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空间天气探源计划(探冕计划)
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作者 田晖 白先勇 +4 位作者 封莉 熊明 陈亚杰 侯振永 王亚敏 《空间科学学报》 北大核心 2025年第4期881-898,共18页
空间天气探源计划(探冕计划)将在同一颗卫星平台上实现对太阳和晚型恒星的同步观测,以揭示太阳系内外空间天气的源头——日冕和星冕的物理性质及爆发规律.卫星拟工作在约720 km高度的太阳同步轨道,同时对日冕和星冕开展长期、连续的观测... 空间天气探源计划(探冕计划)将在同一颗卫星平台上实现对太阳和晚型恒星的同步观测,以揭示太阳系内外空间天气的源头——日冕和星冕的物理性质及爆发规律.卫星拟工作在约720 km高度的太阳同步轨道,同时对日冕和星冕开展长期、连续的观测.通过搭载日面极紫外光谱仪、极紫外光谱日冕仪、恒星极紫外光谱仪、恒星极紫外测光望远镜等载荷,该计划将在三个方面取得重要突破:第一,通过首次开展全日面视场的日冕光谱观测,刻画日冕外流和爆发的源区特性,推动太阳系空间天气的精准预报;第二,通过填补当前太阳系外极紫外探测的空白,探明星冕爆发规律,从而开拓太阳系外空间天气的新疆域;第三,通过对太阳和其他恒星同步开展点源极紫外探测,并结合模型,建立空间天气影响行星宜居性的新认知. 展开更多
关键词 极紫外辐射 日冕 星冕 空间天气 行星宜居性
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合声波引起的外辐射带相对论电子投掷角分布快速演化
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作者 岳佳旭 赵晖 +1 位作者 杨昶 张赛 《空间科学学报》 北大核心 2025年第5期1188-1196,共9页
投掷角是带电粒子运动方向与背景磁场的夹角,研究电子投掷角分布对于理解地球辐射带动力学演化具有重要意义.本文利用范艾伦探针数据,对2016年9月7日15:19-15:49 UT期间发生的一次外辐射带相对论电子投掷角分布演化事例进行了详细分析.... 投掷角是带电粒子运动方向与背景磁场的夹角,研究电子投掷角分布对于理解地球辐射带动力学演化具有重要意义.本文利用范艾伦探针数据,对2016年9月7日15:19-15:49 UT期间发生的一次外辐射带相对论电子投掷角分布演化事例进行了详细分析.卫星在此期间运行于远地点附近,轨道速度较慢,空间位置变化很小,基本保持在L≈5.8,MLT≈2,Mlat≈1.7°附近,因此可以忽略位置变化对观测结果的影响.卫星数据显示相对论电子的投掷角分布在30 min内从蝴蝶型分布逐步转变为平顶型分布,且该区域存在强的哨声模合声波.数值模拟结果表明哨声模合声波对高能电子的扩散作用是导致该事件中电子投掷角分布转变的主要物理机制.本文研究进一步证明了合声波对于辐射带演化的重要意义. 展开更多
关键词 地球辐射带 相对论电子 哨声模合声波 波粒相互作用 投掷角分布
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Leveraging ROTI map derived from Indonesian GNSS receiver network for advancing study of Equatorial Plasma Bubble in Southeast/East Asia 被引量:1
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作者 Prayitno Abadi Ihsan N.Muafiry +8 位作者 Teguh N.Pratama Angga Y.Putra Suraina Gatot H.Pramono Sidik T.Wibowo Febrylian F.Chabibi Umar A.Ahmad Wildan P.Tresna Asnawi 《Earth and Planetary Physics》 EI CAS 2025年第1期101-116,共16页
This paper highlights the crucial role of Indonesia’s GNSS receiver network in advancing Equatorial Plasma Bubble(EPB)studies in Southeast and East Asia,as ionospheric irregularities within EPB can disrupt GNSS signa... This paper highlights the crucial role of Indonesia’s GNSS receiver network in advancing Equatorial Plasma Bubble(EPB)studies in Southeast and East Asia,as ionospheric irregularities within EPB can disrupt GNSS signals and degrade positioning accuracy.Managed by the Indonesian Geospatial Information Agency(BIG),the Indonesia Continuously Operating Reference Station(Ina-CORS)network comprises over 300 GNSS receivers spanning equatorial to southern low-latitude regions.Ina-CORS is uniquely situated to monitor EPB generation,zonal drift,and dissipation across Southeast Asia.We provide a practical tool for EPB research,by sharing two-dimensional rate of Total Electron Content(TEC)change index(ROTI)derived from this network.We generate ROTI maps