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Responses of the field-aligned currents in the plasma sheet boundary layer to a geomagnetic storm 被引量:1
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作者 YuanQiang Chen MingYu Wu +3 位作者 YangJun Chen SuDong Xiao GuoQiang Wang TieLong Zhang 《Earth and Planetary Physics》 CAS CSCD 2023年第5期558-564,共7页
Geomagnetic storms can result in large magnetic field disturbances and intense currents in the magnetosphere and even on the ground.As an important medium of momentum and energy transport among the solar wind,magnetos... Geomagnetic storms can result in large magnetic field disturbances and intense currents in the magnetosphere and even on the ground.As an important medium of momentum and energy transport among the solar wind,magnetosphere,and ionosphere,field-aligned currents(FACs)can also be strengthened in storm times.This study shows the responses of FACs in the plasma sheet boundary layer(PSBL)observed by the Magnetospheric Multiscale(MMS)spacecraft in different phases of a large storm that lasted from May 27,2017,to May 29,2017.Most of the FACs were carried by electrons,and several FACs in the storm time also contained sufficient ion FACs.The FAC magnitudes were larger in the storm than in the quiet period,and those in the main phase were the strongest.In this case,the direction of the FACs in the main phase showed no preference for tailward or earthward,whereas the direction of the FACs in the recovery phase was mostly tailward.The results suggest that the FACs in the PSBL are closely related to the storm and could be driven by activities in the tail region,where the energy transported from the solar wind to the magnetosphere is stored and released as the storm is evolving.Thus,the FACs are an important medium of energy transport between the tail and the ionosphere,and the PSBL is a significant magnetosphere–ionosphere coupling region in the nightside. 展开更多
关键词 field-aligned currents plasma sheet boundary layer geomagnetic storm
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Observations of kinetic Alfvén waves and associated electron acceleration in the plasma sheet boundary layer
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作者 ZeHao Zhang ZhiGang Yuan +4 位作者 ShiYong Huang XiongDong Yu ZuXiang Xue Dan Deng Zheng Huang 《Earth and Planetary Physics》 EI CSCD 2022年第5期465-473,共9页
Kinetic Alfvén waves(KAWs),with a strong parallel disturbed electric field,play an important role in energy transport and particle acceleration in the magnetotail.On the basis of high-resolution observations of t... Kinetic Alfvén waves(KAWs),with a strong parallel disturbed electric field,play an important role in energy transport and particle acceleration in the magnetotail.On the basis of high-resolution observations of the Magnetospheric Multiscale(MMS)Mission,we present a detailed description of the acceleration process of electrons by KAWs in the plasma sheet boundary layer(PSBL).The MMS observed strong electromagnetic disturbances carrying a parallel disturbed electric