【摘 要】
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太阳风-磁层-电离层耦合是影响地球环境的重要物理过程,受到人们的广泛关注。磁层顶是行星际和地球磁层的分界面,在该分界面上,太阳风和地球磁层发生剧烈的相互作用,通过一系列的复杂物理过程,将太阳风中的物质和能量输入到地球磁层中,因此磁层顶对于太阳风-磁层-电离层耦合来说是非常重要的区域。描述磁层顶厚度、运动速度等特征的参数可以反映磁层顶的结构和动力学过程,其研究有助于理解太阳风-磁层相互耦合的机制。然
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太阳风-磁层-电离层耦合是影响地球环境的重要物理过程,受到人们的广泛关注。磁层顶是行星际和地球磁层的分界面,在该分界面上,太阳风和地球磁层发生剧烈的相互作用,通过一系列的复杂物理过程,将太阳风中的物质和能量输入到地球磁层中,因此磁层顶对于太阳风-磁层-电离层耦合来说是非常重要的区域。描述磁层顶厚度、运动速度等特征的参数可以反映磁层顶的结构和动力学过程,其研究有助于理解太阳风-磁层相互耦合的机制。然而,之前的研究多集中于日侧,对磁层顶侧翼区域的相关研究尚不多见。本文基于Cluster(C3)卫星的观测数据,统计分析了 2001年至2009年的低纬(GSE坐标系下纬度小于45°)侧翼晨(磁地方时02<MLT<08)、昏(22>MLT>16)两侧磁层顶的特征,主要做了如下工作:(1)分别用法拉第残差最小化分析法(Minimization ofthe Faraday residue,后简写为 MFR 分析)和 DeHoffmann-Teller 分析法(后简写为 HT分析)计算了侧翼磁层顶的厚度、运动速度以及平均电流密度等特征参数;(2)应用瓦伦测试划分侧翼磁层顶的旋转不连续和切向不连续,并给出统计结果;(3)收集并统计近磁层顶上游β值(等离子体热压磁压之比),分析该参数与磁层顶特征参数之间的关系,同时分析上游β值对磁层顶两侧参数瓦伦关系的影响;(4)考虑到太阳风帕克螺旋结构可能导致磁层顶晨昏两侧上游激波方向会有所不同,本文借助OMNI数据库提供的弓激波鼻尖处的行星际磁场数据,统计了行星际磁场方向与晨昏两侧磁层顶法向间的夹角,并简要分析夹角大小对磁层顶特征参数的影响。结果表明:(1)晨昏两侧的磁层顶厚度、运动速度由日侧到尾侧整体上均呈现出上升趋势。同时,晨昏两侧磁层顶的特征参数存在明显的不对称,即晨侧磁层顶厚度更厚、运动也更加活跃,这种不对称在空间上,由近日侧到尾侧均显现出先升高后降低的趋势;(2)晨昏两侧磁层顶旋转不连续的情况,均占有一定的比例,均达到20%左右,晨侧略高于昏侧;(3)磁层顶上游β值由近日侧到磁尾整体上表现出下降趋势,但在昏侧部分区域出现异常升高,同时晨昏两侧磁层顶的上游β值存在明显的不对称,该不对称情况在近日侧区域并不明显,随后在某一区域突然升高。另外,通过分析β值对磁层顶厚度和运动速度的影响发现,更高的上游β值对应的磁层顶厚度更薄,运动速度更高,但是上游β值的晨昏不对称并不是造成磁层顶厚度和运动速度晨昏不对称的主要原因;(4)晨昏两侧磁层顶法向与行星际磁场方向间的夹角,在统计结果上无明显差别。同时,也无明显证据表明上游激波方向的不同会造成磁层顶特征参数的明显变化。综上所述,磁层顶特征参数存在晨昏不对称,这种晨昏不对称可能并不是由某个单一的上游参数造成的,而是磁层顶两侧多种因素共同作用的结果。此外,鉴于磁层顶侧翼旋转不连续的情况也占有相当的比例,侧翼区域的能量传输以及相关物理过程的研究也应得到重视。最后,鉴于β这一特征值的重要指示意义,对于观测得到的昏侧部分区域上游β值在某一区域的突然抬升,值得进行进一步分析和讨论。
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