电离层上行离子数值模拟及对磁层的影响-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

位置：立项数据库 > 立项详情页

电离层上行离子数值模拟及对磁层的影响

项目名称：电离层上行离子数值模拟及对磁层的影响
项目类别：面上项目
批准号：41174165
申请代码：D0412
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2012-01-01-2015-12-31

项目负责人：蒋勇
依托单位：南京信息工程大学
批准年度：2011

中文摘要：

通过卫星数据分析对不同影响参数条件（太阳辐射指数、地磁活动指数、电离层低高度软电子沉降、热离子谱密度、高纬太阳天顶角等）下，H+、O+、He+上行密度、速度和温度时空分布特点；考虑3Re高度以下上行离子O+、H+的传输加速特点，建立基于物理的多流体多场线自适应数值模式，分析上行离子电离层加速机制及动力学过程；研究上行离子通量对磁层结构及极盖区大小、极盖势的影响；建立磁层电离层耦合的动力学模型；通过数值模拟及卫星数据分析研究上行离子对磁暴、磁层亚暴的影响机制及地球空间对太阳活动的响应。

中文主题词：离子上行；上行源区和扰时变化；能量和质荷比；数值模拟；

英文摘要：

Ionospheric upflow ions；Source regions and disturbance variations；Ion's energy, mass to charge ratio；Numerical Simulation；

英文主题词： Ionospheric upflow ions；Source regions and disturbance variations；Ion's energy, mass to charge ratio；Numerical Simulation；

结论摘要：

电离层等离子体的主要来源是延磁鞘开放磁力线和磁尾重联注入的高能电子和质子以及太阳极紫外射线对电离层中性气体的电离。磁层等离子体的来源问题相对复杂，虽然研究表明太阳风等离子体的注入和电离层上行离子都是磁层等离子体来源，但是这两部分来源的比例和传输路径仍然有待处理。项目使用FAST卫星TEAMS仪器在第23周太阳活动下降相2000年3月到2005年10月数据，在给定离子上行事件确定准则的基础上，从地磁扰动水平、离子能量、离子质荷比角度，分别讨论1）离子上行源区的分布和扰时变化特征；2）离子上行强度的半球分布特征和“半球不对称性”；3）不同能量离子上行源区和强度的差异，以及扰时上行强度变化；4）不同质量离子上行源区和强度的差异，以及扰时上行强度变化；5）电离层离子上行强度的经验回归模型，以此为基础讨论1RE高度内离子上行的影响因素和加热机制。取得了一致的结论，如地磁扰动期间上行强度得到增强、“稳定的上行源区”、上行率的“晨-昏不对称性”和“昼-夜不对称性”、H+上行强度显著大于O+、上行强度随着高度升高而增强、上行强度存在太阳活动周期等。同时得到了一些新结论，如扰时上行率增幅的“半球不对称性”、日侧高纬“冷上行”和夜侧极光加速区“热上行”、不同能量离子扰时上行率增幅的不一致性、地磁扰动期间上行O+比例不断增加等。通过分析离子上行率的“昼-夜不对称性”，讨论了日侧高纬极尖区电流和场向电流提供离子上行必须的场向电势差大小，通过分析上行强度的太阳活动周期，讨论了不同高度上离子上行（外流）的不同影响因素和加热机制。利用LFM磁流体模式研究了电离层离子上行重要通道-极尖区的三维位形，通过引入极尖区等离子体密度Ds和极尖区顶部面积与底部面积比值Rs描述磁暴期间位形的变化特征，结果表明磁暴期间等离子体密度显著增强，极尖区磁纬度赤道向扩展，中心张角被压缩，顶部面积减小。基于模型的求解，对解的存在性、收敛性和算法方面也开展了一些理论工作，对电离层离子场向传输的数值模拟具有理论意义；此外，通过一次数值模拟结果分析了子午面磁层顶位形结构与太阳风和行星际磁场参数之间的关系，研究结果表明行星际磁场南向或动压增大时日下点距离减小且夜侧磁层顶张角变大，北向时日下点距离增大；本项目还对赤道电离层南北半球的不对称性、CME能量传输和耗散过程等问题开展了有关研究。

成果综合统计