地磁暴环电流演化的地面台站监测分析和数值模拟研究

发布时间：2017-12-23 15:39

  本文关键词：地磁暴环电流演化的地面台站监测分析和数值模拟研究　出处：《中国科学院国家空间科学中心》2016年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 多点数据分析方法 扰动场梯度 环电流 磁暴指数 磁暴 亚暴 绝热不变量 投掷角 分布函数

【摘要】：本文主要基于多点数据分析方法,利用地磁台站数据,研究了环电流的演化,以及计算了新定义的对称和不对称指数。另一方面基于粒子在电磁场中的运动规律,建立了磁暴期间环电流粒子分布的近似理论模式,从而研究了暴时环电流通量分布。1.基于多点数据分析方法,利用全球分布的六个地面地磁台站的观测数据,计算得到了扰动场的空间梯度。基于此扰动场的梯度,并假设在近地空间地磁扰动近似呈线性变化,我们定义了物理意义更明确的磁暴对称和不对称指数,研究了环电流的演化。实际计算结果显示,新定义的磁暴对称指数通常与经典传统定义一致。新定义的磁暴不对称指数与传统定义基本一致,具有相同的变化趋势。地磁扰动场梯度的反方向指向部分环电流极大值的位置。对于中等强度和强磁暴,磁暴主相和恢复相早期,部分环电流极大的位置维持于昏侧磁地方时18时处。在恢复相后期,环电流极大值位置会西向漂移。对于超强磁暴,部分环电流极大的位置呈不规则变化,会移动至向阳面。2.假设在近地空间地磁扰动近似呈线性变化,基于多点数据分析方法,选取了分布于地球东半球的18个中低纬地磁台站,重新计算了扰动场的空间梯度,得到了磁暴对称和不对称指数,同时研究了环电流的空间分布和时间演化。结果显示,由东半球18个台站得到的磁暴指数与由全球六个台站得到的指数以及Kyoto标准指数均一致。最后,利用局部三个台站(HER、KAK和SJG)的观测数据,计算了1952年至1956年五年的磁暴对称和不对称指数。对于1952年至1956年的磁暴指数,利用三个台站和全球六个台站计算的磁暴指数之间有很好的相关性。因此,在早期缺乏足够台站观测数据的情况下,我们的方法是合理和有效的。3.基于带电粒子在电磁场中的运动规律,以及第一和第二绝热不变量守恒,推导了环电流粒子能量、投掷角、磁壳指数和方位角随时间的变化方程;得到了在暴时环电流粒子的通量分布。结果显示,环电流质子通量随磁壳指数L的减小而增大。地磁扰动越强,环电流质子能量越高,通量越大,注入越深。稳态条件下,环电流质子主要集中在昏侧。非稳态条件下,环电流质子从最初的位于昏侧,逐渐西向漂移,从而形成部分环电流向环电流的转变。
【学位授予单位】：中国科学院国家空间科学中心
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P353

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本文编号：1324466