日球层电流片的传播规律研究

论文摘要

日球层电流片是慢太阳风中的重要结构,对于空间天气预测有着非常重要的意义。日球层电流片偶尔会引起行星际磁场的极性方向突然发生改变,而行星际磁场极性改变会接连产生一系列的空间天气事件。因此,研究日球层电流片的传播规律有着重要的科学意义及应用价值。本文利用多个航天器联合观测的方法,结合事例分析,统计研究以及相关模型结果,对慢太阳风中日球层电流片的传播规律进行了深入细致的研究。1,日球层电流片的传播研究日球层电流片对于理解行星际空间物理和空间天气预测都是一种重要的结构。我们使用三个航天器联合观测数据来研究日球层电流片,这三个航天器分别是STEREO A,STEREO B和ACE,它们的日球层经纬度以及和太阳的距离都不相同。我们的目的是利用它们观测到的日球层电流片的时间差异来了解控制日球层电流片传播的关键因素。我们假定太阳风的源区除了跟随太阳自转之外不发生其他变化。在2007年,太阳处于宁静太阳时期(quiet sun),此时两颗STEREO航天器在经度方向分开小于44?,利用STEREO航天器的观测数据,我们首先尝试了一阶近似的方法(忽略纬度差异)。一阶近似方法在除了当日球层电流片与日球层赤道面的夹角很小的事件之外的大多数事件中都吻合很好。这些差异产生的原因可能是纬度因素。我们将日球层电流片倾角换成使用势场源表面(PFSS)模型得到的角度后,预测结果并没有提高很多。但是,当日球层电流片的倾角换成在1个天文单位(AU)处使用STEREO B航天器和ACE航天器得到的实地观测结果反推的值后,预测结果和观测结果吻合很好。2,弯曲的日球层电流片的研究日球层电流片和日球层赤道面相交所形成的形状通常被认为是阿基米德螺旋线,但是目前并没有被直接观测到。我们使用多个航天器观测结果来确定它的全局形状。在大多数示例中,不仅日球层电流片的位置,而且使用最小方差分析(MVA)方法计算得到的日球层电流片的方向,都与阿基米德螺旋线吻合的很好。但是有一个特殊的示例,其日球层电流片的方向和阿基米德螺旋线吻合得不好。因此我们决定使用一个弯曲的函数来叠加到帕克螺旋线上进行拟合。研究结果显示在一些示例中日球层电流片使用叠加小尺度弯曲的阿基米德螺旋线来描述更好。本文的创新点主要有:·利用多卫星联合观测研究了日球层电流片的大尺度结构,用直接的观测数据证实了在一个天文单位处日球层电流片的帕克螺旋结构;·研究了纬度差异、日球层电流片类型等因素对电流片传播时间的影响,明确了纬度在电流片传播中的重要作用;·利用多个航天器观测到的日球层电流片数据,初步探讨了电流片精细结构及其产生原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号对照表
• 第一章 引言
•   1.1 太阳风
•     1.1.1 太阳风的构成
•     1.1.2 太阳风的特征
•     1.1.3 慢太阳风的起源
•   1.2 日球层电流片
•     1.2.1 日球层电流片简介
•     1.2.2 研究现状及存在的问题
•   1.3 研究动机及文章结构
•     1.3.1 研究动机
•     1.3.2 文章结构
• 第二章 本文所使用的航天器和台站数据
•   2.1 STEREO航天器
•   2.2 ACE航天器
•   2.3 WSO太阳观测台站
•   2.4 小结
• 第三章 日球层电流片的传播研究
•   3.1 引言
•   3.2 观测
•   3.3 方法
•     3.3.1 一阶传播时间
•     3.3.2 纬度效果
•     3.3.3 日球层电流片类型的影响
•     3.3.4 HCS倾斜角校正
•   3.4 总结和结论
• 第四章 弯曲的日球层电流片的研究
•   4.1 引言
•   4.2 事件选择
•   4.3 帕克螺旋线和HCS的弯曲形状
•     4.3.1 时间位移法
•     4.3.2 帕克螺旋线拟合
•     4.3.3 HCS上的弯曲形状
•   4.4 总结和结论
• 第五章 总结与展望
•   5.1 全文总结
•   5.2 未来工作展望
•   5.3 本文的创新点和特色
• 参考文献
• 致谢
• 简历

文章来源

类型: 博士论文

作者: 彭俊

导师: 刘勇（Yong C.-M.Liu）

关键词: 慢太阳风,日球层电流片,多个航天器联合观测,帕克螺旋线

来源: 中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地球物理学

单位: 中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)

分类号: P353

DOI: 10.27562/d.cnki.gkyyz.2019.000010

总页数: 69

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