field with an amplitude of up to 8 mV/m.The measured ratio of the electric to magnetic field perturbations was larger than the local Alfvén speed and was enhanced as the frequency increased,consistent with the theoretical predictions for KAWs.This evidence indicates that the electromagnetic disturbances should be identified as KAWs.During the KAWs,the energy flux of electrons at energies above 1 keV in the parallel and anti-parallel directions are significantly enhanced,implying occurrences of electron beams at higher energies.Additionally,the KAWs became more electrostaticlike and filled with high-frequency ion acoustic waves.The energy enhancement of electron beams is in accordance with the derived work done with the observed parallel disturbed electric field of KAWs,indicating electron acceleration caused by KAWs.Therefore,these results provide direct evidence of electron acceleration by KAWs embodying electrostatic ion acoustic waves in the PSBL. 展开更多
关键词 kinetic Alfvén wave plasma sheet boundary layer electron energization Poynting flux
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The relations between density of FACs in the Plasma Sheet Boundary Layers and Kp index 被引量:8
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作者 CHENG ZhengWei SHI JianKui +2 位作者 ZHANG TieLong DUNLOP Malcolm LIU ZhenXing 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2011年第11期2987-2992,共6页
We have studied 172 field-aligned currents (FACs) cases observed by the ClusterlI satellites when they crossed the plasma sheet boundary layer (PSBL) in the magnetotail from July to October 2001. We mainly analyze... We have studied 172 field-aligned currents (FACs) cases observed by the ClusterlI satellites when they crossed the plasma sheet boundary layer (PSBL) in the magnetotail from July to October 2001. We mainly analyzed the relationship between the characteristic of FACs at the PSBL in magnetotail and the Kp index. The main results indicated the followings: 1) In the different geomagnetic activity levels, the relative occurrence of FACs in PSBL increased monotonically with geomagnetic activity. 2) The density of FACs in PSBL increased monotonically with Kp index. In the storm main phase, the density of FACs increased dramatically, the maximum FACs approximately equaled 19.05 nA m-2 while Kp equaled 5.3) The variation of FACs density in PSBL was consistent with the variation of the Kp index. However, when AE〈800 nT, FACs density in PSBL increased with increasing AE, and when AE〉800 nT, it decreased with increasing AE. Therefore, our results suggested that the FACs density in PSBL had a closer correlation with Kp index. 展开更多
关键词 field-aligned currents plasma sheet boundary layer Kp index AE index
原文传递
利用GS流场重构方法研究磁尾等离子体片涡流 被引量:6
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作者 田安民 宗秋刚 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第7期1675-1684,共10页