with a 10-minute resolution,and samples from May 2024 are publicly available for further scientific research.Two preliminary findings from the ROTI maps of Ina-CORS are noteworthy.First,the Ina-CORS ROTI maps reveal that the irregularities within a broader EPB structure persist longer,increasing the potential for these irregularities to migrate farther eastward.Second,we demonstrate that combined ROTI maps from Ina-CORS and GNSS receivers in East Asia and Australia can be used to monitor the development of ionospheric irregularities in Southeast and East Asia.We have demonstrated the combined ROTI maps to capture the development of ionospheric irregularities in the Southeast/East Asian sector during the G5 Geomagnetic Storm on May 11,2024.We observed simultaneous ionospheric irregularities in Japan and Australia,respectively propagating northwestward and southwestward,before midnight,whereas Southeast Asia’s equatorial and low-latitude regions exhibited irregularities post-midnight.By sharing ROTI maps from Indonesia and integrating them with regional GNSS networks,researchers can conduct comprehensive EPB studies,enhancing the understanding of EPB behavior across Southeast and East Asia and contributing significantly to ionospheric research. 展开更多
关键词 Equatorial Plasma Bubble(EPB) GNSS receivers’network Indonesia Continuously Operating Reference Station(Ina-CORS) ionospheric map Rate of TEC change index(ROTI)map
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波模并合激发谐频脉泽辐射的泵波模拟
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作者 刘功林 宁昊 +4 位作者 倪素兰 李传洋 张子龙 李耀坤 陈耀 《空间科学学报》 北大核心 2025年第1期56-65,共10页
损失锥电子驱动的电子回旋脉泽辐射是解释太阳射电尖峰暴的主要机制,然而在强磁化条件下,其主要激发的基频辐射在日冕中存在逃逸困难的问题,谐频辐射的激发可有效解决该问题.最近有研究提出一种新型谐频辐射机制,即损失锥电子激发的基频... 损失锥电子驱动的电子回旋脉泽辐射是解释太阳射电尖峰暴的主要机制,然而在强磁化条件下,其主要激发的基频辐射在日冕中存在逃逸困难的问题,谐频辐射的激发可有效解决该问题.最近有研究提出一种新型谐频辐射机制,即损失锥电子激发的基频X模(X1)和Z模通过波模并合产生谐频辐射.然而其相应非线性波模并合过程仍需进一步研究和论证.研究针对Z+Z和Z+X1并合产生谐频的新型辐射机制开展了并合条件分析,发现该过程的并合条件很容易满足,并可在很宽的传播角范围内激发谐频X2辐射.基于此开展泵波粒子模拟可验证非线性波模并合过程的发生,模拟得到谐频辐射的有效激发,且并合过程能量转换率在2%~8%. 展开更多
关键词 相干辐射机制 PIC模拟 太阳射电辐射 非线性过程
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Statistical analysis on the validity of the cold plasma approximation for chorus waves based on Van Allen Probe observations and their effects on radiation belt electrons
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作者 AoJun Ren Jiang Yu +2 位作者 Jing Wang ZuZheng Chen XiaoMan Liu 《Earth and Planetary Physics》 EI CAS 2025年第1期159-170,共12页
