiugang FU SuiYan XIE Lun T.I.SAIFUDINOVA M.V.TOLOCHKO L.A.SAPRONOVA H.REME E.LUCEK School of Earth and Space Sciences Peking UriiversityBeijing 100871China Institute of Solar-Terrestrial Physics Russian Academy of Sciences IGPP UCLA Instiute of Geophysics and Extraterrestrial Physics Technical University of BraunschweigBraunschweig and Max Planck Institute of Solar System Research Space Sciences Laboratory University of California Department of Physics University of Alberta Code 674 NASA/GSFC Centre d'Etude Spatiale des Rayonnements Blackett Laboratory Imperial College London

Two substorms occurred at ～04:05 and ～04:55 UT on February 26,2008 are studied with the in-situ observations of THEMIS satellites and ground-based aurora and magnetic field *** et *** made a comprehensive study of the 04:55 UT *** showed detailed features of the two substorms with much attention to the first event and to the rela-tionship between mid-tail magnetic reconnection(MR) and substorm *** was found that in the earlier stage of each substorm,a first auroral intensification occurred 2-3 min soon after the start of mid-tail MR,followed by a slow and very lim-ited *** auroral arcs were weak,short-lived,and localized,characterizing all features of a *** re-garded the first auroral brightening as the initial onset of the substorms.A few minutes later,a second stronger auroral intensification appeared,followed by quick and extensive *** was interesting to note that the second brightening and related poleward expansion happened almost simultaneously(within a couple of minutes) with the onset of earthward flow and dipolarization in the near-Earth tail and other phenomenon of the substorm expansion *** thus regarded the second auroral brightening as the major onset of the ***,it was seen that during the growth phase of the two substorms,the polar cap open flux Ψ kept increasing,while it quickly reduced during the substorm expansion and recovery *** variations of Ψ implied that the evolution of the two substorm expansion phases were closely related to MR of tail lobe open field *** of substorm activities revealed that the two events studied were small substorms;while estimate of MR rate indicated that the MR processes in the two substorms were *** aforementioned observations suggested that mid-tail MR initiated the pseudobreakup first;the earthward flow generated by MR transported magnetic flux and energy to the near-Earth tail to cause the formatio

关键词： substorm auroral intensification/brightening auroral expansion dipolarization magnetic reconnection

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Pressure gradient evolution in the near-Earth magnetotail at the arrival of BBFs

Pressure gradient evolution in the near-Earth magnetotail at...

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中国科学院地质与地球物理研究所2014年度（第14届）学术年会

作者： Zhonghua Yao Zuyin Pu Aimin Du Vassilis Angelopoulos Christopher J.Owen Jiang Liu Xiangning Chu Xin Cao Suiyan Fu qiugang zong Yuan Wang Key Laboratory of Earth and Planetary Physics Institute of Geology and GeophysicsChinese Academy of Sciences Mullard Space Science Laboratory UCL School of Earth and Space Sciences Peking University Department of Earth Planetary and Space Sciences and Institute of Geophysics and Planetary PhysicsUniversity of California

Using in situ observations from THEMIS A,D and E during the 2008-2011 tail season,we present a statistical study of the evolution of pressure gradients in the near-Earth tail during bursty bulk flow(BBF) *** identified 138 substorm BBFs and 2,197 non-substorm BBFs for this *** found that both the pressure and the B component of the magnetic field were enhanced at the arrival of BBFs at the spacecraft *** suggest that the increase of B during non-substorm BBFs is associated with flux ***,the much stronger enhancement of B during substorm BBFs implies the occurrence of magnetic field dipolarization which is caused by both the flux pile-up process and near-Earth current ***,a bow-wave-like high pressure appears to be formed at the arrival of substorm BBFs,which is responsible for the formation of region-1-sense *** azimuthal pressure gradient associated with the arrival of substorm BBFs lasts for about 5 *** enhanced pressure gradient associated with the bow wave is caused by the braking and diversion of the Earthward flow in the inner plasma *** results from this statistical study suggest that the braking and azimuthal diversion of BBFs may commonly create azimuthal pressure gradients,which are related to the formation of the FAC of the substorm current wedge.