2000年9月30日Geotail卫星分别于1 7:54:36~18:09:00UT和18:59:00~19:30:00UT在磁尾晨侧等离子体片内(n≈0.4 cm^(-3) ,T≈6 keV)观测到等离子体涡流事件.本文采用Grad-Shafranov(GS)流场重构技术再现了这些涡流的二维速度场、离子数... 2000年9月30日Geotail卫星分别于1 7:54:36~18:09:00UT和18:59:00~19:30:00UT在磁尾晨侧等离子体片内(n≈0.4 cm^(-3) ,T≈6 keV)观测到等离子体涡流事件.本文采用Grad-Shafranov(GS)流场重构技术再现了这些涡流的二维速度场、离子数密度和离子温度的分布图像.结果显示:从地心太阳磁层坐标系(GSM)赤道面上面看,涡流的尺度约为5000 km×1400 km,朝地球的运动速度约为15~25 km/s.所有5个涡流的旋转方向都为顺时针方向,旋转周期约为6~11 min.相邻涡流的相互作用导致它们之间的磁场强度增强.考察观测数据发现,涡流内不仅包含等离子体片热等离子体成分,也包含较大通量的类似源自磁鞘的冷等离子体成分(T<1 keV).这与观测到涡流等离子体的平均温度(T≈4 keV)较磁尾等离子体片等离子体的典型温度(T≈6 keV)明显偏低的事实是一致的.不仅如此,离子数密度和温度在结构内的分布也不均匀,数密度在涡流内部偏离中心的位置比较低而在每个涡流的边缘位置比较高,温度的分布大体上与密度相反.分析认为观测到的磁尾等离子体涡流事件可能由发生在低纬边界层的Kelvin-Helmholtz不稳定性引起,涡流结构内的冷等离子体可能来自磁层顶外部的磁鞘. 展开更多
关键词 GS流场重构方法 等离子体片涡流 K—H不稳定性 低纬边界层(LLBL)
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行星际磁场对磁尾场向电流发生率的影响 被引量:2
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作者 程征伟 史建魁 +1 位作者 张子迎 刘振兴 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期396-402,共7页
利用Cluster卫星的磁场和等离子体探测数据,研究了行星际磁场(IMF)时钟角(clock angle)Φ和锥角(cone angle)θ对磁尾等离子体片边界层(PSBL)区场向电流发生率的影响.当时钟角Φ>0时,磁尾场向电流的发生率较高,这表明磁尾场向电流的... 利用Cluster卫星的磁场和等离子体探测数据,研究了行星际磁场(IMF)时钟角(clock angle)Φ和锥角(cone angle)θ对磁尾等离子体片边界层(PSBL)区场向电流发生率的影响.当时钟角Φ>0时,磁尾场向电流的发生率较高,这表明磁尾场向电流的发生与昏向太阳风条件更为密切;当90°<|Φ|<180°时,场向电流的发生率较高,这表明场向电流的发生与南向IMF更为密切.当锥角θ<30°时(即IMF与日地连线夹角较小时)场向电流的发生率较低.而当θ>30°时,场向电流在90°<|Φ|<180°的情况下发生率明显增大,这说明南向IMF情况下,场向电流发生率明显增大.但是当|Φ|<90°时(北向IMF情况下),尽管θ很大,场向电流的发生率并未明显增大.当θ>70°时,且在140°<Φ<160°的行星际磁场条件下,磁尾等离子体片边界层区场向电流的发生率最大. 展开更多
关键词 场向电流 等离子体片边界层 行星际磁场 时钟角 锥角
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等离子体片边界层电磁不稳定性引起的波-粒输运 被引量:3
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作者 曹晋滨 周国成 《地球物理学报》 SCIE EI CSCD 北大核心 1994年第6期707-715,共9页
采用二级理论研究了在等离子体片边界层电磁不稳定性引起的波—粒输运.结果表明,束流离子被热化和各向同性化,离子最大加热率峰值与电磁不稳定性最大增长率峰值出现在大致相同的方向上.被热化和各向同性化的束流离子可能是等离子体... 采用二级理论研究了在等离子体片边界层电磁不稳定性引起的波—粒输运.结果表明,束流离子被热化和各向同性化,离子最大加热率峰值与电磁不稳定性最大增长率峰值出现在大致相同的方向上.被热化和各向同性化的束流离子可能是等离子体片中心区热离子的来源.这些结果对于理解等离子体片边界层的输运过程具有重要的意义. 展开更多
关键词 等离子体片 稳定性 波-粒输运 电磁 边界层
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磁尾静电离子束流-密度漂移不稳定性的数值研究 被引量:1
7
作者 周国成 曹祥东 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 1990年第2期101-106,共6页
本文研究了磁尾等离子体片边界层宽频带静电噪声的产生机制.模型等离子体由暖的背景电子、暖的向地球方向的离子束流和较冷的向尾方向的离子束流组成.结果表明,静电离子束流-密度漂移不稳定性可以在比较宽的频率范围内激发,在低频区大... 本文研究了磁尾等离子体片边界层宽频带静电噪声的产生机制.模型等离子体由暖的背景电子、暖的向地球方向的离子束流和较冷的向尾方向的离子束流组成.结果表明,静电离子束流-密度漂移不稳定性可以在比较宽的频率范围内激发,在低频区大传播角方向上增长率最大,在高频区小传播角方向上增长率也比较大。最大增长率的方向取决于离子束流和密度漂移的速度比值.这些结果与磁尾观测到的宽频带静电噪声特征符合一致. 展开更多
关键词 磁尾 离子束流 静电 密度 漂移
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伴随磁场重联哨声波的观测与统计分析
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作者 刘琨 邓晓华 +3 位作者 李世友 袁志刚 沈韦华 周猛 《武汉大学学报(理学版)》 CAS CSCD 北大核心 2007年第1期110-114,共5页
利用GEOTAIL卫星探测得到的磁场、粒子和波的数据,通过观测伴随着磁场重联的哨声波、静电孤立波、高频静电调制波等波,统计分析了地球磁尾伴随重联过程的哨声波的频率、空间位置分布等特性.结果表明:伴随磁场重联的哨声波,其频率... 利用GEOTAIL卫星探测得到的磁场、粒子和波的数据,通过观测伴随着磁场重联的哨声波、静电孤立波、高频静电调制波等波,统计分析了地球磁尾伴随重联过程的哨声波的频率、空间位置分布等特性.结果表明:伴随磁场重联的哨声波,其频率在10~500Hz之间,在磁尾主要分布于等离子体片及其边界层.通过卫星观测结果证实:在导向磁场By较小时(By〈7nT),哨声波在磁场重联过程中起到重要的调制作用,从观测上证实了理论预测和计算机模拟结果. 展开更多
关键词 哨声波 磁场重联 等离子体片边界层 波粒相互作用
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等离子体片边界层内静电离子束流-密度漂移不稳定性 被引量:1