Theoretical analysis has demonstrated that the dispersion relation of chorus waves plays an essential role in the resonant interaction and energy transformation between the waves and magnetospheric electrons.Previous ... Theoretical analysis has demonstrated that the dispersion relation of chorus waves plays an essential role in the resonant interaction and energy transformation between the waves and magnetospheric electrons.Previous quantitative analyses often simplified the chorus dispersion relation by using the cold plasma assumption.However,the applicability of the cold plasma assumption is doubtful,especially during geomagnetic disturbances.We here present a systematic statistical analysis on the validity of the cold plasma dispersion relation of chorus waves based on observations from the Van Allen Probes over the period from 2012 to 2018.The statistical results show that the observed magnetic field intensities deviate substantially from those calculated from the cold plasma dispersion relation and that they become more pronounced with an increase in geomagnetic activity or a decrease in background plasma density.The region with large deviations is mainly concentrated in the nightside and expands in both the radial and azimuthal directions as the geomagnetic activity increases or the background plasma density decreases.In addition,the bounce-averaged electron scattering rates are computed by using the observed and cold plasma dispersion relation of chorus waves.Compared with usage of the cold plasma dispersion relation,usage of the observed dispersion relation considerably lowers the minimum resonant energy of electrons and lowers the scattering rates of electrons above tens of kiloelectronvolts but enhances those below.Furthermore,these differences are more pronounced with the enhancement of geomagnetic activity or the decrease in background plasma density. 展开更多
关键词 chorus waves cold plasma approximation dispersion relations scattering rates
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An embedded electron current layer observed at the edge of the plasma sheet in the Earth’s magnetotail
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作者 ChenChen Zhan RongSheng Wang +2 位作者 QuanMing Lu San Lu XinMin Li 《Earth and Planetary Physics》 EI CAS 2025年第1期148-158,共11页
The formation of an embedded electron current sheet within the magnetotail plasma sheet has been poorly understood.In this article,we present an electron current layer detected at the edge of the magnetotail plasma sh... The formation of an embedded electron current sheet within the magnetotail plasma sheet has been poorly understood.In this article,we present an electron current layer detected at the edge of the magnetotail plasma sheet.The ions were demagnetized inside the electron current layer,but the electrons were still frozen in with the magnetic field line.Thus,this decoupling of ions and electrons gave rise to a strong Hall electric field,which could be the reason for the formation of the embedded thin current layer.The magnetized electrons,the absence of the nongyrotropic electron