关键词： Substorm current wedge Field-aligned current Pressure gradient Bursty bulk flow NearEarth magnetotail

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超低频波与带电粒子的非线性相互作用

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地球与行星物理论评 2022年第4期53卷 443-453页

作者：李莉周煦之宗秋刚北京大学地球与空间科学学院北京100871

超低频波在日地能量传输和磁层—电离层耦合过程中都扮演着十分重要的角色,其在调节整个太阳—地球系统的能量流方面的研究一直是空间物理领域最重要的研究方向之一.超低频波是带电粒子在内磁层辐射带中加速和扩散的主要原因之一,磁层... 详细信息

超低频波在日地能量传输和磁层—电离层耦合过程中都扮演着十分重要的角色,其在调节整个太阳—地球系统的能量流方面的研究一直是空间物理领域最重要的研究方向之一.超低频波是带电粒子在内磁层辐射带中加速和扩散的主要原因之一,磁层中的带电粒子具有典型的垂直于磁场的漂移运动和平行于磁场的弹跳运动,超低频波的频率范围能够覆盖带电粒子的漂移或弹跳频率,因此其与粒子之间会发生共振,超低频波正是通过与电子或离子发生漂移共振或漂移弹跳共振来完成能量的传递,从而实现对带电粒子的加速.自漂移共振理论提出以来,线性分析方法一直沿用至今,即假定粒子运动遵循未扰轨道,轨道因能量改变而造成的扰动一直被忽略不计.这一假设只有在粒子能量变化远小于粒子能量本身时才有效,而实际观测中经常存在振幅较大或持续时间较长的超低频波使得粒子能量变化很大,线性理论不再适用.本文结合理论分析、卫星观测总结了极向模和环向模超低频波与内磁层带电粒子的非线性漂移共振作用,给出了线性方法与非线性方法的使用范围,并从观测上给出了识别非线性漂移共振发生的方法.

关键词：超低频波非线性漂移共振单摆方程卷曲结构

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外日球层的宽能段离子及其与湍动的耦合作用

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深空探测学报（中英文） 2020年第6期7卷 574-583页

作者：何建森林荣崔博王玲华宗秋刚北京大学地球与空间科学院北京100871 北京大学行星与空间科学研究中心北京100871

围绕“日球层太阳风及其与侵入星际风的作用”这个主题,从目前认知、前沿问题、探测建议等3方面展开论述。日球层中的离子包括:原初太阳风离子、源于星际风的拾起离子、超热离子。其中拾起离子和超热离子有来自局地星际质侵入流的贡献... 详细信息

围绕“日球层太阳风及其与侵入星际风的作用”这个主题,从目前认知、前沿问题、探测建议等3方面展开论述。日球层中的离子包括:原初太阳风离子、源于星际风的拾起离子、超热离子。其中拾起离子和超热离子有来自局地星际质侵入流的贡献。深空飞船探测到双模态遍布日球层:日球层内边界、太阳风、行星际湍动、超热离子能谱等都存在双模态特征。前沿问题有3个方面:①从未到达的领域,即黄道面里的日球层尾部以及高纬的外日球层;②曾经到达的领域,但是没有探测的物理量,例如外日球层中的拾起离子;③曾经到达并探测,但是形成机制不明,例如超热离子的幂律谱及其双模态。针对上述前沿问题,本文提出如下的建议:①设计不同的飞行路径,朝向不同的方位进行探测;②携带宽能段的离子谱仪器包涵盖原初太阳风等离子体、拾起离子和超热离子;③搭载高灵敏度磁强计测量外日球层的可压缩磁湍动。

关键词：外日球层星际风粒子谱

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极光粒子沉降研究:谱形式及其在极区大气中的传输

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极地研究 1999年第3期11卷 203-220页

作者：宗秋刚付绥燕濮祖荫叶宗海余彬中国科学院空间科学与应用研究中心北京100080 北京大学地球物理学系北京100871

分析了近年来南极地区极光沉降粒子的卫星、火箭、地面观测和研究结果，分别给出了极光椭圆区、极盖区、南大西洋异常区和极尖／极隙区粒子沉降的形式来源和特点。并根据磁尾研究的新进展，提出极光粒子沉降谱存在另外两种形式谱：（１... 详细信息

分析了近年来南极地区极光沉降粒子的卫星、火箭、地面观测和研究结果，分别给出了极光椭圆区、极盖区、南大西洋异常区和极尖／极隙区粒子沉降的形式来源和特点。并根据磁尾研究的新进展，提出极光粒子沉降谱存在另外两种形式谱：（１）κ分布谱；（２）κ分布加上一个或多个脉冲谱，这两种谱来源于磁尾中性片区（绝热区非绝热区）。南极不同的区域，极光粒子有不同的沉降特点。这些沉降对极区电离层产生极大的影响。根据带电粒子在磁化大气中运动的ＦｏｋｋｅｒＰｌａｎｋ方程，利用带电粒子在大气中传输的电离理论，导出极光粒子谱在极区大气中传播的解析表达式，对各种极光粒子谱在极区中的演化规律加以分析。

