磁場重聯(lián)中的低頻波動和絕熱動力學阿爾芬孤立波.pdf

1、本文主要研究磁場重聯(lián)中的低頻波動和絕熱過程中的動力學Alfvén孤立波。
　　 1.在磁場重聯(lián)低頻波動方面的主要工作包括:
　　 磁場重聯(lián)在空間等離子體中扮演重要角色，它可以有效地轉移和轉化等離子體的物質、動量和能量。空間等離子體中的許多爆發(fā)現(xiàn)象以及太陽風和地球磁層的相互作用都與磁場重聯(lián)有關。磁場重聯(lián)與波動有緊密聯(lián)系。波動可能是觸發(fā)重聯(lián)的因素之一，而重聯(lián)過程中磁力線拓撲結構的改變和高速粒子的產生都是激發(fā)波動的重要來源。在

2、本文中，主要研究重聯(lián)激發(fā)的低頻波動特性。
　　 本文采用二維三分量混雜模擬程序模擬了重聯(lián)過程。在重聯(lián)達到準穩(wěn)態(tài)后的隨體坐標中，利用快速傅里葉分析法研究了波動的頻譜特性，利用最小方差分析法研究了波動的傳播方向和偏振特性。通過研究不同重聯(lián)區(qū)域的波動，給出了波動的空間分布特性。并結合觀測討論了本文的研究結果。
　　 本文研究結果表明:重聯(lián)區(qū)的低頻波動以Alfvén離子回旋波為主，其頻率主要集中在0-1個離子回旋頻率之間，偏振特

3、性為左旋。其中入流區(qū)波動以小振幅的Alfvén離子回旋波為主，傳播方向以沿磁場方向為主，頻率較高，其主峰常常高于0.5個當?shù)仉x子回旋頻率;而出流區(qū)波動以大尺度的湍動為主，振幅較大，頻率較低，主要集中在0-0.6個當?shù)仉x子回旋頻率之間，其旋轉特性相對較雜亂。由此推測重聯(lián)可以產生左旋低頻Alfvén波，并提供了一些磁尾和極區(qū)的觀測證據(jù)。本文還結合其他采用混雜模擬研究波動傳播的文章，討論了本文研究結果的可靠性，解釋了本文結果與觀察出現(xiàn)不同的原

4、因。
　　 另外本文的研究結果還表明出流區(qū)大尺度的湍動會引起部分Hall重聯(lián)四極結構的分布出現(xiàn)部分翻轉，這可以解釋衛(wèi)星觀測到的一些與Hall理論相反的數(shù)據(jù)點。
　　 2.在絕熱動力學Alfvén孤立波方面的主要工作包括:
　　 動力學Alfvén孤立波(SKAWs)伴隨有密度擾動和平行于磁場方向的電場擾動，是空間等離子體物理的重要研究內容之一。SKAWs可以解釋空間等離子體中觀測到的強電磁擾動，其平行電場對等離子

5、體中波粒相互作用和磁層-電離層耦合有重要意義。已有大量文章從觀測、理論和數(shù)值模擬方面對SKAWs進行了研究。為了簡化數(shù)學分析，以往許多關于SKAWs的研究都采用了等溫假設。但是事實上在不同的等離子體中熱力學過程并不相同。許多研究表明在不同的空間等離子體區(qū)域，絕熱指數(shù)的取值各不相同，甚至在同一地區(qū)的不同方向絕熱指數(shù)也會不同。因此，研究不同熱力學過程中絕熱指數(shù)對SKAWs的影響是有必要的。
　　 為此本文在絕熱條件下對SKAWs進行

6、了研究。本文從雙流體模型出發(fā)，采用Sagdeev勢方法，在小振幅近似下得到了SKAWs的解析解。并在相同參數(shù)下，數(shù)值分析了SKAWs的波形和擾動場隨絕熱指數(shù)的變化情況。通過對比絕熱過程和等溫過程中SKAWs的差別大小，分析了絕熱指數(shù)對SKAWs的修正程度。
　　 本文的研究結果表明隨著絕熱指數(shù)的增加，SKAWs波形的振幅變小、寬度變大，其平行方向的擾動電場變小，垂直方向的擾動電磁場變大。而且相比于等溫過程，絕熱過程的修正是顯著的