剪切流中的非本征?，F(xiàn)象及塵埃充電研究.pdf

1、采用非本征模方法(non-modalanalysis)研究了磁層頂邊界層中剪切流導(dǎo)致的MHD波模轉(zhuǎn)化及其與背景流場(chǎng)的能量交換過(guò)程。發(fā)現(xiàn)在分別代表磁層頂內(nèi)、外邊界層及過(guò)渡區(qū)的均勻剪切流場(chǎng)中，初始設(shè)定的Alfvén波擾動(dòng)可部分轉(zhuǎn)化為快、慢磁聲波。而且，在不同區(qū)域，根據(jù)等離子體參數(shù)的不同，發(fā)生的波模轉(zhuǎn)化過(guò)程也不相同。在外邊界，Alfvén波主要轉(zhuǎn)化為慢磁聲波；在內(nèi)邊界，Alfvén波則主要轉(zhuǎn)化為快磁聲波；而在二者之間的過(guò)渡區(qū)中，Alfvén波

2、可同時(shí)轉(zhuǎn)化為兩種類型的磁聲波。我們還發(fā)現(xiàn)，含有較強(qiáng)快波分量的擾動(dòng)可從磁層頂剪切流場(chǎng)中獲得能量而得到線性放大。上述物理過(guò)程可能對(duì)解釋磁鞘至磁層的能量及動(dòng)量異常輸運(yùn)現(xiàn)象有所幫助。 通過(guò)分析給定的初始Alfvén波擾動(dòng)的演化，研究了剪切流中的非本征模自加熱現(xiàn)象。一個(gè)完整的自加熱過(guò)程包括擾動(dòng)的激發(fā)、非本征模放大和耗散三個(gè)階段。通過(guò)后兩個(gè)階段，擾動(dòng)可以從剪切流場(chǎng)中汲取能量并繼而耗散為熱能。由于三種磁流體力學(xué)波模中只有快波才能從剪切流場(chǎng)中有

3、效地吸收能量，則初始Alfvén波擾動(dòng)必須先通過(guò)剪切流引起的波模共振過(guò)程轉(zhuǎn)化為快波擾動(dòng)，才可得到有效的自加熱過(guò)程。這相當(dāng)于要求初始剪切方向波數(shù)Ky(0)＞0。發(fā)現(xiàn)對(duì)于一給定的Ky(0)(=5)，自加熱函數(shù)隨等離子體參數(shù)β(β=C2S/C2A，其中Cs為聲速，VA為Alfvén波速)增大而單調(diào)下降。只有對(duì)于低β(β＜2)等離子體，在有意義的時(shí)間段內(nèi)，自加熱過(guò)程才比較有效。另外，為取得有效的自加熱過(guò)程，粘滯系數(shù)也應(yīng)當(dāng)在一適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)取值(～

4、10-4-10-7Cs/kx，kx為平行方向波數(shù))。當(dāng)粘滯系數(shù)太小時(shí)，在給定的時(shí)間內(nèi)能耗散為熱能的擾動(dòng)能量太少；而取過(guò)大的粘滯系數(shù)，擾動(dòng)便得不到充分的非本征模放大。 考慮了地球附近的彗星、行星環(huán)、行星際介質(zhì)等空間塵埃等離子體環(huán)境中塵埃顆粒的充電問(wèn)題。起主要作用的充電電流是是電子附著電流、離子附著電流、由入射電子引起的二次電子發(fā)射電流和光電流。根據(jù)飛船對(duì)Halley彗星和G-Z彗星的觀測(cè)資料，采用典型的空間等離子體參數(shù)，計(jì)算了Si