太阳风动压脉冲结构统计研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) | 被引量 : 0次 | 上传用户:Rachellanye
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在行星际空间中,等离子体动压突然增大或者减小的小尺度等离子体结构经常能被观测到。通过对高分辨率的观测数据的分析,发现这些结构的动压突变一般会在几秒到几分钟的时间尺度内以脉冲的形式发生。因此,当这些结构的上游和下游的等离子体动压只发生较小变化时,我们就将这些结构称为太阳风动压脉冲结构(Dynamic Pressure Pulse,DPP)。太阳风动压的突变会急剧压缩磁层或使磁层急剧膨胀,影响能量和动量从太阳风向磁层-电离层耦合系统的传输,特别是在行星际磁场(Interplanetary Magnetic Field,IMF)南向的条件下,激发磁层-电离层系统多时空尺度的不同类型的扰动。本文主要对1995-2014近20年WIND飞船实地探测的13042例非激波DPP事件的物理特性进行统计分析,主要研究结果如下:1.对非激波DPP事件的方向作了初步分析,发现DPP事件的过渡区上下游磁场矢量之间的夹角分布统计上呈双幂律谱分布,拟合的幂律谱分布函数的谱指数分别为:-1/28以及-1/49,两幂率谱转折点为30度。本文采用最小方差法(Minimum Variance Analysis,MVA)确定DPP法向方向。为了提高MVA精度,采用限定条件为:特征值之比大于2、上下游磁场矢量之间的夹角大于30度。因此,最终针对5002例非激波DPP事件法向方向进行统计,发现60.46%的DPP事件法向矢量的倾斜角-方向角主要集中分布在-50度到50度、160度到250度的区域内;并且倾斜角-方向角的分布图的中心位置大概为(-22.83度,186.59度)。此外,本文还估算了DPP事件从WIND卫星传播到地球磁层(日下点)的时间,发现DPP的方向是影响传播时间的重要因素。2.根据DPP的法向以及上下游磁场特征,可将DPP分为四类:切向间断(Tangential Discontinuity,TD)、旋转间断(Rotational Discontinuity,RD)、混合间断(Either Discontinuity,ED)、非间断结构(Neither Discontinuity,ND),四者的比例分别为46.37%、19.57%、27.49%、6.57%。从本次分类的结果可以明显地发现,大部分的非激波DPP事件是方向间断(Directional Discontinuities,DDs),其中,TD占优。同时,我们还计算了非激波DPP事件的法向与行星际磁场之间的夹角,发现70.30%(3516例)的DPP事件的夹角大于60度,而只有12.33%(617例)的DPP事件的夹角小于30度。这说明大部分的DPP事件的法向垂直或者准垂直于IMF。而当DPP事件的过渡区平行或准平行于IMF时,过渡区能隔离上游和下游的等离子体,这与TD的特征一致,因此,通常当DPP的法向垂直或者准垂直于行星际磁场时,DPP很有可能就是TD。此外,TD/RD的比值在太阳活动低年会明显地增大。
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