波粒相互作用是环电流损失的重要机制之一,但波粒相互作用导致的环电流离子沉降而损失迄今为止缺乏直接的观测证据.基于磁层及电离层卫星的协同观测,本文报道了发生在2015年9月7日,由电磁离子回旋波(EMIC波)导致环电流质子沉降的共轭观...波粒相互作用是环电流损失的重要机制之一,但波粒相互作用导致的环电流离子沉降而损失迄今为止缺乏直接的观测证据.基于磁层及电离层卫星的协同观测,本文报道了发生在2015年9月7日,由电磁离子回旋波(EMIC波)导致环电流质子沉降的共轭观测事件.在等离子体层的内边界,Van Allen Probe B卫星观测到,存在EMIC波的区域和不存在EMIC波的区域相比,离子通量的投掷角分布的各向异性变弱.我们将Van Allen Probe B卫星沿着磁力线投影到电离层高度,同时在该投影区域内DMSP 16卫星在亚极光区域观测到环电流质子沉降.而且,通过从理论上计算质子弹跳平均扩散系数,我们进一步证实观测的EMIC波确实能将环电流质子散射到损失锥中.本文的研究工作为EMIC波导致环电流质子沉降提供了直接的观测证据,揭示了环电流衰减的重要物理机制:EMIC波将环电流质子散射到损失锥中,从而沉降到低高度大气层中而损失.展开更多
本文利用Van Allen Probes卫星观测数据研究了2013年3月17日至18日强磁暴期间外辐射带高能电子通量(1.8-2.6 M e V)的演化。观测结果显示,在磁暴恢复期间,高能电子通量增涨约50-100倍。在L=4.1的附近,Van Allen Probes同步观测到高强度...本文利用Van Allen Probes卫星观测数据研究了2013年3月17日至18日强磁暴期间外辐射带高能电子通量(1.8-2.6 M e V)的演化。观测结果显示,在磁暴恢复期间,高能电子通量增涨约50-100倍。在L=4.1的附近,Van Allen Probes同步观测到高强度的合声波。本文基于高斯分布的哨声波谱密度分布和偶极子背景磁场模型,计算了弹跳平均电子共振扩散系数,并通过求解Fokker-Planck扩散方程对高能电子相空间密度的演化过程进行了估算。数值计算结果表明,观测到的合声波能够与辐射带高能电子产生回旋共振作用,有效地加速高能电子。本文的观测和模拟结果为合声波加速竞争机制引起的辐射带高能电子演化过程提供了一定依据。展开更多
电磁离子回旋波(Electromagnetic ion cyclotron waves,简称EMIC波)在地球辐射带电子动力学过程中扮演着非常重要的角色.通过波粒相互作用,EMIC波能有效地散射相对论电子,造成辐射带相对论电子快速沉降损失从而影响相对论电子通量演化....电磁离子回旋波(Electromagnetic ion cyclotron waves,简称EMIC波)在地球辐射带电子动力学过程中扮演着非常重要的角色.通过波粒相互作用,EMIC波能有效地散射相对论电子,造成辐射带相对论电子快速沉降损失从而影响相对论电子通量演化.因此在地球辐射带动力学建模中,快速准确地获取EMIC波对相对论电子的散射效应信息非常必要.利用基于准线性理论的Full Diffusion Code(FDC),本文主要研究了辐射带H^(+)频段EMIC波对相对论电子的散射效应,并定量计算了EMIC波对相对论电子的弹跳平均投掷角扩散系数.为了方便快速地进行辐射带多维度建模,我们建立了L=1.5~7,α^(*)=3~30范围内的扩散系数矩阵库.文中展示了L分别为3、4和5时α^(*)为3~30时H^(+)频段EMIC波三种不同传播角模型的弹跳平均投掷角扩散系数,其随不同输入参数的变化特征与前人结果基本一致.基于所建立的弹跳平均投掷角扩散系数矩阵库,我们使用线性插值方法计算得到了L为3.25、4.35、5.55时在等离子体层顶内外的弹跳平均投掷角扩散系数.通过计算比较FDC和线性插值两种方法得到的扩散系数的相对误差,我们进一步验证了线性插值方法对于快速获取扩散系数的可行性和准确性.我们的结果表明,扩散系数的多维矩阵构建和线性插值获取能有效提高辐射带动力学建模的效率,对地球辐射带动理学快速建模和空间天气预报有着重要意义.展开更多
