磁層亞暴過程及其對極區(qū)電離層的影響.pdf

1、磁層亞暴是太陽風-磁層-電離層耦合系統(tǒng)中最頻繁的擾動形式,是近地空間最重要的能量輸入、耦合和耗散過程。極區(qū)電離層通過磁力線與磁層聯(lián)接在一起。磁層亞暴期間,很大一部分來自太陽風的能量在極區(qū)電離層以焦耳熱的形式耗散,伴隨極區(qū)電離層電動力學特征的劇烈變化。研究極區(qū)電離層尤其是暴時電動力學特征是磁層-電離層耦合研究的重要內(nèi)容。本文主要利用極區(qū)電離層模型以及地磁反演方法,研究磁層亞暴期間極區(qū)電離層的電動力學參量的響應。同時通過對特殊的亞暴事件的分

2、析對亞暴的觸發(fā)機制進行了一定探討。
　　 首先,利用自洽的極區(qū)電離層模型,結合沉降粒子分布模型,模擬了不同能譜條件下的極區(qū)電離層高度積分電導率和F層電子濃度的差異。研究結果發(fā)現(xiàn),沉降電子平均能量較高時(如0.8keV、1.0keV、2.0keV、4.0keV、8.0keV時),麥克斯韋分布得到的F層電子濃度較高；而沉降電子平均能量較低時(如0.3keV、0.4keV時),修正麥克斯韋分布得到的F層電子濃度高。平均能量大于3.5k

3、eV時,麥克斯韋分布得到的裴德森電導率高于修正麥克斯韋分布的結果；平均能量小于3.5keV時,修正麥克斯韋分布的結果高。對于霍爾電導率,始終都是修正麥克斯韋分布得到的結果高。不同能譜分布得到的電導率的差值遠遠小于電導率的本身的值。在能通量一定的情況下,平均能量是影響電導率大小的決定因素。而能譜對F層電子密度影響較大,隨著平均能量的增加,能譜對電子濃度的影響越顯著。
　　 其次,結合太陽風、行星際磁場的條件,從IMAGE衛(wèi)星200

4、2年觀測到的亞暴事件選擇出了15個自發(fā)型亞暴事件和35個觸發(fā)型亞暴事件。利用KRM地磁反演方法,結合101個北半球地面地磁臺站的觀測數(shù)據(jù),反演了各個事件期間極區(qū)電離層的電動力學參量(包括電流矢量、等效電流函數(shù)和電勢)分布。然后統(tǒng)計研究了自發(fā)型亞暴和觸發(fā)型亞暴期間極區(qū)電離層的電動力學特征。研究發(fā)現(xiàn),在一階近似的前提下,觸發(fā)性亞暴和自發(fā)型亞暴期間極區(qū)電離層的電動力學特征沒有本質(zhì)差別:生長相期間,雙渦電流體系出現(xiàn)并逐漸增強；膨脹相初始之后,午

5、夜區(qū)域西向電急流急劇增強:從生長相一直到最大相,越極蓋電勢差持續(xù)增強。但是,統(tǒng)計結果表明自發(fā)型亞暴在生長相時的越極蓋電勢差要遠大于觸發(fā)型亞暴,即自發(fā)型亞暴有較強的生長相,而觸發(fā)型亞暴在膨脹相期間的越極蓋電勢差的增強更為明顯。自發(fā)型亞暴恢復相期間,越極蓋電勢差仍然很強,相對最大相時沒有明顯的減弱。而對于觸發(fā)型亞暴,恢復相期間的越極蓋電勢差相對于最大相時有明顯的降低。對于自發(fā)型亞暴,由于其恢復相期間較強的直接驅動過程,其恢復相期間晨昏兩側的

6、電流仍然很強。由于兩類亞暴恢復相期間卸載過程逐漸減弱,所以兩類亞暴恢復相期間午夜側的電流都明顯減弱。
　　 最后,研究了2004年12月13日0650 UT時的亞暴事件。在該亞暴事件膨脹相初始過程中,行星際磁場保持穩(wěn)定北向,太陽風其他參數(shù)也非常穩(wěn)定。IMGAE衛(wèi)星分別于0648UT和0652UT在22.5 MLT和01 MLT先后觀測到了兩個極光點亮。加拿大地面臺站也同時在東西間隔2個MLT的位置上觀測到了西向電急流的急劇增強。

7、GOES10衛(wèi)星也觀測到了明顯的高能粒子注入和磁場偶極化。認為該亞暴事件是發(fā)生在行星際磁場北向時的自發(fā)型的亞暴事件,而且該亞暴事件具有兩個亞暴起始。認為兩個亞暴起始可能是由于磁層內(nèi)部的不穩(wěn)定性過程在經(jīng)向的傳播引起的。該亞暴事件期間AL指數(shù)達到了-300nT,極光活動區(qū)域覆蓋了近4個MLT。結合太陽風、行星際磁場的條件,認為該亞暴事件的主要能量來源是行星際磁場南向時存儲在磁尾的能量。行星際磁場By方向的重聯(lián)也可能為該亞暴事件提供一定的能量

8、。同時,利用KRM地磁反演算法,反演了該亞暴事件期間極區(qū)電離層的電動力學參量的演化特征。結果表明,在該亞暴膨脹相起始后,午夜之前西向電急流急劇增強,且等效電流體系表現(xiàn)為夜側的雙渦結構,同時伴隨夜側增強的南向電場。南向行星際磁場期間晨昏側的雙渦結構不復存在。由于極弱的直接驅動過程,卸載過程引起的電離層效應得到清楚的展示。卸載過程在膨脹相期間起絕對主導性作用。同時,夜側電導率的增強是電急流區(qū)域電流急劇增強的主要原因。
　　 磁場亞暴