论文摘要
太阳风与地磁场的相互作用形成了极尖区独特的结构与特性,太阳风中的粒子可以通过极尖区,很容易的进入到电离层中,而来自电离层的离子也可以上行到极尖区中。极尖区的研究对于了解太阳风-磁层-电离层的耦合过程有着重要的科学意义。本文利用Cluster卫星和双星的观测数据,主要分析研究了不同太阳风、行星际磁场和偶极轴倾角等诸多因素条件下中高度极尖区粒子动力学及位形变化。根据Cluster卫星以及TC-2卫星对中高度极尖区的观测,采用下列判据来判断卫星穿越极尖区:磁场强度相对于背景磁场下降1nT以上且伴随着扰动、质子和电子的数密度突增并大于5cm-3;电子的温度要小于100eV;要有明显的He++离子存在且其数密度大于0.5cm-3。本文通过计算Pearson线性相关系数,首次根据Cluster卫星的探测数据研究了太阳风动压、地磁活动指数Kp与极尖区离子（包括电离层起源的O+离子和He+离子）平均数密度之间的关系,得到以下新结果:（1）太阳风动压与电离层起源的O+离子、He+离子数密度之间都存在着显著的正相关关系,与H+离子数密度之间也存在着显著的正相关关系;（2）地磁活动指数Kp则只与电离层起源的O+离子数密度之间存在着显著的正相关关系,与H+离子和电离层起源的He+离子数密度之间似乎无显著的相关关系存在。带电粒子的抗磁效应反映了极尖区等离子体的运动特性。本文根据Cluster卫星的磁场探测数据,研究了太阳风动压、地磁偶极轴倾角以及IMF的Bz分量与带电粒子抗磁压力之间的关系。研究结果表明:（1）在磁地方时正午附近,太阳风动压越大,抗磁压力越大;（2）地磁偶极轴倾角越大,抗磁压力越大;（3）IMF南向分量越大,抗磁压力也越大,这是本文得到的一个创新结果。极尖区的位置移动反映了磁层状态的变化,同时和扰动变化的太阳风与磁层之间的相互作用有关。本文研究了偶极轴倾角、IMF的Bz分量和By分量与中高度极尖区位置之间的关系,其主要结果为:（1）地磁偶极轴倾角对中高度极尖区的纬度有明显的影响,且影响程度在南北半球存在着差异,偶极轴倾角增大1°,北半球极尖区的位置增大0.065°ILAT,而南半球极尖区的位置增大0.048°ILAT,综合以往卫星的观测结果可知,地磁偶极轴倾角对极尖区纬度的影响是随着高度的增加而增大的。在本文所选取的Cluster卫星穿越极尖区事件中,北半球穿越高度在4.5-5.5Re之间,南半球穿越高度在5.5-8Re之间,按照以往卫星的观测结果,地磁偶极轴倾角对南半球极尖区的影响应该大于对北半球极尖区的影响。然而本文的研究结果却显示,地磁偶极轴倾角对南半球极尖区的影响要小于对北半球极尖区的影响,这说明地磁偶极轴倾角对极尖区的影响存在着明显的南北半球不对称性。这也是本文的一个创新结果。这种半球之间的差异反映了磁层位形的某种半球不对称性,这与磁层的电流体系有关。（2）IMF的南向分量影响着极尖区纬度位置的移动,IMF北向分量则对极尖区纬度位置的影响不大,表明磁场重联对极尖区位形有很大的影响。（3）IMF的By分量很强时则会引起极尖区位置晨昏方向的移动,在北半球,当By>3nT时,极尖区的位置向昏侧方向移动,当By<-3nT时,极尖区的位置向晨侧方向移动,在南半球,极尖区的移动方向正好相反,总体上IMF的By分量对极尖区位置的影响是符合反平行重联模型的预测,但是有相当多的事例偏离这个规律,磁场的分量重联现象是一个重要的原因。本文还研究了太阳风对中高度极尖区位置的动力学影响,并首次比较了太阳风对极尖区的电动力学作用与动力学作用,结果表明:（1）太阳风动压与极尖区纬度位置的移动之间有明显的相关关系存在,当太阳风动压增大时,极尖区的纬度位置明显降低;（2）当IMF的By分量较小时,太阳风方位角流动对极尖区晨昏方向的位置移动有明显的调制作用,By的作用不显著,而当IMF的By分量较大时,影响极尖区位置在晨昏方向移动的主要因素是By,太阳风的方位角流动则没有明显的作用。IMF对极尖区位置的影响是毫无疑问的,同时也不能忽略太阳风动力学作用的影响。
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标签：中高度极尖区论文; 太阳风及行星际磁场论文; 地磁活动论文; 粒子动力学论文; 位形变化论文;