论文摘要
磁暴期间的磁场扰动变化是空间天气研究和预报的重要对象之一,分析其强度分布和物理机制,对反映空间环境这一复杂系统有着非常重要作用。本文选择了2000到2016年之间共352个磁暴事件。首先使用67个大磁暴主相期间的SuperMAG磁场扰动数据,分析了低纬水平磁场扰动（?H）的纬向分布,推测环电流可能的空间位形。随后使用330个磁暴期间的SuperMAG台站磁场扰动数据和C/NOFS卫星磁场数据,研究了磁暴期间低纬?H的磁地方时（MLT）分布,并且结合Burton模型和Wang模型,分析了?H的MLT分布与的太阳风和行星际条件的关系。结果表明:最强?H并不总是位于磁赤道面上,表明环电流可能会相对磁赤道面发生偏离。根据最强?H磁纬度位置所推测的环电流位形,我们发现磁暴主相期间,环电流日夜方向的倾斜受到太阳风方向的影响,主要原因可能是磁尾沿太阳风方向的拉伸。环电流晨昏方向的倾斜受到行星际磁场晨昏分量（IMF BY）的影响,主要原因可能是与IMF BY变化相关的磁层顶和磁尾的扭转。此外,最强?H的磁纬度位置随季节而变化,环电流的弯曲可能是对其比较合理的解释,磁尾电流片的弯曲和磁层顶电流产生正扰动的半球不对称,也可能是影响最强?H磁纬度位置的因素之一。低纬?H的MLT分布不对称性随磁暴相位而变化。根据低纬台站?H数据,我们发现,初相期间,全球范围出现日夜不对称的正扰动,主要与太阳风动压（P）的增大有关。主相期间,负扰动显著增强,出现晨昏不对称分布,主要与太阳风电场（E）的增强有关。而在E较弱的情况下,晨侧的负扰动集中区可能反映了东向爆发性整体流将磁尾离子带到晨侧的环电流区域。此外,在E大小相近的情况下,较大的P会造成更强的负扰动。恢复相期间,扰动仍出现晨昏不对称分布,但最强扰动减弱并向日侧移动,这可能反映了恢复相期间,开放的粒子轨道逐渐闭合,更多粒子到达日侧后没有进入磁鞘。P和E对?H的影响表现在不同方面。结合Burton模型和Wang模型的分析,我们发现,P的增大对?H的影响主要表现在:（1）通过增强磁层顶电流来增加?H。（2）通过影响环电流粒子注入来改变?H。在E相同或相近的情况下,较大的P会造成更强的扰动,可能是由于增大的P压缩磁层,使环电流更加靠近地球,故环电流粒子注入产生的扰动变得更强。（3）通过加快环电流衰减速率来增大?H。当E为负值时,P的增大会加快环电流的衰减,减弱低纬磁场水平分量的负扰动。E的增强对?H的影响主要表现在:（1）通过增强环电流粒子注入来减小?H。当E增强时,更多离子从夜侧注入环电流区域,环电流强度大大增强,从而减小了?H,又由于磁重联的作用,一些离子在日侧磁层顶进入磁鞘,而无法到达晨侧,因此环电流粒子注入造成的负扰动分布存在一定的晨昏不对称。（2）通过加快环电流衰减速率来增大?H。这种变化表现出明显的晨昏不对称。可能是由于磁暴期间粒子从日侧磁层顶逃逸也是环电流衰减的重要机制。根据Wang模型的计算效果,我们发现其用于不同MLT处的?H时主要存在两点不足:初相期间部分模型值偏小,和主相期间部分模型值偏大。我们在参数b的计算过程中,选择没有环电流粒子注入的时段,来保证?H的变化主要来源于P的变化。并且将P0的取值范围限制在2.5 nPa到3.5 nPa之间,避免夜侧的参数P0过大,而减弱了大部分时段的注入项。修改参数计算过程后,尽管初相期间模型值偏小的情况略有改善,但仍然存在。主相期间模型值偏大的情况有明显改善,但在18 MLT附近,仍有较多模型值偏大。以上结论展示了部分磁暴期间?H的纬向和MLT分布特征,以及这些分布与太阳风,行星际条件的关系。同时也表明了使用Dst指数模型计算不同MLT处?H的可行性,尽管模型的应用还需要进行一系列的完善。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 刘宝嘉
导师: 张效信
关键词: 磁暴,磁场扰动,环电流,太阳风动压,太阳风电场
来源: 中国气象科学研究院
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 地球物理学
单位: 中国气象科学研究院
分类号: P353
总页数: 111
文件大小: 7910K
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