哨声波在地球辐射带对电子加速的参数化研究

论文摘要

太阳风中含有大量的高速能量粒子，在与地球磁场相互作用的过程中形成了磁层，辐射带是地球磁层的重要区域之一，太阳的活动会造成地球磁层的动态变化-磁暴，其中辐射带增强的高能粒子通量会对同步轨道的航天器、宇航员以及地面的电力系统造成严重的危害。以前的研究结果表明波粒相互作用是电子辐射带高能粒子加速的重要机制之一，而模拟得到的Chorus模哨声波驱动的高能电子加速效应时间尺度上与观测较为吻合。因此研究Chorus模哨声波对辐射带高能电子的加速效应有重要的科学意义和现实意义。采用Fokker-Planck方程描述电子相空间密度的动力学演化，在与不同的传播特性的波共振作用过程中的扩散系数有所不同。本文利用平行传播Chorus模哨声波对地球辐射带高能电子的加速效应来研究波谱参数对带电粒子动力学演化的影响，同时结合观测研究Chorus模哨声波对辐射带高能电子的加速效应。模拟结果表明，忽略交叉扩散项会引起高能电子相空间密度的低估，且交叉扩散在大L（磁壳数）时起的作用更大。波谱参数的变化会对扩散系数及PSD的演化产生明显的影响，特别是对投掷角较小的电子更加明显，说明波谱参数的确定在数值模拟研究中非常重要，需要更加准确的波谱参数添加到各种数值模型中以提高计算的准确性。通过对事例的分析发现高能电子通量上升的幅度受合声波活动的影响，从观测上进一步证明了高能电子通量的上升可能是合声波与其发生回旋共振导致加速的结果。同时模拟研究了特定的Z模波对高能电子动力学演化问题，与EMIC波和哨声模Chorus波不同的是这里的动量扩散项对高能电子的加速起到主要作用，而投掷角和交叉扩散项的贡献可以忽略。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 地球辐射带简介
• 1.2 空间等离子体动力学研究内容
• 1.2.1 单个粒子在磁场中沿磁力线的运动
• 1.2.2 等离子体动力论
• 1.3 空间等离子体中的波动
• 1.4 研究意义与研究内容
• 1.5 数值计算格式
• 第二章 哨声模 CHORUS 波在不同 L 对辐射带电子动力学演化的影响
• 2.1 研究过程
• 2.2 结果
• 第三章 哨声模 CHORUS 波在地球辐射带对电子加速的波谱参数化研究
• 3.1 波存在的纬度范围不同对 PSD 的影响
• 3.2 波的中心频率不同对 PSD 的影响
• 3.3 波的半宽度的不同对 PSD 的影响
• 3.4 波的上下截止频率的不同对 PSD 的影响
• 3.5 结论
• 第四章 哨声模合声波驱动同步轨道高能电子通量上升的事例分析
• 4.1 观测
• 4.1.1 Dst 指数与行星际参数
• 4.1.2 同步轨道能量电子通量与合声波的观测
• 4.2 讨论
• 4.3 结论
• 第五章 Z 模波驱动的辐射带高能电子快速加速效应
• 5.1 引言
• 5.2 模型
• 5.3 结果
• 5.4 讨论
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A（攻读学位期间发表的论文）
• 附录 B（攻读学位期间参加的科研项目）