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磁层渗透电场对于电离层赤道异常的影响——数值模拟研究

归档日期:10-01       文本归类:磁层电场      文章编辑:爱尚语录

  磁层渗透电场对于电离层赤道异常的影响——数值模拟研究尚社平史建魁郭兼善张满莲罗熙责王宵( 中国科学院空间科学与应用中心空间天气学重点实验室北京100080)赤道异常主要由低纬电场产生的垂直漂移所控制。磁静日的电场主要由E区和F区发电机过程产生。在行星际一磁层扰动期间,这些电场会受到磁层电场渗透和扰动发电机电场等过程的影响,进而引发赤道异常和低纬电离层的其它扰动。有关磁层电场渗透及其对赤道异常影响的研究已开展了二十余年,但还远未达到令人满意的程度,需要从观测数据分析和理论数值模拟方面,不断进行更为深入的研究。为了从理论上来研究磁...

  磁层渗透电场对于电离层赤道异常的影响数值模拟研究尚社平史建魁郭兼善张满莲罗熙责王宵( 中国科学院空间科学与应用中心空间天气学重点实验室北京100080)赤道异常主要由低纬电场产生的垂直漂移所控制。磁静日的电场主要由E区和F区发电机过程产生。在行星际一磁层扰动期间,这些电场会受到磁层电场渗透和扰动发电机电场等过程的影响,进而引发赤道异常和低纬电离层的其它扰动。有关磁层电场渗透及其对赤道异常影响的研究已开展了二十余年,但还远未达到令人满意的程度,需要从观测数据分析和理论数值模拟方面,不断进行更为深入的研究。为了从理论上来研究磁层渗透电场对于赤道异常的影响,我们对原有的低纬电离层模型从化学反应、输运过程、边界条件和数值算法等方面进行了改进和完善,使得模型的稳定性、准确性和扩展性都得到了不同程度的提高,并考虑了新的等离子体漂移经验模型( Scherl i essandFej er,1999) 。改进后的模型不仅能较好地反应出电离层F2区的变化,而且可以较好地反应出底部电离层E区和F1区的变化特征。磁层电场渗透对于赤道异常的影响取决于渗透电场的方向、强度和持续时间。就渗透电场的方向而言,在相同行星际一磁层扰动条件下,凌晨至午夜附近的渗透电场方向和其他时间的渗透电场方向相反,已得到许多观测和理论结果的证实。相对于渗透电场方向,对渗透电场强度和持续时间及其影响因素的问题,目前还了解的非常不够,这涉及到磁层物理以及磁层一电离层一热层耦合等一系列问题.当前的各种研究结果表明,磁层电场渗透持续时间从几十分钟到12小时的量级,渗透电场所产生的最大垂直漂移速度从几十米每秒到上百米每秒的量级。为了研究磁层渗透电场的强度、持续时间和发生时间对于赤道异常的影响,我们构造了一个简单的渗透电场扰动模式,并且只考虑行星际磁场] MF Bz南向时的情形,将扰动模式分为以下几种情形:( 1) 不同扰动强度Vu。。=25m/s,50m/s,75m/s,100m/s( 纬向电场0.75mV/m,1.5mV/m,2.25 mV/m,3.0mY/m) ;( 2) 不同持续时间△ t=0.5h,1h,1.5h,2h;( 3) 不同地方时i t=9h,14h,19h,3h。我们将这些不同的扰动模式分别应用到磁静日的低纬电离层中,以避开其它扰动过程对赤道异常的影响。模拟结果表明,赤道异常现象对于磁层电场渗透响应是相当敏感的,磁层渗透电场对于赤道异常的影响取决于渗透电场的方向、强度和持续时间。渗透电场的方向受IMF Bz方向和地方时等因素的制约,IMFBz南向时渗透电场的方向在凌晨至午夜前期间为正( 东向) ,会导致赤道异常现象出现不同程度的增强和扩展,而在午夜后至凌晨期间的情形则与之相反,但其影响相当有限。对渗透电场的强度、持续时间及其影响因素的了解还有待于作进一步深入研究,模拟结果表明,渗透电场强度越强、或持续时间越长,对赤道异常的谷区和峰区强度的影响就越明显,且极向扩展范围越大.持续时间越长。这些模拟结果与有关观测资料的分析结果是基本相符的。还需说明的是,我们上面所讨论的有关磁层电场渗透只涉及到了IMF Bz南向时的近似情形,实际的磁层电场渗透也可能发生于IMFBz北向期间,甚至还可能同时发生于IMFBz南向和北向期间,因而关于磁层电场渗透及其对赤道异常影响的理论研究还有待于进一步以观测资料为基础来进行更深入地研究。本课题得到了国家自然科学基金( 49704057,49904054) 资助。

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