论文部分内容阅读
在碰撞很少发生的内磁层中,含有多种等离子体波,如嘶声、合声、电磁离子回旋波、电子回旋谐波。其中,嘶声和合声可以散射高能电子,使其进入损失锥并沉降到低电离层。这些高能电子与低电离层中的中性成分发生碰撞,使这些中性成分发生电离,从而提高了低电离层的电子密度。嘶声或合声与高能电子的回旋共振相互作用是内磁层中波粒相互作用主要机制之一。为了更深入的理解这种波粒相互作用机制对内磁层中的高能电子损失以及对低电离层的影响,我们做了如下几个方面的研究:(1)亚暴期间,沉降的高能电子对电离层的效应研究。我们利用NOAA 16, LANL-01A, IMAGE卫星,地面的riometer和VLF波接收机的联合观测,分析了在2004年11月8日的一次亚暴事件中,由磁尾电流片电子散射(TCS)和波粒相互作用两种机制导致的高能电子沉降,以及高能电子沉降引起的电离层D层的扰动。伴随着LANL-01A卫星观测到亚暴粒子注入,处于高纬各向同性区的riometer观测到了明显的电离层对宇宙无线电噪声吸收的增加(ACNA),这种现象是由TCS机制导致的高能电子沉降引起的。通过NOAA 16卫星的观测,我们发现在中纬各向异性区也有明显的高能电子沉降,并且在各向异性区的高能电子沉降与各向同性区的高能电子沉降存在明显的纬度分离,在电离层D层-地面波导内传播的VLF波的幅度明显的受到了各向异性区内高能电子沉降的影响。通过IMAGE卫星装备的EUV设备的成像,我们发现各向异性区的高能电子沉降的磁赤道投影在等离子体层顶以内,所以我们初步认为,各向异性区的高能电子沉降是由等离子体层嘶声与高能电子回旋共振所致。研究成果揭示了亚暴期间,由两种机制导致的高能电子沉降对电离层的影响。(2)等离子体层嘶声与高能电子的相互作用及其对电离层吸收的影响研究。我们利用范阿伦探针,NOAA卫星,MetOp卫星和地面的riometer台站的联合观测分析嘶声导致的高能电子沉降对ACNA的作用。为了便于比较,我们选取了相近区域(L-4.7-5.3, MLT-8-9)的三个嘶声事件:一次平静的地磁条件下的嘶声事件和两次亚暴中的嘶声事件。我们发现,在2012年9月6日平静的地磁条件下的事件中,嘶声导致的沉降几乎不能引起ACNA;在2012年9月30日第一次亚暴的事件中,嘶声导致的沉降也很难引起明显的ACNA;但是在2012年9月30日第二次亚暴中,伴随着更高能级的电子注入到内磁层,内磁层中有频率很低的嘶声产生,低频嘶声导致的电子沉降引起了明显的ACNA,在这一次事件中,由riometer直接观测到的ACNA与我们通过理论计算得到的ACNA基本一致,这表明了在这次事件中,低频嘶声导致的高能电子沉降引起的ACNA可以准确的被riometer探测到。我们的研究发现,相对于能量比较低的电子沉降,能量比较高(>55 keV)的电子沉降更容易引起明显的ACNA,而频率更低的嘶声更容易引起能量比较高的电子沉降。因此,低频嘶声导致的高能电子沉降更容易引起明显的△CNA。(3)合声引起的高能沉降电子的时空分布研究。我们通过六颗POES卫星,对由下半带合声导致的高能电子沉降(在本文中简写为’chorus-driven EEP’)事件进行了统计分析。我们通过TEC的二维图辨认出中纬槽的最小值,并把这个最小值所在的位置当做等离子体层顶在电离层中的投影,用以区分等离子体层顶外的合声导致的高能电子沉降和等离子体层顶内的嘶声导致的高能电子沉降。通过POES卫星MEPED的el0°(>30keV)通道和e20°(>100keV)通道同时观测,我们一共找出了5544个chorus-driven EEP事件。我们发现chorus-drivenEEP事件主要分布在午夜-正午的范围内,这正好与下半带合声的分布类似。随着地磁活动的增强,chorus-driven EEP事件的发生率逐渐变大,并且发生率的峰值会向低L值的方向移动。在地磁活动强烈时,相对于向日侧的chorus-driven EEP事件,夜侧的chorus-driven EEP事件往往只存在于L值的比较低的空间内,出现这种情况的原因是,在相同的L值磁赤道平面内,夜侧的电子回旋频率往往要比向日侧的电子回旋频率要低,而合声主要出现在等离子体频率与电子回旋频率的比值小于5的地方。通过统计chorus-driven EEP和太阳风动压的关系,我们发现强太阳风动压可能会导致向日侧,高L值区域内chorus-driven EEP事件的激发。因此,事件的发生率与地磁活动和太阳风动压都有紧密的联系。Chorus-drivenEEP事件的统计结果对我们分析研究下半带合声的分布情况,以及合声对内磁层高能电子的损失作用具有重要的作用。本文的研究结果对于揭示波粒相互作用导致的内磁层中高能电子的损失,以及波粒相互作用导致的电离层D层特性的改变具有重要的意义。