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作者 周国成 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 1989年第6期628-635,共8页
本文研究了地球磁尾等离子体片边界层内由离子束流和等离子体密度梯度联合作用产生的静电不稳定性.模型等离子体由向尾流动的冷离子束流、向地球流动的暖离子束流和背景暖电子组成,等离子体密度是非均匀的,等离子体β(热压强与磁压强之... 本文研究了地球磁尾等离子体片边界层内由离子束流和等离子体密度梯度联合作用产生的静电不稳定性.模型等离子体由向尾流动的冷离子束流、向地球流动的暖离子束流和背景暖电子组成,等离子体密度是非均匀的,等离子体β(热压强与磁压强之比值)很小,电子等离子体频率与电子退旋频率之比。ω_e/Ω_e>>1.结果表明,斜传播的静电快、慢离子束流-密度漂移模能够被激发。 展开更多
关键词 等离子体片 边界层 静电离子束流
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行星际磁场B_y分量对磁尾场向电流的控制作用
10
作者 程征伟 史建魁 刘振兴 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期139-146,共8页
利用Cluster卫星的磁场探测数据及ACE卫星的行星际磁场(IMF)探测数据,研究了IMF B_y分量(IMF|B_y|<10nT)对磁尾等离子体片边界层(PSBL)区场向电流发生率和密度的影响.研究显示:与IMF B_y分量为负时进行比较,IMF B_y分量为正时场向电... 利用Cluster卫星的磁场探测数据及ACE卫星的行星际磁场(IMF)探测数据,研究了IMF B_y分量(IMF|B_y|<10nT)对磁尾等离子体片边界层(PSBL)区场向电流发生率和密度的影响.研究显示:与IMF B_y分量为负时进行比较,IMF B_y分量为正时场向电流的发生率更高,约55.6%;当IMF|B_y|>4nT时场向电流发生率占总发生率的77.4%;场向电流发生率随IMF|B_y|的增大而增大,且具有很好的线性相关关系,当IMF B_y分量为正时,相关性更好;场向电流密度也随IMF|B_y|的增大而增大,同样具有很好的线性相关关系,当IMF B_y分量为正时,相关性更好.以上结果表明,IMF B_y分量对磁尾场向电流的产生和变化具有很强的控制作用,并且昏向IMF变化与场向电流变化的关系更加密切. 展开更多
关键词 场向电流 等离子体片边界层 行星际磁场B_y分量
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磁尾等离子体片边界层场向电流与行星际磁场时钟角的关系
11
作者 程征伟 史建魁 刘振兴 《科学技术与工程》 北大核心 2012年第10期2272-2275,共4页
根据ClusterII卫星的探测数据,对1 839个磁尾等离子体片边界层场向电流事件与行星际磁场(IMF)时钟角Φ的关系进行了统计分析。结果显示等离子体片边界层场向电流的发生率明显受到IMF时钟角的调控:当0°<|Ф|<90°,场向电... 根据ClusterII卫星的探测数据,对1 839个磁尾等离子体片边界层场向电流事件与行星际磁场(IMF)时钟角Φ的关系进行了统计分析。结果显示等离子体片边界层场向电流的发生率明显受到IMF时钟角的调控:当0°<|Ф|<90°,场向电流发生率随IMF时钟角的变化曲线为一"V"型结构。当90°<Ф<180°时场向电流发生率保持在很高的水平上;当-180°<Ф<-90°时,场向电流的发生率先减小后增大,其拐点在Ф=-130°附近。这说明场向电流不仅受行星际Bz的影响,也受行星际磁场By的影响。 展开更多
关键词 场向电流 等离子体片边界层 IMF时钟角
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等离子体片边界层中静电不稳定性产生的波-粒动量交换率
12
作者 周国成 朱连芳 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 1993年第3期174-179,共6页
本文介绍了非均匀等离子体片外边缘离子束流-密度梯度漂移不稳定性的二级理论 。二级动量交换率的计算表明,模型等离子体中冷、暖束流离子的场向动量以及暖束流离子的横向动量可以被静电波来减小。这些波是由离子束流-密度梯度漂移不稳... 本文介绍了非均匀等离子体片外边缘离子束流-密度梯度漂移不稳定性的二级理论 。二级动量交换率的计算表明,模型等离子体中冷、暖束流离子的场向动量以及暖束流离子的横向动量可以被静电波来减小。这些波是由离子束流-密度梯度漂移不稳定性产生的。这些结果对于理解等离子体片外边缘等离子体的各向同性化和热化是很有用的。 展开更多
关键词 等离子体片 边界层 动量变化率
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等离子体片离子分界线的模拟研究 被引量:3
13
作者 丁维贞 曹晋滨 +2 位作者 曾立 王艳 杨俊英 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期1505-1514,共10页
等离子体片离子向内磁层的渗透在亚暴和磁暴过程中都起到了重要作用.以往对于等离子体片离子向内磁层的渗透都是通过固定磁矩的磁层离子漂移轨道理论来进行的.本文将过去的(U,B)空间中固定磁矩的磁层离子漂移轨道理论扩展为固定能量的... 等离子体片离子向内磁层的渗透在亚暴和磁暴过程中都起到了重要作用.以往对于等离子体片离子向内磁层的渗透都是通过固定磁矩的磁层离子漂移轨道理论来进行的.本文将过去的(U,B)空间中固定磁矩的磁层离子漂移轨道理论扩展为固定能量的磁层离子漂移轨道理论,讨论了等离子体片质子在向地球输运过程中,不同能量的质子开放轨道和封闭轨道的分界线的特性,及其随Kp指数的变化.在高能端,随着能量的升高,等离子体片质子分界线地心距离逐渐增大,且分界线的晨侧地心距离远远大于昏侧的地心距离.在低能端,随着质子能量的降低,质子分界线地心距离逐渐增大,且其分界线的昏侧地心距离要大于晨侧的地心距离.模拟结果还显示随着Kp指数的增强,等离子体片中不同能量的质子分界线都向地球移动.但在低能端和高能端,质子分界线的行为是不一样的.在低能端,随着Kp指数的增大,质子内边界形状基本保持不变.但在高能端,随着Kp指数的增大,质子内边界形状也将发生变化.在E=20 keV,Kp=6和E=10 keV,Kp=3两种情况,质子分界线甚至出现了两个分离的区域,一个是环绕地球的封闭轨道区域,一个是晨侧孤立的锥型区域.等离子体片能量为E的质子的内边界就是具有不同磁矩的Alfven层上能量为E的点的连线.TC-1热离子谱仪对等离子体片离子内边界的观测显示模拟结果与观测结果符合得很好. 展开更多
关键词 等离子体片离子分界线 (U B)空间 KP指数 Alfven层
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Probability of Field-Aligned Currents Observed by the Satellite Cluster in the Magnetotail
