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BBF是磁尾能量、动量以及磁通量地向转移的主要携带者。一般认为是由磁尾磁重联产生的。在近地磁尾刹车时会驱动亚暴电流楔及各种波动的产生。研究认为BBF驱动的这些波动是地面Pi2的来源,地面Pi2的周期与BBF内部波动周期存在相关性。然而关于BBF内部波动的本征周期特性的研究却少见报道。为此本文通过研究BBF中磁场及等离子体参数的扰动周期分布来探讨波动周期特性以及波动周期的起源,加深人们对磁尾等离子体波动的理解。 高速度的BBF具有湍流特征,谱指数可以反映湍流的在不同频段的能量分布特征,很多关于磁尾波动频谱指数的研究主要聚焦在高频部分,而针对Pi2频段的谱指数的研究较少。因此,本文研究了Pi2频段的谱指数的分布特征,并对比了该频段谱指数与其他频段谱指数的异同,分析波动能量在这一频段的分布特征及其成因。后续的工作中我们进一步分析了谱指数对磁场及等离子体参数的响应特征,寻找影响湍流谱指数的可能因素。 2007年发射的Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms(THEMIS)卫星在磁尾观测到大量的磁场及等离子体数据,为我们的研究提供了很好的数据基础。本文中主要使用了THEMIS卫星2008年至2011年间在磁尾阶段观测到的磁场及等离子体数据。 在BBF的周期特征研究中我们总共挑选了493个BBF事件,我们用小波变换得到磁场及等离子体参数的功率谱,然后由小波功率谱计算出BBF期间这些参数的能谱随频率的变化曲线,根据曲线的峰值选择出对应的主、次及第三周期。然后分别给出这三个周期分布统计直方图,统计间隔为10s。之后为了分析统计周期可能的来源,我们进一步研究了1RE范围内的周期平均值随径向距离的变化。 在BBF中波动谱指数的研究中,我们挑选了THEMIS卫星观测到的BBF中218个持续时间12min的时间段,计算速度及磁场以及场向坐标系下它们的垂直、平行分量的傅里叶谱。然后用直线拟合了频率在0.005Hz至0.06Hz之间的能谱随频率的变化,得到谱指数(即拟合直线斜率的绝对值)和0.06Hz处的能谱值。然后分析了谱指数的分布特征以及它们随速度和径向距离的变化特征。 在谱指数对磁场及等离子体参数的响应特征研究中,我们同样选取的是BBF中持续12min的时间段,这里为了获得足够多的研究事例,我们将研究中的速度阈值由400km/s调整为200km/s,考虑到不同速度方向对湍流的影响可能不同,我们将事例区分为垂直地向流和平行地向流。由于向磁尾传播的BBF事例较少,这里的研究没有考虑尾向流中的湍流。最终我们选取出285个垂直地向和78个平行地向BBF。目前的工作中只计算了磁场压缩分量和剪切分量的谱指数随磁场及等离子体参数的变化特征。 以下是我们从上述三个方面分析THEMIS卫星观测到的BBF事件得到的一些主要结论: 1)BBF中磁场及等离子体参数300s以下的波动主、次以及第三周期的发生率具有高斯分布特征。这些参数的最可几周期在140s至160s之间,这一周期范围在Pi2和Pi3脉动的周期范围内。第二周期和第三周期的最可几周期分别在60至75s之间和34至37s之间; 2)在9RE至25RE空间范围内,这些参数的周期变化不超过20s。主周期几乎不随径向距离改变。我们推测这些参数的波动周期来源于磁尾周期性的磁重联过程; 3)0.005Hz~0.06Hz频段的磁场及速度谱指数满足高速分布特征。离子速度Vi以及速度平行分量V(I)的最可几谱指数分别为1.95和2.07,数值接近间歇性低频大振幅波动的谱指数。然而速度垂直分量V⊥的峰值谱指数为1.75,略微大于Kolmogorov(1941)的到的中性流体的谱指数。总磁场BT的谱指数峰值为1.70,与V⊥的最可几谱指数相近。磁场压缩分量B(I)的峰值谱指数为1.85,在5/3和2之间。磁场剪切分量的最可几谱指数为1.44,接近于Kraichnan(1965)得到的各向同性磁流体谱指数3/2; 4)最大垂直速度对离子速度V1以及速度平行分量V(I)的谱指数和能谱值没有影响,但是正比于速度垂直分量的谱指数。BT、B(I)和B⊥的能谱值对数随最大垂直速度而单调递增,而谱指数随最大垂直速度单调递减; 5)垂直BBF中,磁场剪切分量B上的波动谱指数不随总磁场、密度变化,但是会随着平行速度和垂直速度的增大而减小,磁场压缩分量B(I)的波动谱指数随磁场的增大而增大,不随密度和平行速度变化,随垂直速度的增大而减小; 6)平行BBF中磁场剪切分量B上的波动谱指数随磁场的增加而增大,随密度和垂直速度的增大而减小,不随平行速度改变,磁场压缩分量B(I)的波动谱指数随磁场增加而增大。随密度增大而减小,不随垂直速度和平行速度变化。 本文中我们研究了BBF中磁场及等离子体参数的周期特征,发现这些参数的波动周期主要分布在Pi2和Pi3范围内,并进一步讨论认为这些周期可能起源于磁尾周期性磁场重联,这一工作为内磁层和地面波动的起源研究提供了参考。另一方面Pi2频率范围内的谱指数研究也发现了这一频段范围内的谱指数是不同于更高频率范围内的谱指数的,且谱指数会受到等离子体参数的调制作用,发现低频区域和高频区域的能量分布影响因素是不同的,给出了低频范围内谱指数的分布特征。然而仍有许多跟BBF的周期性以及谱指数相关的问题需要解决。在BBF中波动周期的来源上,单个事例若能给出不同距离上同一个BBF的周期不变性将会为我们的结论带来更好的证明。导致BBF产生的磁场重联与地磁指数和太阳风参数密不可分,谱指数与这些指数和参数之间的关系也是一个值得关注的方向。我们在将来的工作中会进一步讨论这些问题。