地球磁层对不同太阳风动压响应研究(2)

　　当行星际磁场为稳定南向时，那么极光卵几乎全部磁地方时的极向边界都会出现极向移动现象，极盖区区域会从整体上出现一定程度的缩小。当太阳风动压增强，行星际磁场的值基本上为零时，也就是行星际磁场处于北向或南向，那么我们就能够在夜侧观察到极光卵极开始朝向边界的极向方向而进行移动，然而与此同时在阳侧则不会出现任何变化。这是由于这种极盖区的反应实际上是在磁尾重联以及磁层对流增强作用下而出现的[6～7]。

　　当处于稳定行星际磁场的情况之下，如果太阳风动压突然增强，极盖区指数几乎同时也会发生相应的增强现象，这就证明了太阳风动压脉冲结构实际上是能够导致极盖电场和极区电离层DPZ电流跨极部分发生瞬时变化。一旦太阳风动压发生突然的增加，那么极盖区指数也会表现为两相变化，也就是首先发生急速下降造成一种负峰结构，接着再突然增加到远远超过太阳风动压脉冲到达前所具有的水平；如果太阳风动压出现突然减小，那么极盖区指数也会相应的表现出相反的变化，也就是首先出现急速上升形成一种峰结构，接着再发生突然下降。通常来说，峰值结构会持续3分钟左右。需要注意的是，急速变化的时刻和磁层压缩而造成的A E 指数上升的时刻以及地球同步轨道粒子通量突然上升的时刻二者之间是相同的。论文范文这揭示了太阳风动压的突然变化很可能会导致磁层对流的瞬时变化。

　　1.4 磁尾的响应

　　在磁尾尾瓣区，受到太阳风动压脉冲结构作用而造成的磁层压缩会使得尾瓣磁场一个较短的时间内迅速发生增强现象。主要有两种物理机制能够对于尾瓣SI现象来进行解释，一种是太阳风动压显著增强会导致在地球磁层顶出现激发磁流体波动，而在该波动的携带作用下磁通量也会跟随其向阳侧传输到磁尾，这种情况下磁通量的堆积会造成磁尾尾瓣磁场发生较为明显的增强。还有一种是磁尾压缩模型，也即是在太阳风动压脉冲结构在磁鞘中进行传播的过程中，部分增强的等离子体动压会沿着磁层顶侧翼方向以对称的方式对磁尾进行挤压，而尾瓣磁压和磁鞘内等离子体动压之间始终会保持一种平衡。这样就会造成磁尾磁场的变化，进而出现一些相应的等离子体运动[8]。具体的压缩模型如图1所示，如果假设磁尾尾瓣等离子体压强能够忽略不计，那么我们就可以用下列公式来表示磁尾与磁鞘太阳风压强间存在的平衡关系：

　　上式中的Tsw表示的是太阳风电子温度以及质子温度二者间的和， Pdy代表的含义是太阳风动压，Bsw，nsw代表的含义分别是太阳风磁场强度以及数密度，字母K代表的含义是太阳风动压拖曳衰减系数，主要是用来衡量太阳风粒子进入到磁层顶的一个动量传输系数，α代表的含义是太阳风流和尾瓣边界二者之间的夹角，如果磁尾距离地球介于10 到20 RE之间是，它的值通常为17到30度之间，主要是由太阳风动压的大小而决定的[9～10] 。

　　1.5 地球同步轨道磁场扰动

　　在磁平静时期，一般太阳风动压越高，那么相应的磁场水平分量也就会越强，同时地球同步轨道中午侧的磁场也会出现相应的增强。在高分辨率地球同步轨道卫星的帮助下，我们还能够发现当行星际磁场处于南向时，动压增强造成阳侧磁场受到压缩而出现较为显著的增强，然而在夜侧磁场则呈现出了明显的偶极化。

　　2 地球同步轨道磁层对太阳风动压响应事件的实例分析

　　2.1 卫星数据来源

　　本文研究中选择的是2006年6月到2007年6月间ACE卫星观测的太阳风等离子体数密度以及相关速度数据和GOES卫星中的磁场数据以及地磁指数SYM-H数据等。其中太阳风等离子体的相关数据来自ACE卫星的SWE，所采用的数据时间分辨率是64 s。其中，GOES卫星是在同步轨道上来进行运行的，采用了GOES8/10/11/12卫星的磁场数据以及卫星位置，选择的时间分辨率是60 s。实例分析中用到的SYM-H地磁指数为衡量环电流强度的新型地磁指数，代表的含义是地磁场水平分量所发生的对称扰动[11]。而在地磁研究中通常使用的Dst指数，它所代表的含义是使用最广泛的说明磁暴活动强度的指数，主要是从四个低纬度观测站经过测量所得到的地磁场水平分量减去平静期平均变化同时参照台站纬度进行调整后而获得的，采用的时间分辨率是1小时，它的大小主要是指环电流强度的量度情况。和常规的Dst指数对比，地磁指数SYM-H在获取数据的观测站上有所不同，其坐标系也存在一些差异，采用的数据分辨率是1 min，我们能够将其视为高分辨率的Dst指数。

　　2.2 地球同步轨道磁场对太阳风动压扰动事件分析

　　图2描述了一个非常典型的太阳风动压扰动事件。其中图2a～d表示的就是ACE卫星在L1点观测到的于2006年8月3日发生的太阳风动压扰动事件图。我们可以看到，在14∶30UT，此时太阳风动压Pd已经由原来的3 nPa在短时间内提升至6.5nPa左右，此时在扰动前太阳风X方向，也就是GSE坐标系的速度分量的值每秒达到了440 km。图2e到f主要是描述了GOES11卫星以及GOES12卫星二者在太阳风动压扰动前后观察到的地球同步轨道磁场Z分量所发生的变化，以及地磁指SYM-H的情况。其中能够明显观察到，在15∶40UT左右，无论是同步轨道磁场还是地磁指数，都存在一个急剧增强的现象，我们能够将其看做是磁层磁场以及地面磁场对在14∶30UT时ACE所观察到的太阳风动压增加事件的响应，同时还注意到这一响应时刻和ACE卫星观测到的动压扰动时刻相比，要晚70分钟左右到达。同时，从图2d中也能够明显观察到，在16∶10UT时，ACE再次观察到了一个动压减小事件，并且在之后17∶20UT无论是同步轨道磁场还是地磁指数均在短时间内发生了较为迅速的下降，我们发现响应时间同样延迟70 min左右。从上面的分析能够得出，同步轨道磁场Z分量和地磁指数SYM-H对行星际太阳风动压的扰动存在非常明显的正响应关系。同时，轨道磁场Z分量和地磁指数SYM-H响应幅度也非常得明显。

　　3 统计与分析

　　3.1 同步轨道磁场Z分量对于太阳风动压扰动的响应情况分析

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