关键词：极光粒子磁尾中性片沉降质子大气能谱传输

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屏蔽材料对木星轨道卫星内部介质充电效应的影响研究

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中国空间科学技术 2021年第5期41卷 21-27页

作者：于向前施伟红宋思宇陈鸿飞宗秋刚邹鸿陈傲王永福北京大学地球与空间科学学院北京100871

在木星轨道的空间辐射环境中,占主导地位的粒子是能量大于1 MeV(甚至高于100 MeV)的高能电子,这可能会产生卫星内部介质充电效应。在卫星的防辐射设计中,通常需要一定厚度的材料来屏蔽这些电子,使得进入卫星内部的电子通量达到安全的水... 详细信息

在木星轨道的空间辐射环境中,占主导地位的粒子是能量大于1 MeV(甚至高于100 MeV)的高能电子,这可能会产生卫星内部介质充电效应。在卫星的防辐射设计中,通常需要一定厚度的材料来屏蔽这些电子,使得进入卫星内部的电子通量达到安全的水平。利用所建立的GEANT4-RIC(radiation induced conductivity)方法,研究了运行于木星轨道的卫星对高能电子的最佳屏蔽材料设计。研究了铝、钛、铁、铜、钽和铅作为卫星屏蔽材料的可能性。研究结果表明,在木星探测任务中,为了减轻卫星内部介质充电效应,高原子序数材料比低原子序数材料在相同质量下提供的屏蔽效果更好。因此,用钛、铁、铜、钽或铅代替地球轨道卫星上常用的屏蔽材料铝,可以节省屏蔽质量。

关键词：木星轨道卫星内部介质充电效应屏蔽材料充电电场充电电势空间辐射

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水星磁层亚暴和磁暴

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地球与行星物理论评 2022年第4期53卷 416-431页

作者：赵玖桐孙为杰宗秋刚北京大学空间物理与应用技术研究所北京100871 美国密歇根大学气候与空间科学与工程系密歇根安娜堡481093 中国极地研究中心上海200136

磁层亚暴和磁暴是太阳风—行星磁层耦合过程中发生的能量存储和爆发式释放现象,伴随着复杂的等离子体动力学,对磁层以及整个行星都具有强烈的影响.它们的发生不仅会通过粒子沉降引发绚丽多彩的极光,还可以通过电磁场影响人类以及其他生... 详细信息

磁层亚暴和磁暴是太阳风—行星磁层耦合过程中发生的能量存储和爆发式释放现象,伴随着复杂的等离子体动力学,对磁层以及整个行星都具有强烈的影响.它们的发生不仅会通过粒子沉降引发绚丽多彩的极光,还可以通过电磁场影响人类以及其他生物的生产生活.对地球上的亚暴和磁暴现象的描述与研究至今已有近百年的历史,然而对其他行星上的亚暴以及磁暴的研究在本世纪才兴起.其中,水星和地球在磁层上(尤其是结构以及驱动模式)最为相似,对它的研究可以帮助我们更好地理解亚暴以及磁暴现象的本质,验证或修正原有的空间物理学观点.随着信使号(MESSENGER)的发射以及入轨探测,长期稳定的磁场、等离子体原位观测数据使得关于水星磁层的深入研究得到长足的发展.本文回顾了近十余年以来,对于水星磁层亚暴以及磁暴现象的研究进展.

关键词：水星磁层磁层亚暴磁暴

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地月空间粒子辐射环境及其对月表物质的影响研究进展

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地球物理学报 2023年第7期66卷 2685-2702页

作者：史全岐张江乐超宗秋刚谢良海王慧姿韩晨尧傅越商文赛郭瑞龙田安民山东大学空间科学研究院/空间科学与物理学院山东省光学天文与日地空间环境重点实验室山东威海264209 北京大学地球与空间科学学院北京100871 中国科学院国家空间科学中心北京100081

由于没有全球磁场和稠密大气保护,月球直接受宇宙线、太阳风和地球风粒子的轰击.了解月球空间粒子辐射的特性、粒子的来源和传输等过程,本身是亟待解决的空间科学基础问题,同时还可帮助更好地提供预报和预警,为保障探月和载人登月等活... 详细信息

