极区场向电流统计分析

论文摘要

场向电流作（field-aligned current,FAC）为电离层与磁层能量与动量传递的重要途径,在两者的耦合过程中发挥着重要作用,极区的活动与场向电流联系密切,通过场向电流的变化和其对其他影响因素的响应,更能探明不同过程之间的内在联系,为进一步了解地球空间环境奠定更坚实的基础。本文通过CHAMP和Swarm卫星观测并计算得到的场向电流数据对FAC在不同行星际磁场（interplanetary magnetic field,IMF）分量和季节的影响下的时空分布进行统计分析,针对不同FAC区域电流可能产生的源区和对不同物理过程的响应来探究分布变化的原因,并首次将南北半球的FAC的时空分布图进行直观地对比,探究了南北半球分布差异可能的原因;同时,在统计方法和算法上等方面比较了CHAMP和Swarm卫星两者的统计结果,并针对两者之间的差异进行原因探究;最后通过OVATION模型给出的极光电子能量通量数据,探究了FAC和极光沉降电子之间可能存在的关系。论文的主要研究结果归纳如下:1.FAC的时空分布在IMF Bz的影响下主要改变其赤道侧和极侧拓展边界和FAC的均值大小,当Bz为负（指向南）时,边界向两侧拓展,且均值增大;而IMF By主要影响0区FAC在向阳侧的分布,By为正（指向昏侧）时,上行电流为主,By为负（指向晨侧）时,下行电流为主;2.南北半球FAC时空分布的不同主要体现在0区和1区FAC的流向上,并且受IMF分量和季节的影响,南北半球在FAC均值和空间分布上都产生不同的响应,可能主要受南北半0区FAC产生源区差异以及地球偶极子倾角的影响;3.Swarm与CHAMP卫星之间统计结果的差异是FAC计算方法和统计方法共同作用导致的,Swarm卫星观测的FAC数据具有更好的稳定性和时空分辨率,且能更准确的计算FAC数值,同时发现FAC对IMF的响应时间可在一小时之内;4.单色沉降电子能量通量的主要区域与1区昏侧上行FAC的范围吻合度较高,通过地方时15-22时内两者数据的拟合发现,在此区域内单色极光电子与FAC有较高的相关性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 场向电流理论及研究进展
•   1.1 行星际磁场与磁层
•     1.1.1 太阳风与行星际磁场
•     1.1.2 行星际磁场与地磁场相互作用
•     1.1.3 磁层电流系
•   1.2 场向电流物理机制
•     1.2.1 电离层结构与空间电场
•     1.2.2 带电粒子在地磁场中的运动
•     1.2.3 磁层与电离层耦合
•   1.3 国内外研究进展
•     1.3.1 场向电流影响因素
•     1.3.2 场向电流载体与成因
•   1.4 本章小结
• 第二章 CHAMP卫星观测到的场向电流
•   2.1 CHAMP卫星简介
•   2.2 CHAMP卫星场向电流数据算法
•   2.3 CHAMP场向电流统计结果分析
•     2.3.1 数据处理
•     2.3.2 平均场向电流
•     2.3.3 场向电流对IMF的响应
•   2.4 本章小结
• 第三章 Swarm卫星观测到的场向电流
•   3.1 Swarm卫星简介
•   3.2 Swarm卫星场向电流数据处理
•     3.2.1 Swarm卫星FAC数据算法
•     3.2.2 Swarm卫星FAC数据处理
•   3.3 场向电流统计结果分析
•     3.3.1 平均场向电流
•     3.3.2 场向电流对IMF的响应
•     3.3.3 场向电流随季节变化
•   3.4 本章小结
• 第四章 Swarm与CHAMP卫星FAC时空分布差异分析
•   4.1 算法差异
•     4.1.1 单颗卫星反演FAC的理论偏差
•     4.1.2 伴飞卫星反演FAC的模型优势
•   4.2 统计差异
•     4.2.1 统计方法差异
•     4.2.2 数据稳定性差异
•     4.2.3 时间变化统计差异
•   4.3 FAC随IMF的短时响应
•   4.4 本章小结
• 第五章 粒子沉降与FAC的关系
•   5.1 OVATION模型介绍
•   5.2 极光椭圆带与FAC的位置关系
•   5.3 单色沉降电子与FAC的数量关系
•     5.3.1 Bz分量下晨昏侧FAC与极光椭圆带电子沉降关系
•     5.3.2 By分量下晨昏侧FAC与极光椭圆带单色电子沉降关系
•     5.3.3 单色沉降电子能量通量与FAC大小关系
•   5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张琬

导师: 蔡红涛

关键词: 场向电流,时空分辨率,南北半球差异,单色极光电子

来源: 武汉大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地球物理学

单位: 武汉大学

分类号: P353

总页数: 74

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