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作者 程征伟 史建魁 +1 位作者 ZHANG Tie-Long 刘振兴 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2007年第4期1125-1127,共3页
Field-aligned current (FAC) density distribution at the plasma sheet boundary layers is statistically studied. The FAC is calculated by the so-called curlometer technique with the data from FGM onboard the four Clus... Field-aligned current (FAC) density distribution at the plasma sheet boundary layers is statistically studied. The FAC is calculated by the so-called curlometer technique with the data from FGM onboard the four Cluster spacecraft in 2001. By calculation we obtain a large number of FAC samples. In the samples, most of calculated FAC densities were very small and around zero caused by some errors or noise. In order to get the real FAC density distribution in the magnetotail, we use a three-Gaussian distribution to fit the errors, then subtract the estimated error contribution from the full distribution and obtain the FAC density distribution. The result shows that the FAC occurrence versus its density has a distribution consisting of a Gauss/an distribution with an additional decreasing exponential distribution. The most probable value of the FAC density is 3.45 pT/km. 展开更多
关键词 plasma sheet boundary SUBSTORMS layer
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Reconstruction of plasmoid and traveling compression region in the near-Earth magnetotail 被引量:4
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作者 LU Shang Wen ZONG Qiu Gang +2 位作者 VOGIATZIS Ioannis WANG Yong Fu TIAN An Min 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第2期330-337,共8页
Cluster spacecraft observed an earthward flowing plasmoid along with a travelling compression region (TCR) structure in southern plasma sheet boundary layer (PSBL) at 21:09 UT of September 19, 2001. We have recon... Cluster spacecraft observed an earthward flowing plasmoid along with a travelling compression region (TCR) structure in southern plasma sheet boundary layer (PSBL) at 21:09 UT of September 19, 2001. We have reconstructed the two-dimensional topology of the magnetic field structure observed by C1 using Grad-Shafranov reconstruction method. Results show that CI passed through part of a plasmoid, which compressed the lobe magnetic field and formed a TCR. The size of the whole plas- moid structure in X direction is estimated to be about 3 Re. Furthermore, using multi-spacecraft observations, we have found some detailed information about this structure. First, C1 observed bi-streaming electron components, which supports our sug- gestion that the spacecraft passed through closed field lines. Second, a small magnetic field perturbation within this plasmoid accompanied by slight decrease in electron flux suggests that a flux rope core might exist at the center of the plasmoid. 展开更多
关键词 plasma sheet boundary layer PLASMOID traveling compression region Grad-Shafranov method
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