distribution,and negligible energy dissipation in the layer indicate that magnetic reconnection had not been triggered within the embedded thin current layer.The highly asymmetric plasma on the two sides of the current layer and low magnetic shear across it could suppress magnetic reconnection.The observations indicate that the embedded electric current layer,probably generated by the Hall electric field,even down to electron scale,is not a sufficient condition for magnetic reconnection. 展开更多
关键词 MAGNETOTAIL plasma sheet magnetic reconnection
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基于深度学习的太阳黑子群磁类型分类
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作者 尹耀 李依洋 +6 位作者 黄狮勇 徐思博 袁志刚 吴红红 姜奎 熊启洋 林仁桐 《空间科学学报》 北大核心 2025年第2期253-265,共13页
太阳活动作为太阳大气层中能量释放和物质运动的显著表现形式,是空间天气的主要扰动源,以太阳黑子为代表的剧烈太阳活动可能导致近地空间环境的剧烈变化,进而对人类的生产生活产生深远影响.准确、高效地预报空间天气有助于减少其对人类... 太阳活动作为太阳大气层中能量释放和物质运动的显著表现形式,是空间天气的主要扰动源,以太阳黑子为代表的剧烈太阳活动可能导致近地空间环境的剧烈变化,进而对人类的生产生活产生深远影响.准确、高效地预报空间天气有助于减少其对人类生产生活的影响.本文利用2010-2017年太阳动力学天文台(Solar Dynamics Observatory,SDO)搭载的HMI仪器观测的连续谱图和磁图数据,建立了基于压缩激励模块和深度残差网络的太阳黑子威尔逊山磁类型分类模型.为了有效避免因时间序列连续性导致的模型过拟合问题,采用时序分割法划分数据集,并结合太阳黑子图像的特点应用了数据增强策略,以提高模型的泛化能力.结果表明,提出的模型能够较准确地完成太阳黑子磁分类任务,尤其是在复杂类型黑子的识别方面,相较于传统方法其识别能力得到了显著的提升.此外,使用类激活映射方法对测试集样本进行了可视化研究,分析了模型提取到的特征图像和分类依据,从而提高模型的可解释性. 展开更多
关键词 太阳黑子 深度残差网络 压缩激励模块 数据增强 类激活映射
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木星内磁层交换不稳定性理论分析
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作者 王庭月 张桦森 +3 位作者 尧中华 张彬铮 冯恩豪 付敬原 《地球与行星物理论评(中英文)》 2026年第1期95-107,共13页
交换不稳定性广泛存在于工程和自然界中,被认为是木星磁盘内径向物质输运的主要机制之一.本文基于理想磁流体力学理论,考虑了木星内磁层基本物理参数(Feng et al.,2025),获得了未考虑局域近似(扰动波长远小于特征长度)条件下的木星内磁... 交换不稳定性广泛存在于工程和自然界中,被认为是木星磁盘内径向物质输运的主要机制之一.本文基于理想磁流体力学理论,考虑了木星内磁层基本物理参数(Feng et al.,2025),获得了未考虑局域近似(扰动波长远小于特征长度)条件下的木星内磁层交换不稳定性色散关系和不稳定判据;通过理论分析获得了木星内磁层交换不稳定性的主要增长模式与增长率.分析结果显示,在当前的参数条件下,在木卫一环内侧区域交换模式稳定;在木卫一环外侧存在交换模式不稳定区间,理论给出了不稳定性发生的空间位置.结果还表明,在木卫一环外侧的离心力与密度梯度共同驱动了交换不稳定性,而偶极磁场曲率与熵梯度对交换模式起致稳作用.当环向模数小于10时,交换不稳定性增长率随环向模数增大而增长;当环向模数大于10时,增长率趋于饱和.交换不稳定性增长率随径向模数增大而减小.理论分析获得的主导模式与数值模拟中增长率最大模式的环向模数(环向模数为m=13)接近.与文献Newcomb(1961)和Ferrière等(1999)的理论结果对比显示,本文推导获得的理论结果与Ferrière理论模型的不稳定区域基本一致,但是与Newcomb理论模型给出的木卫一外侧全区域不稳定的结果有差异.上述差异主要是因为Newcomb理论模型采用平板构型,未考虑弯曲磁场曲率制稳的影响.对比分析显示,理论结果获得的交换不稳定性主导模式(环向模数13)的增长率与Ferrière理论模型增长率接近,这说明局域近似理论能较好地描述木星内磁层交换不稳定性增长过程.与数值模拟结果相比,理论分析获得的主导模式增长率偏高约一个量级. 展开更多
关键词 木星 磁流体力学 交换不稳定性
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Evaluation of the satellite's wake effect on the electric field detector onboard the CSES-01 satellite
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作者 JianPing Huang ZongYu Li +4 位作者 Zhong Li XingHong Zhu JunGang Lei YuanQing Miao WenJing Li 《Earth and Planetary Physics》 2025年第2期400-409,共10页
