垂直磁重聯平面的剪切流對磁重聯影響的二維混合模擬研究.pdf

1、磁重聯是地球磁層空間等離子體的基本物理過程，許多爆發(fā)現象，如磁暴、極光、地磁亞暴，通量轉換事件等都被認為與磁重聯過程相關。在空間等離子體中，大尺度等離子體對流現象經常被觀測到。太陽的各種活動，如太陽耀斑，日珥，日冕物質拋射等，都會產生強烈的等離子體流動。這種流動常常具有很強的隨機性，當太陽風撞擊地球磁層時會產生經過磁層頂的速度剪切。速度剪切的幅度和方向因其在磁層頂的位置的不同而不同，不論是在地球高緯區(qū)磁層和翼區(qū)磁層，還是在地球磁尾都存在

2、著剪切流。在對磁層中的磁重聯事件的觀測和理論研究中，人們發(fā)現了大量的二級磁島現象，其產生的物理機制還不清楚。對剪切流影響磁重聯過程的問題研究中，有人指出，垂直磁重聯平面的剪切流誘發(fā)的二級磁島與通量轉換事件具有相關性。因此垂直磁重聯平面的剪切流對磁重聯的影響成為本文關注的焦點。
　　本文采用考慮離子動力學效應的二維混合模擬方法，研究了垂直磁重聯平面的剪切流對對稱磁重聯和非對稱磁重聯的影響?？紤]到磁層空間的等離子體環(huán)境的復雜性和剪切流

3、的隨機性，四種不同剖面的剪切流被分別引入到對稱和非對稱磁重聯過程的初始平衡中。從磁通，垂直磁重聯平面的磁場By結構、垂直磁重聯平面的渦量ωy結構，磁重聯平面內的離子流速度矢量的分布，等離子體密度分布，及磁能增長率和重聯率等方面與無剪切流條件下的磁重聯過程做比較，較為全面地反映剪切流的效應，得到了一些有意義的結果。
　　第一章介紹了磁重聯的理論背景，磁層中的磁重聯及剪切流影響磁重聯過程的研究進展，二級磁島現象的研究現狀以及本文的研究

4、動機和思路。
　　第二章簡要介紹了等離子體數值研究方法。
　　第三章介紹本文采用的混合模擬方法，磁重聯模型以及數值算法。
　　第四章采用考慮了離子動力學效應的二維混合模擬方法研究了垂直磁重聯平面的剪切流對對稱磁重聯的影響。研究發(fā)現沿電流片法向變化的對稱平衡流對對稱磁重聯影響不大，但反對稱平衡流將無剪切流條件下的霍爾四極場變成了雙極結構，破壞了垂直磁重聯平面的渦量的對稱性，改變了重聯層的結構，降低了重聯率。沿電流片切向變

5、化的對稱驅動流將單X點磁重聯中的X點變?yōu)镺點，并觸發(fā)“多X點重聯”。沿電流片切向變化的反對稱驅動流在出流區(qū)誘發(fā)了二級磁島，提高了重聯率。在對稱磁重聯過程中，垂直磁重聯平面的剪切流誘發(fā)的二級磁島有助于理解在磁尾觀測到的二級磁島的形成機制。
　　第五章采用二維混合模擬方法研究了垂直磁重聯平面的剪切流對對稱磁重聯的影響。研究表明由于對稱剪切流在X點處流的剪切很微弱，所以對非對稱磁重聯的影響并不顯著。但沿電流片法向變化的對稱剪切流產生了二

6、級磁島，重聯率因此略有增加，增幅～20％。反對稱剪切流的共同效應是產生了二級磁島，重聯率顯著增加，達到大于0.08的水平。二級磁島在被稱為通量轉換事件的日下點磁層頂重聯過程中經常被發(fā)現。將該結果應用到穿越日下點磁層頂的衛(wèi)星觀測中可得到這樣的結論:垂直磁重聯平面的剪切流是通量轉換事件發(fā)生的主要原因之一。在通量轉換事件中如果X點附近的流剪切較弱，重聯率約為～0.01-0.03,若X點附近流剪切較強，則重聯率要大于0.08。在非對稱性和剪切流