外嘶声波在不同地磁活动条件下的全球分布特征研究

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低频等离子体波动在地球内磁层的辐射带和环电流中对高能电子通量的动态变化起着重要的作用,也是近年来内磁层卫星观测和理论研究的热点。以往的研究大多针对于等离子体层嘶声波(hiss)和合声波(chorus)这两种低频波动,对于等离子体层外嘶声波(exohiss)的研究正在得到越来越多的关注。外嘶声波是存在于等离子体层顶外的一种宽带、无结构的哨声模波,它对于合声波和嘶声波的演化,以及相关的电子动力学具有重要作用。为了深入理解外嘶声波的全球分布,进一步理解其形成过程,本课题主要利用范阿伦探针A卫星从2013年1月1日至2017年6月30日的观测数据,针对以下两个方面进行了相关研究:1、首先根据AE指数对地磁活动进行了分类,分别统计了在不同地磁活动条件下,外嘶声的全球分布特征。研究分析发现:(1)外嘶声的分布具有明显的昼夜不对称性,在向日侧外嘶声的幅度较强,而在夜侧,外嘶声的幅度较弱。另外,上午侧和下午侧的外嘶声随着地磁活动的增强,表现出不同的演化特征:随着地磁活动的增强,下午侧的外嘶声幅度展现出明显的增强,而上午侧的外嘶声总体幅度变化不明显。(2)由于坡印廷矢量可以反映出等离子体波的来源,我们根据坡印廷矢量的方向将外嘶声波分成两类:单向传播的外嘶声和混合传播的外嘶声。分析发现大部分的外嘶声都是混合传播的,这表明大多数外嘶声波是由等离子体层顶内的嘶声波演化而来。同时,混合传播的外嘶声波随着地磁活动的增强,其幅度增强并不明显。另外,单向传播的外嘶声波主要出现在地球下午侧,其能量主要来源于等离子体层顶外的回旋共振。统计结果表明,伴随着地磁活动的加强,单向传播的外嘶声波幅度有较为明显的增强。2、由于混合传播的外嘶声主要由等离子体层顶内的嘶声波演化而来,为了分析混合传播的外嘶声随着地磁活动的演变特征。本课题进一步统计分析了不同地磁活动条件下,热电子通量和等离子体层内嘶声波的分布特征。统计结果表明,在上午侧,混合传播的外嘶声振幅的增强相比于与等离子体层内嘶声波的振幅增强小。通过对与地磁活动相关的超热电子通量的分析,表明在强烈的地磁活动中,外嘶声可能经历了非常强的朗道阻尼,使得在强地磁活动期间,波幅度的增强并不明显。本文的研究结果进一步明确了等离子体层外嘶声的全球分布特征,以及与地磁活动水平的关系。通过全球分布情况对比,展示了等离子体层外嘶声在不同地磁活动条件下的演化过程。研究结果将进一步促进对地球内磁层中等离子体波动演化过程和波粒相互作用的理解,对未来的空间探测计划和空间天气预报具有十分重要的意义。
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