This study aimed to evaluate the wake effect on the electric field detector(EFD) onboard the China Seismo-Electromagnetic Satellite(CSES-01). Through a series of experiments and analyses, we confirmed that the disturb... This study aimed to evaluate the wake effect on the electric field detector(EFD) onboard the China Seismo-Electromagnetic Satellite(CSES-01). Through a series of experiments and analyses, we confirmed that the disturbance phenomenon from probe B of the EFD is not caused by the boom layout. To validate and determine whether it is influenced by the wake effect, we conducted two experiments. In the first experiment, the entire satellite platform underwent a 90° counterclockwise yaw maneuver to allow probe B to avoid the plasma wake region. We then verified whether the disturbance was improved. In the second experiment, the satellite platform performed a 180° counterclockwise yaw maneuver, positioning probe B on the ram side of the satellite and completely avoiding all satellite wakes. The plasma wake effect of the satellite did not significantly influence the spherical probes of the EFD because the measurement accuracy stayed relatively stable under the two experiments, despite the observed abnormalities in the operating state of spherical probe B. This consistency in performance is important for electric field detection missions because the spatial electric field vector data obtained from these probes continue to effectively reflect information on spatial electromagnetic disturbances. These two experimental results showed that probe B consistently exhibited data jump phenomena under various maneuver states, whereas probes A, C, and D did not display such phenomena in any maneuver state. 展开更多
关键词 CSES-01 PAYLOAD electric field detector satellite attitude data quality
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太阳抵近探测计划——观测位置的新突破 被引量:1
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作者 林隽 陆希 +14 位作者 陈雨豪 黄帆 张珅毅 张艺腾 周斌 葛振华 刘鎏 田晖 何建森 程鑫 陈鹏飞 白先勇 季海生 刘佳佳 张晓世 《上海航天(中英文)》 CSCD 2024年第5期1-10,共10页
太阳抵近探测计划(SCOPE)旨在突破高温和强辐射防护、长距离运载、远距离轨道控制和先进载荷等一系列极限技术,将探测器投送至距太阳中心仅有5个太阳半径的位置上,深入太阳大气层进行探测,研究太阳附近极亮、极热的深空探测“无人区”,... 太阳抵近探测计划(SCOPE)旨在突破高温和强辐射防护、长距离运载、远距离轨道控制和先进载荷等一系列极限技术,将探测器投送至距太阳中心仅有5个太阳半径的位置上,深入太阳大气层进行探测,研究太阳附近极亮、极热的深空探测“无人区”,在全新的位置上对太阳进行超近距离原位探测和遥感观测,针对磁场和等离子体结构实现空间分辨率优于0.1"的观测。探测器将穿越太阳爆发磁重联电流片,显微观测太阳爆发磁结构,原位探测磁重联电流片、日冕物质抛射与激波以及各类带电粒子,以推动揭示太阳爆发理论机理。探测器将在最靠近太阳的区域显微监测和探测日冕中尺度小于0.1"的纳耀斑、光球中尺度小于0.06"的磁场和速度场结构及其演化特征,确认日冕加热机制;探测太阳风重离子电荷态,确认太阳起源及加速机制。探测器还将在最接近太阳的区域内与原位探测日冕磁场,显微观测太阳极区磁场和等离子体结构和演化特征;揭示太阳附近尘埃分布特征,进入无尘埃区,确定太阳系尘埃盘内边界。困扰太阳物理界近百年的两个科学难题,即太阳爆发机理难题和日冕加热与太阳风加速机理难题,随着该计划的顺利实施将被破解;在最接近日心的位置处实现日冕磁场,包括太阳极区磁场原位探测“0到1”的突破也将实现。本文将介绍SCOPE的背景、科学目标和预期产出、有效载荷以及卫星平台关键技术。 展开更多
关键词 太阳爆发 磁场 磁重联 中高能粒子 原位探测 热防护 深空通信
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地球磁层中合声波的频率与传播角分布特征 被引量:1
