开发地球电子辐射带的数据同化模型,对于理解辐射带电子的动态演化过程和辐射带空间天气预报具有重要意义.结合范阿伦卫星的辐射带电子观测数据和外辐射带三维扩散模型,采用卡尔曼滤波算法,本文开发了基于Fortran语言的外辐射带电子三...开发地球电子辐射带的数据同化模型,对于理解辐射带电子的动态演化过程和辐射带空间天气预报具有重要意义.结合范阿伦卫星的辐射带电子观测数据和外辐射带三维扩散模型,采用卡尔曼滤波算法,本文开发了基于Fortran语言的外辐射带电子三维数据同化模型(Three-dimensional Data Assimilative Model of Outer Radiation belt Electrons,简称TDAMORE),实现对L^(*)=3~7、能量范围为0.1~5 MeV、投掷角范围为5°~90°的外辐射带电子时空变化过程的三维重构.通过对2018年8月期间外辐射带电子通量演化过程的重构,证实TDAMORE模型可以较好地重现不同能量和不同投掷角电子通量在磁暴前后的演化特征.通过分析电子通量的观测和同化结果之间的相关系数、平均误差、平均绝对误差和均方误差,发现对于能量低于4 MeV的电子,观测与同化结果之间的相关系数基本大于0.8且误差相对较低.而对于更高能量的电子,观测与同化结果之间的误差相对较高,这可能是同化模型忽略了电磁离子回旋波对电子的散射损失导致的.展开更多
帕克太阳探针(Parker Solar Probe,PSP)在太阳附近发现大量磁力线回弯结构,通常还伴随有太阳风速度增加.这些磁力线回弯的产生机制到目前为止有多种解释,其中有代表性的一种是由慢太阳风中的喷流引起的.我们首先对PSP的就地观测数据进...帕克太阳探针(Parker Solar Probe,PSP)在太阳附近发现大量磁力线回弯结构,通常还伴随有太阳风速度增加.这些磁力线回弯的产生机制到目前为止有多种解释,其中有代表性的一种是由慢太阳风中的喷流引起的.我们首先对PSP的就地观测数据进行了统计分析并给出了发生率和空间尺度随径向距离的演化情况,然后使用简化的1.5维磁流体动力学(magnetohydrodynamics,MHD)模型对喷流在太阳风中的演化进行了模拟,其中太阳风被简化为位于黄道面的球对称流.模拟结果表明喷流的确可以导致太阳附近磁力线发生偏转,验证了喷流可以对磁场方向改变有贡献的图景.不过喷流形成的原因还需要进一步研究.展开更多
SAR弧的磁层源区对应环电流与等离子体层顶重叠区域,而等离子体层顶常常观测到密度不规则结构.之前还没有暴时等离子体层顶密度不规则结构对SAR弧调制的观测报道.本文报道了地基成像和磁层、电离层卫星对2013年10月9日磁暴恢复相期间发...SAR弧的磁层源区对应环电流与等离子体层顶重叠区域,而等离子体层顶常常观测到密度不规则结构.之前还没有暴时等离子体层顶密度不规则结构对SAR弧调制的观测报道.本文报道了地基成像和磁层、电离层卫星对2013年10月9日磁暴恢复相期间发生的SAR弧的联合观测事件.在SAR弧的磁层源区,Van Allen Probe B卫星观测到了密度不规则结构,其中存在EMIC波、环电流离子分布和非线性电场结构.联合观测表明:该区域中的环电流离子分布通过库伦碰撞产生的热流通量足以驱动SAR弧,热流通量受到密度不规则结构的调制,形成空间上的小尺度分布,环电流离子中几keV的质子和几十keV的氧离子对这个过程起主导作用;此外,位于等离子体层顶密度不规则结构的低密度区的非线性结构电场引起的低能电子沉降可能是造成这次SAR弧非常明亮的原因.展开更多
在发生于2020年4月20日的地磁暴恢复相阶段,GOLD(Global-scale Observations of the Limb and Disk)成像仪在第112天(day of year,DOY 112)中低纬地区观测到氧原子(O)和氮气分子(N_(2))的柱密度比(ΣO/N_(2))的舌状中性结构(TON).TON结...在发生于2020年4月20日的地磁暴恢复相阶段,GOLD(Global-scale Observations of the Limb and Disk)成像仪在第112天(day of year,DOY 112)中低纬地区观测到氧原子(O)和氮气分子(N_(2))的柱密度比(ΣO/N_(2))的舌状中性结构(TON).TON结构一般指发生于中高纬且形成于两个ΣO/N_(2)暴时衰减结构之间的ΣO/N_(2)增强结构.热层-电离层电动力学大气环流模式(Thermosphere-Ionosphere-Electrodynamics General Circulation Model,TIEGCM)定性地模拟再现了在本次磁暴恢复相期间观测到的ΣO/N_(2)增强结构,并且发现这个结构在前一天(DOY 111)当地下午形成,通过中性风的输运被逐渐耗散.模拟结果呈现了不同高度O/N_(2)的TON结构的垂直变化,其强度和纬度范围有明显的高度依赖性,并且随磁暴演化不断变化.诊断分析表明:下沉流(downwelling)驱动的垂直输运首先导致较低纬(约30°N—70°N)O/N_(2)的增强,然后通过极向风驱动的水平输运将其向更高纬地区输运.在中低热层(约120~300 km高度),主导O/N_(2)的TON结构演化的中低纬极向风主要是由气压梯度力导致的,同时科里奥利力对极向风也有一定的正贡献.而在约300 km高度以上的高热层,极向风主要由气压梯度力和与其作用相反的垂直黏性力两项控制.展开更多