由于没有全球磁场和稠密大气保护,月球直接受宇宙线、太阳风和地球风粒子的轰击.了解月球空间粒子辐射的特性、粒子的来源和传输等过程,本身是亟待解决的空间科学基础问题,同时还可帮助更好地提供预报和预警,为保障探月和载人登月等活动的安全提供理论参考;此外,月球空间辐射环境中的粒子与月表作用产生的水等物质对载人登月和月球基地意义重大,且月表物质保存了空间环境较为完整的信息和演化历史,对研究地月系统及太阳系其他天体(乃至系外行星)的宜居性与演化,也具有重要的科学价值.本文在简要总结地月空间粒子辐射环境研究现状的基础上,重点分析了近月粒子辐射环境及其对月表物质所产生的影响,梳理了宇宙线、太阳能量粒子事件、太阳风、地球风以及月源粒子等不同辐射的来源和传输机制,这些粒子与月表作用产生水、赤铁矿、中性原子等物质的过程,以及相关过程对月球空间环境的影响、对地月系统演化的启示等关键科学问题,并提出了解决问题所面临的技术难点,最后对未来可能的重点研究内容进行了展望,可为后续月球探测任务(例如嫦娥四期和国际月球科研站等)相关领域科技规划提供一定的参考.

关键词：地月空间环境空间粒子辐射宇宙线太阳风太阳能量粒子地球风月表物质月球水

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惠斯通电桥式磁阻传感器的零位温度漂移研究

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北京大学学报（自然科学版） 2021年第3期57卷 401-406页

作者：于向前刘斯肖池阶曲亚楠宗秋刚陈鸿飞邹鸿施伟红王永福陈傲宋思宇高爽邵思霈北京大学地球与空间科学学院北京100871 长沙理工大学物理与电子科学学院长沙410114 北京大学物理学院北京100871 山东航天电子研究所烟台264003

基于惠斯通电桥式磁阻传感器4个电阻元件存在温度差异的事实,提出一个惠斯通电桥式磁阻传感器零位温度漂移的简明准线性模型。在MATLAB环境下,准线性模型的仿真结果与实验结果吻合,验证了准线性模型的有效性,为解释惠斯通电桥型磁阻传... 详细信息

基于惠斯通电桥式磁阻传感器4个电阻元件存在温度差异的事实,提出一个惠斯通电桥式磁阻传感器零位温度漂移的简明准线性模型。在MATLAB环境下,准线性模型的仿真结果与实验结果吻合,验证了准线性模型的有效性,为解释惠斯通电桥型磁阻传感器零位温度漂移的原因提供了清晰的思路,此模型也可应用于其他具有惠斯通电桥结构的传感器。

关键词：惠斯通电桥结构磁阻传感器零位温度漂移简明模型

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用于空间科学研究的基于磁阻传感器的矢量磁强计

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北京大学学报（自然科学版） 2023年第4期59卷 609-616页

作者：于向前李嘉巍肖池阶黄聪刘斯王劲东李云鹏曲亚楠王永福陈鸿飞邹鸿施伟红宗秋刚陈晓飞张效信宗位国王劲松北京大学地球与空间科学学院北京100871 中国气象局空间天气重点开放实验室/国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081 北京大学物理学院北京100871 长沙理工大学物理与电子科学学院长沙410114 中国科学院国家空间科学中心北京100190 山东航天电子研究所烟台264003 上海卫星工程研究所上海201108

提出一种用于空间科学研究的基于低资源消耗各项异性磁阻传感器的矢量磁强计。该矢量磁强计的探测范围为±65000 nT,–3 dB带宽为DC~10 Hz的磁场波,噪声功率谱密度≤0.2 nT/Hz^(1/2)@1 Hz,非线性误差≤3.6‱,非正交性误差≤1.2‱。该磁强... 详细信息

提出一种用于空间科学研究的基于低资源消耗各项异性磁阻传感器的矢量磁强计。该矢量磁强计的探测范围为±65000 nT,–3 dB带宽为DC~10 Hz的磁场波,噪声功率谱密度≤0.2 nT/Hz^(1/2)@1 Hz,非线性误差≤3.6‱,非正交性误差≤1.2‱。该磁强计搭载运行于太阳同步轨道的风云三号气象卫星(FY-3E),在轨初步探测结果表明,该磁强计具备探测空间磁场扰动(例如极光椭圆区的场向电流(20~60 nT))的能力。

关键词：低资源消耗磁阻传感器矢量磁强计空间科学应用

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