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作者 杨立贤 刘斯 +4 位作者 高中磊 周亚雄 高阳 王博闻 金宇玥 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期998-1005,共8页
合声波的频率和传播角是影响其与电子相互作用的关键参数.2013年1月1日至2015年12月31日期间范艾伦卫星数据的统计分析结果表明,在传播角θ≈35°处,较强的合声波(>7×10^(-4 )mV^(2)·m^(-2)·Hz^(-1))更倾向于出... 合声波的频率和传播角是影响其与电子相互作用的关键参数.2013年1月1日至2015年12月31日期间范艾伦卫星数据的统计分析结果表明,在传播角θ≈35°处,较强的合声波(>7×10^(-4 )mV^(2)·m^(-2)·Hz^(-1))更倾向于出现在更窄的频率范围(0.3~0.4 f_(ce)).随着磁壳数L的增大,θ≈35°处的合声波频谱变窄趋势逐渐明显.从夜侧到晨侧(21:00 MLT-09:00 MLT),较强的合声波能够在0.1~0.8 f_(ce)的频率范围内被观测到,但夜侧θ≈35°处的合声波频谱宽度比晨侧更窄.从上午到昏侧(09:00 MLT-21:00 MLT),合声波电场功率谱密度明显降低,且主要以斜传播(θ>60°)的下带合声波为主.随着磁纬度λ_(MLAT)的增大,上带合声波迅速减弱.同时,θ≈35°处的下带合声波电场功率谱密度也逐渐下降.本文揭示了不同区域内合声波强度的频率和传播角分布特征,为构建更加精确的合声波–电子相互作用全球模型提供了重要信息. 展开更多
关键词 辐射带 范艾伦探测器 统计分析 合声波 传播角
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空间等离子体云精细化仿真及传播特性研究
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作者 谢守志 赵海生 +3 位作者 许正文 任光亮 王成 葛淑灿 《电波科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期56-64,共9页
在电离层中释放钐(Sm)等活泼金属气体,通过光致电离或化学电离,能够人工生成空间等离子体云,以其作为散射体,可开展超短波超视距通信和探测研究。本文开展了电离层Sm释放的精细化效应仿真研究,考虑了热层风场、地磁场、Sm释放速度和流... 在电离层中释放钐(Sm)等活泼金属气体,通过光致电离或化学电离,能够人工生成空间等离子体云,以其作为散射体,可开展超短波超视距通信和探测研究。本文开展了电离层Sm释放的精细化效应仿真研究,考虑了热层风场、地磁场、Sm释放速度和流量、运载器飞行速度等参量对Sm在电离层中扩散过程的影响。同时,采用射线追踪方法,研究了空间等离子体云的电波传播特性。结果表明释放参数和环境参数对等离子体云的形态和演化过程具有重要影响,等离子云在不同剖面形态各异,沿地磁场方向及风场方向出现明显拉伸,进一步对等离子体云的传播效应产生影响,导致电波在等离子体云不同剖面传播特性出现差异。 展开更多
关键词 电离层 化学物质释放 空间等离子体云 电波传播
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基于范艾伦卫星观测下太阳风动压对嘶声波分布的影响
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作者 袁安 李海梦 +6 位作者 唐荣欣 欧阳志海 熊鹰 周猛 冯泊溥 邹文倩 邓晓华 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期988-997,共10页
哨声波作为常见的等离子体波动,对于磁层内能量电子的加速和损失起着重要作用.已有统计研究表明,地磁活动对哨声波的分布具有显著影响,但是关于太阳风活动对其的影响多以事件报道为主.本文使用范艾伦卫星5年的数据进行统计,在排除亚暴... 哨声波作为常见的等离子体波动,对于磁层内能量电子的加速和损失起着重要作用.已有统计研究表明,地磁活动对哨声波的分布具有显著影响,但是关于太阳风活动对其的影响多以事件报道为主.本文使用范艾伦卫星5年的数据进行统计,在排除亚暴注入的影响之后,对等离子体层内嘶声在不同太阳风动压下的分布进行研究.结果表明随着太阳风动压的增强,30~200 Hz和200~500 Hz的嘶声振幅出现了减弱,与太阳风动压的变化呈负相关.与频率较低的嘶声相反,500~1000 Hz以及1000~2500 Hz的嘶声振幅与太阳风动压的变化则是呈现正相关的趋势.此外,嘶声在磁纬上的分布没有明显的峰值,这表明观测到的嘶声大部分都不是本地激发的.而不同频段的嘶声对于太阳风动压的不同响应则可能是由于源区在太阳风动压增强时受到不同程度的影响所导致的.研究嘶声对于太阳风变化的响应情况,对于理解嘶声的起源与演化具有重要作用. 展开更多
关键词 空间等离子体 等离子体层内嘶声 太阳风动压 磁纬度
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哨声模合声波对辐射带电子扩散系数的多维建模及损失时间尺度建模研究
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作者 张琼月 马新 +2 位作者 郭德宇 付松 倪彬彬 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1679-1698,共20页
哨声模合声波是地球内磁层中一种典型的等离子体电磁波动,对辐射带电子动态演化起着至关重要的作用.合声波可以与外辐射带电子发生相互作用,将电子散射至损失锥进而沉降至大气;此外合声波也能将几十keV的电子加速到几MeV,是辐射带相对... 哨声模合声波是地球内磁层中一种典型的等离子体电磁波动,对辐射带电子动态演化起着至关重要的作用.合声波可以与外辐射带电子发生相互作用,将电子散射至损失锥进而沉降至大气;此外合声波也能将几十keV的电子加速到几MeV,是辐射带相对论电子的重要来源.因此,快速准确地计算合声波对辐射带电子的扩散系数,对于优化地球辐射带动理学建模并深入理解电子通量的演化机制具有重要作用.本研究利用Full Diffusion Code(FDC)定量计算了典型合声波波模对辐射带电子的弹跳平均投掷角、能量和交叉扩散系数,并建立了地球内磁层空间中L为2~7、背景环境参数α^(*)为1~13,投掷角α_(eq)为0°~90°、能量Ek为10 eV~10 MeV的电子散射系数矩阵数据库.在此基础上通过线性插值方法可以快速得到不同L和α^(*)参数条件下的合声波对辐射带电子的扩散系数,并计算相对误差验证应用线性插值方法的合理性和准确性.基于扩散系数矩阵数据库,本研究还计算了合声波散射辐射带电子的损失时间尺度,建立了以L、α^(*)和Ek为输入参数的电子损失时间尺度经验模型,从而可以快速获取合声波散射电子的损失时间尺度.结果表明,扩散系数矩阵数据库构建和线性插值方法的使用大幅度减少了获取不同L和α^(*)对应的扩散系数所需时间,同时建立的三维损失时间尺度经验模型可快速得到不同L、α^(*)和Ek所对应合声波散射辐射带电子的损失时间尺度,这些结果提高了地球辐射带动理学建模效率,对于空间天气预报具有重要意义. 展开更多