文摘开发地球电子辐射带的数据同化模型,对于理解辐射带电子的动态演化过程和辐射带空间天气预报具有重要意义.结合范阿伦卫星的辐射带电子观测数据和外辐射带三维扩散模型,采用卡尔曼滤波算法,本文开发了基于Fortran语言的外辐射带电子三维数据同化模型(Three-dimensional Data Assimilative Model of Outer Radiation belt Electrons,简称TDAMORE),实现对L^(*)=3~7、能量范围为0.1~5 MeV、投掷角范围为5°~90°的外辐射带电子时空变化过程的三维重构.通过对2018年8月期间外辐射带电子通量演化过程的重构,证实TDAMORE模型可以较好地重现不同能量和不同投掷角电子通量在磁暴前后的演化特征.通过分析电子通量的观测和同化结果之间的相关系数、平均误差、平均绝对误差和均方误差,发现对于能量低于4 MeV的电子,观测与同化结果之间的相关系数基本大于0.8且误差相对较低.而对于更高能量的电子,观测与同化结果之间的误差相对较高,这可能是同化模型忽略了电磁离子回旋波对电子的散射损失导致的.
文摘帕克太阳探针(Parker Solar Probe,PSP)在太阳附近发现大量磁力线回弯结构,通常还伴随有太阳风速度增加.这些磁力线回弯的产生机制到目前为止有多种解释,其中有代表性的一种是由慢太阳风中的喷流引起的.我们首先对PSP的就地观测数据进行了统计分析并给出了发生率和空间尺度随径向距离的演化情况,然后使用简化的1.5维磁流体动力学(magnetohydrodynamics,MHD)模型对喷流在太阳风中的演化进行了模拟,其中太阳风被简化为位于黄道面的球对称流.模拟结果表明喷流的确可以导致太阳附近磁力线发生偏转,验证了喷流可以对磁场方向改变有贡献的图景.不过喷流形成的原因还需要进一步研究.
文摘SAR弧的磁层源区对应环电流与等离子体层顶重叠区域,而等离子体层顶常常观测到密度不规则结构.之前还没有暴时等离子体层顶密度不规则结构对SAR弧调制的观测报道.本文报道了地基成像和磁层、电离层卫星对2013年10月9日磁暴恢复相期间发生的SAR弧的联合观测事件.在SAR弧的磁层源区,Van Allen Probe B卫星观测到了密度不规则结构,其中存在EMIC波、环电流离子分布和非线性电场结构.联合观测表明:该区域中的环电流离子分布通过库伦碰撞产生的热流通量足以驱动SAR弧,热流通量受到密度不规则结构的调制,形成空间上的小尺度分布,环电流离子中几keV的质子和几十keV的氧离子对这个过程起主导作用;此外,位于等离子体层顶密度不规则结构的低密度区的非线性结构电场引起的低能电子沉降可能是造成这次SAR弧非常明亮的原因.
文摘在发生于2020年4月20日的地磁暴恢复相阶段,GOLD(Global-scale Observations of the Limb and Disk)成像仪在第112天(day of year,DOY 112)中低纬地区观测到氧原子(O)和氮气分子(N_(2))的柱密度比(ΣO/N_(2))的舌状中性结构(TON).TON结构一般指发生于中高纬且形成于两个ΣO/N_(2)暴时衰减结构之间的ΣO/N_(2)增强结构.热层-电离层电动力学大气环流模式(Thermosphere-Ionosphere-Electrodynamics General Circulation Model,TIEGCM)定性地模拟再现了在本次磁暴恢复相期间观测到的ΣO/N_(2)增强结构,并且发现这个结构在前一天(DOY 111)当地下午形成,通过中性风的输运被逐渐耗散.模拟结果呈现了不同高度O/N_(2)的TON结构的垂直变化,其强度和纬度范围有明显的高度依赖性,并且随磁暴演化不断变化.诊断分析表明:下沉流(downwelling)驱动的垂直输运首先导致较低纬(约30°N—70°N)O/N_(2)的增强,然后通过极向风驱动的水平输运将其向更高纬地区输运.在中低热层(约120~300 km高度),主导O/N_(2)的TON结构演化的中低纬极向风主要是由气压梯度力导致的,同时科里奥利力对极向风也有一定的正贡献.而在约300 km高度以上的高热层,极向风主要由气压梯度力和与其作用相反的垂直黏性力两项控制.
