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刘振兴院士将报告磁层空间暴触发的锋面模型


http://www.sina.com.cn 2006年07月14日 17:48 新浪科技

  第36届世界空间科学大会公众感兴趣的大会热点报告摘要:

  磁层亚暴驱动和触发的全球和多时空尺度过程:磁层亚暴触发的“锋面模型”

  刘振兴、张灵倩、沈超、路立、濮祖荫、马淑英、王晓钢

  在北京召开的空间研究委员会(COSPAR)会议上,刘振兴院士领导的研究组提出了一个新的磁层空间暴“锋面触发模型”。

  磁层空间暴(包括磁层亚暴、磁暴和磁层粒子暴),是空间天气在地球空间的主要表现形式。这项研究对进一步了解磁层亚暴和磁暴的驱动和触发机理,具有重大科学意义,对保障航天活动的安全,提高通信、导航、定位的精度和提高空间天气的预报水平具有重要应用价值。

  磁层亚暴是磁层中能量储存、转化和突然释放的爆发事件,一直是国际上具有挑战性的前沿科学问题,近30多年来,磁层亚暴的研究取得一些进展,但由于磁层亚暴和磁暴的驱动和触发过程是全球和多时空尺度的,因而需要多颗卫星的联合探测,才能系统地了解和解决磁层亚暴发生和演化的复杂过程。

  近年来,磁层亚暴研究的主线是侧重于在磁尾能量储存和释放过程产生的

等离子体片地向流对磁层亚暴触发的影响,忽视了太阳风直接驱动引起的电离风尾向流对磁层亚暴触发的作用。

  双星—Cluster“六点探测星座”,在磁层亚暴重要驱动和触发区的联合探测数据,对研究磁层亚暴和磁暴的驱动和触发过程提供了好的机遇。根据近地层天气和空间天气的对比研究、双星探测数据分析和数值模拟结果,提出了磁层空间暴的“锋面触发模型”。该模型的主要科学论点是:

  (1)太阳风直接驱动使高纬电离层加热、膨胀和加速引起的“电离层风”尾向流,对磁层亚暴的触发过程有重要的影响;

  (2)电离层风尾向流与等离子体片地向流相互作用形成的锋面区,在磁层亚暴的触发过程中起着关键的作用。锋面区形成过程的示意图如下图所示。

  (3)磁层亚暴的突然爆发是发生在锋面区,因在锋面区存在着强的不稳定性,使磁能转化为粒子的动能和热能,引起粒子的迅速沉降、极光突然增亮、场向电流突然增强,从而引起磁层亚暴的突然爆发。

  (4)根据锋面触发模型的主要论点,还可研究强磁暴主相的触发过程及磁暴和亚暴的关系。

  为了验证上述的主要论点,研究组进行了较系统的数据分析和数值模拟研究:

  l利用2004年7月1日至2004年10月1日TC-1卫星的探测数据,统计分析了出现在2-13RE(地球半径)范围内的713起电离层风尾向流随纬度的分布特性,结果表明,不论静时和暴时,不同纬度区的电离层风尾向流是经常出现的。TC-1卫星的探测数据对电离层风尾向流的存在提供了有利的探测证据。

  l利用TC-1卫星的探测数据,分析了52个亚暴事件,统计结果表明,在夜侧,亚暴膨胀相发生前出现电离层风尾向流的机率达到90%,说明了电离层风尾向流对触发亚暴的必要性。

  l利用TC-1卫星探测到的亚暴典型事件,分析了锋面区的形成和触发过程,探测结果支持提出的科学论点。

  用三维MHD模拟了电离层风尾向流对亚暴触发作用和亚暴膨胀相开始时场向电流的变化,主要模拟结果与探测结果相符。

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