关键词 波粒相互作用 合声波 辐射带电子 扩散系数 损失时间尺度
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太阳辐射通量对星载朗缪尔探针等离子体密度测量精度的影响
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作者 朱子渊 熊超 +5 位作者 郑宇豪 颜蕊 高顺祖 黄宇阳 尹凡 万欣 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2886-2896,共11页
本文利用Swarm C卫星和CHAMP卫星搭载的朗缪尔探针测量的电离层就位等离子体密度数据和位于Arecibo及Jicamarca两座非相干散射雷达测量的电子密度数据进行了详细、全面的对比.除此之外,本文还使用了利用GRACE卫星星间测距系统(K-Band Ra... 本文利用Swarm C卫星和CHAMP卫星搭载的朗缪尔探针测量的电离层就位等离子体密度数据和位于Arecibo及Jicamarca两座非相干散射雷达测量的电子密度数据进行了详细、全面的对比.除此之外,本文还使用了利用GRACE卫星星间测距系统(K-Band Ranging system,KBR)计算得到的星间平均电子密度作为进一步对比.总体上来看,Swarm C、CHAMP和GRACE三颗卫星都与两台地基非相干散射雷达观测数据展现出了良好的线性关系,相关系数分别达到了0.96,0.97,0.96.不同的是,Swarm C卫星与雷达观测间的误差表现出了对太阳辐射通量的依赖,而该依赖关系在CHAMP和GRACE卫星等离子体密度数据中却不明显.结合三颗卫星飞行期间其所处高度及太阳辐射通量的变化,我们认为星载朗缪尔探针的测量结果与探头周围的离子成分有密切关系.比如,在Swarm卫星的数据反演算法中没有考虑离子成分变化对等离子体密度反演精度的影响.在太阳活动低年,较轻的离子(比如H~+)从等离子体层向下扩散到Swarm卫星轨道高度时,其朗缪尔探针就会高估探头周围的等离子体密度.这一影响主要出现在太阳活动低年,且在夜侧要显著大于日侧.与Swarm卫星不同的是,CHAMP卫星的轨道高度随着时间下降(从450 km降至320 km)与太阳辐射通量水平下降的趋势一致,导致CHAMP卫星高度的离子成分变化不明显,其等离子体密度测量误差没有展现出对太阳活动的依赖性.此外,虽然GRACE卫星在2008—2009极低太阳活动年期间,其轨道高度维持在约480 km,但其测量方法并不依赖于卫星周围离子成分的变化,因此其测量结果与雷达观测间的误差也未表现出明显的太阳活动依赖.该对比结果显示了基于GRACE星间测距系统得到的顶部电离层等离子体密度可以为其他基于朗缪尔探针测量的低轨道卫星提供很好的绝对值参考,有助于其他卫星等离子体密度测量的在轨标较. 展开更多
关键词 朗缪尔探针 等离子体密度测量 电离层电子密度
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电子重联中电磁场结构的粒子模拟
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作者 胡市航 陆全明 +1 位作者 关云丹 卢三 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期970-978,共9页
采用2.5D全粒子模拟程序研究了强引导场情况下的电子重联,分析了重联率最大时刻霍尔磁场、霍尔电场及电子流速的空间分布特征.重联率最大时刻,观察到分离线两侧的电子入流及出流,并且有四极霍尔磁场生成.与早期标准重联的研究结果不同,... 采用2.5D全粒子模拟程序研究了强引导场情况下的电子重联,分析了重联率最大时刻霍尔磁场、霍尔电场及电子流速的空间分布特征.重联率最大时刻,观察到分离线两侧的电子入流及出流,并且有四极霍尔磁场生成.与早期标准重联的研究结果不同,霍尔磁场并未在引导场的作用下发生明显扭曲.同时分离线区域发生电荷分离,并生成近似对称分布的霍尔电场.此外,研究了电子流速空间分布的时间演化.在重联前期,电子主要沿磁力线流动,即ve≈v_(ey)B/B_(y);在重联后期,电子运动由电场漂移所主导,即ve≈E×(B_(y)e_(y))/B_(y)^(2).模拟结果表明,电子重联中可以发生极强的电荷分离,生成近似对称分布的霍尔电场.在引导场下,这种霍尔电场将导致电子的电场漂移,并主导电子流速的面内空间分布,进而生成近似对称分布的霍尔电流和四极霍尔磁场. 展开更多
关键词 电子重联 霍尔磁场 霍尔电场 电子流速
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等离子体哨声波性质的实验研究
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作者 唐磊 张乔枫 +2 位作者 陆全明 高新亮 柯阳光 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1006-1011,共6页
哨声波是地球内磁层中常见的一种等离子体波动,其不仅可以加速电子到相对论能量,还可散射电子沉降到大气层形成弥散极光.哨声波是一支右旋偏振波,在空间等离子体中其等相位面通常被认为是一个平面.近年来,地面等离子体实验正在成为研究... 哨声波是地球内磁层中常见的一种等离子体波动,其不仅可以加速电子到相对论能量,还可散射电子沉降到大气层形成弥散极光.哨声波是一支右旋偏振波,在空间等离子体中其等相位面通常被认为是一个平面.近年来,地面等离子体实验正在成为研究哨声波激发和传播的一种重要手段.本文在中国科学技术大学线性磁化等离子体装置(KLMP)上开展了磁环天线激发波动的实验,并利用3D磁探针测量了波动磁场的演化信息.测量结果发现,磁环天线激发了一种等相位面为螺旋状的右旋偏振波动,根据天线设置的不同,螺旋波模数分别为m=0和m=1.通过计算波动的波长和频率,确定这种螺旋波满足哨声波的色散关系,为进一步在等离子体实验装置中研究哨声波打下了基础. 展开更多