作为地球磁层中一种分布广泛的电磁波,电磁离子回旋波(Electromagnetic ion cyclotron waves,简称EMIC波)是地球辐射带相对论电子的重要损失机制.EMIC波通常呈现H+、He+和O+三种不同频段,不同频段对相对论电子的散射效应和损失时间尺度...作为地球磁层中一种分布广泛的电磁波,电磁离子回旋波(Electromagnetic ion cyclotron waves,简称EMIC波)是地球辐射带相对论电子的重要损失机制.EMIC波通常呈现H+、He+和O+三种不同频段,不同频段对相对论电子的散射效应和损失时间尺度大不相同.准线性理论是定量分析不同频段EMIC波对地球辐射带相对论电子散射效应的重要工具,我们利用基于准线性理论开发的Full Diffusion Code(FDC),分别计算了H^(+)、He^(+)、O^(+)三种频段EMIC波在不同空间范围、背景等离子体条件以及不同传播角模型下对辐射带相对论电子的弹跳平均投掷角散射系数,建立了L=1.5~7,背景等离子体参数α*(=f_(pe)/f_(ce))=6~30范围内的多频段EMIC波电子散射系数矩阵库.进而,我们计算了辐射带相对论电子在不同频段EMIC波散射作用下的损失时间尺度,获得了在不同磁层条件下EMIC波损失沉降相对论电子的定量信息.这些结果对于提升地球辐射带动力学过程建模水平、开展辐射带空间天气预报具有重要价值.展开更多
文摘波粒相互作用是环电流损失的重要机制之一,但波粒相互作用导致的环电流离子沉降而损失迄今为止缺乏直接的观测证据.基于磁层及电离层卫星的协同观测,本文报道了发生在2015年9月7日,由电磁离子回旋波(EMIC波)导致环电流质子沉降的共轭观测事件.在等离子体层的内边界,Van Allen Probe B卫星观测到,存在EMIC波的区域和不存在EMIC波的区域相比,离子通量的投掷角分布的各向异性变弱.我们将Van Allen Probe B卫星沿着磁力线投影到电离层高度,同时在该投影区域内DMSP 16卫星在亚极光区域观测到环电流质子沉降.而且,通过从理论上计算质子弹跳平均扩散系数,我们进一步证实观测的EMIC波确实能将环电流质子散射到损失锥中.本文的研究工作为EMIC波导致环电流质子沉降提供了直接的观测证据,揭示了环电流衰减的重要物理机制:EMIC波将环电流质子散射到损失锥中,从而沉降到低高度大气层中而损失.
文摘本文利用Van Allen Probes卫星观测数据研究了2013年3月17日至18日强磁暴期间外辐射带高能电子通量(1.8-2.6 M e V)的演化。观测结果显示,在磁暴恢复期间,高能电子通量增涨约50-100倍。在L=4.1的附近,Van Allen Probes同步观测到高强度的合声波。本文基于高斯分布的哨声波谱密度分布和偶极子背景磁场模型,计算了弹跳平均电子共振扩散系数,并通过求解Fokker-Planck扩散方程对高能电子相空间密度的演化过程进行了估算。数值计算结果表明,观测到的合声波能够与辐射带高能电子产生回旋共振作用,有效地加速高能电子。本文的观测和模拟结果为合声波加速竞争机制引起的辐射带高能电子演化过程提供了一定依据。
基金the NNSF of China(41774151,41631071,41527804)Key Research Program of Frontier Sciences CAS(QYZDJ-SSW-DQC010)+3 种基金USTC Research Funds of the Double First-Class Initiativethe Fundamental Research Funds for the Central UniversitiesYoung Elite Scientists Sponsorship Program by CAST(2018QNRC001)the Strategic Priority Research Program of Chinese Academy of Sciences(XDB41000000).