关键词 地面等离子体实验 哨声波 螺旋波 磁场测量
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地球磁尾磁通量绳中哨声波的统计研究
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作者 宋广进 黄狮勇 +10 位作者 姜奎 袁志刚 魏云云 张健 吴红红 王朝 徐思博 熊启洋 林仁桐 余琳 王长梦 《地球与行星物理论评(中英文)》 2024年第5期583-594,共12页
哨声波被认为与地球磁尾磁通量绳的动力学有着密切的联系.之前的关于磁通量绳中哨声波的研究都是基于少数几个事件开展分析,并没有给出不同运动方向磁通量绳中的不同频带哨声波的空间分布特征,以及磁场功率谱密度和激发机制等.本文基于... 哨声波被认为与地球磁尾磁通量绳的动力学有着密切的联系.之前的关于磁通量绳中哨声波的研究都是基于少数几个事件开展分析,并没有给出不同运动方向磁通量绳中的不同频带哨声波的空间分布特征,以及磁场功率谱密度和激发机制等.本文基于磁层多尺度卫星在2017年5月至8月穿越磁尾期间的观测数据,对地球磁尾磁通量绳中的哨声波进行了统计研究.根据磁场变化特征,磁通量绳被分成三个部分:前边界区、核心区和后边界区.根据与当地电子回旋频率(f_(ce))的相对大小,哨声波被分为下带(0.1f_(ce)~0.5f_(ce))和上带(0.5f_(ce)~f_(ce))哨声波.本文分别研究了地球磁尾地向运动和尾向运动磁通量绳中的下带和上带哨声波的空间分布特征,以及磁场功率谱密度和激发机制等.本文研究发现:(1)地球磁尾磁通量绳中观测到的哨声波主要是下带哨声波;(2)下带和上带哨声波都更易在地向运动和尾向运动磁通量绳的后边界区被观测到,并且在该区域它们的磁场功率谱强度也高于其他区域;(3)地向运动磁通量绳核心区的中心区域的下带和上带哨声波和尾向运动磁通量绳核心区的中心区域的下带哨声波可能是由垂直电子温度各向异性激发的;(4)在排除掉具有垂直电子温度各向异性的哨声波后,地向运动和尾向运动磁通量绳后边界区的上带哨声波可能是由电子束激发.本文的研究结果有助于理解哨声波对地球磁尾磁通量绳演化的影响和哨声波在磁尾动力学中所起的作用. 展开更多
关键词 地球磁尾 磁通量绳 哨声波
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磁鞘流驱动的弓形波及软X射线成像研究:Hybrid与PIC模拟
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作者 欧阳婉欣 杨忠炜 +3 位作者 郭孝城 李晖 陆全明 王赤 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期979-987,共9页
最新研究表明,湍动的地球磁鞘中存在大量高速流(High Speed Jets,HSJs).MMS卫星对其统计后发现,高速流多数存在于准平行弓激波的下游,其中部分能挤压鞘区等离子体驱动出弓形波.本文采用二维混合模拟(Hybrid)方法,研究了不同激波法向与... 最新研究表明,湍动的地球磁鞘中存在大量高速流(High Speed Jets,HSJs).MMS卫星对其统计后发现,高速流多数存在于准平行弓激波的下游,其中部分能挤压鞘区等离子体驱动出弓形波.本文采用二维混合模拟(Hybrid)方法,研究了不同激波法向与背景磁力线B_0的夹角θ_(Bn)、背景磁场B_(0)落在模拟平面内外等不同参数设定下的高速流和弓形波(Bow Waves)特性.通过对比相似参数条件下的全粒子模拟(Particle-in-Cell,PIC)与混合模拟结果,发现全粒子模拟除能重现混合模拟结果以外,还能在高速流和弓形波区域呈现出更丰富的多尺度磁岛,其尺度可从小于1个离子惯性长(d_(i0))到大于10d_(i0)不等.聚焦2025年9月即将发射的中欧SMILE卫星任务,基于模拟和地冕氢模型对磁鞘软X射线激发强度开展评估,发现高速流区软X射线强度可比背景高1个量级. 展开更多
关键词 激波 高速流 弓形波 混合模拟 全粒子模拟 SMILE卫星
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一种背腔式去耦宽角扫描阵列的设计与研究
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作者 张凌凯 冯耀 李建瀛 《电波科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期967-974,共8页
为了满足无线通信应用中大角度波束覆盖的需求,设计了一种全金属背腔式去耦宽角扫描相控阵。该天线工作于X波段,辐射主体为带有缝隙巴伦的对称振子,巴伦与馈电SMP转接头一体化设计,并在巴伦与SMP连接处加载背腔。背腔的加载一方面可为... 为了满足无线通信应用中大角度波束覆盖的需求,设计了一种全金属背腔式去耦宽角扫描相控阵。该天线工作于X波段,辐射主体为带有缝隙巴伦的对称振子,巴伦与馈电SMP转接头一体化设计,并在巴伦与SMP连接处加载背腔。背腔的加载一方面可为天线提供垂直方向的电流,展宽阵中方向图的波束宽度;另一方面,相邻天线单元上会产生反相耦合电流,从而降低互耦。天线具有从8.6~11.2 GHz(26.3%)的阻抗带宽,在工作频带内相邻单元间的互耦低于−25 dB;在8.6~9.3 GHz可实现±70°范围内波束扫描,在扫描到最大角度时主瓣增益仅下降2.4 dB,副瓣低于−9.4 dB;在9.3~11.2 GHz具有±45°波束扫描,主瓣增益波动小于2.5 dB,副瓣低于−10 dB的辐射性能。天线具有波束扫描宽、结构稳定、鲁棒性好等特点,在无线通信系统中具有应用价值。 展开更多
关键词 去耦天线阵列 宽角扫描 阻抗匹配 缝隙巴伦 全金属 宽带去耦 背腔
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