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地球物理学报 2021年第9期64卷 3005-3020页

作者：李宏硕吕建永王明袁换只周悦南京信息工程大学数学与统计学院空间天气研究所南京210044

基于Cluster(C3)卫星的观测数据,本文统计分析了2001年至2009年的低纬(GSE坐标系下纬度小于45°)侧翼晨(磁地方时MLT16)两侧磁层顶的特征.分别用法拉第残差最小化分析法(MFR分析)和DeHoffmann-Teller分析法(HT分析)计算了磁层顶厚... 详细信息

基于Cluster(C3)卫星的观测数据,本文统计分析了2001年至2009年的低纬(GSE坐标系下纬度小于45°)侧翼晨(磁地方时MLT<08)、昏(MLT>16)两侧磁层顶的特征.分别用法拉第残差最小化分析法(MFR分析)和DeHoffmann-Teller分析法(HT分析)计算了磁层顶厚度、运动速度以及平均电流密度等参数.收集了近磁层顶磁鞘侧的β值(等离子体热压磁压之比),并应用瓦伦测试划分了磁层顶的旋转不连续和切向不连续.结果表示,磁层顶的晨昏两侧存在明显的不对称,即晨侧磁层顶厚度更厚、运动也更加活跃.上游β值由近日侧到磁尾整体上表现出下降趋势,但在昏侧部分区域出现异常升高,通过分析β值对磁层顶厚度和运动速度的影响发现,更高的上游β值对应的磁层顶厚度更薄,运动速度更高,但是上游β的晨昏不对称并不是造成磁层顶厚度和运动速度晨昏不对称的主要原因,本文认为,磁层顶参数的晨昏不对称可能并不是由单一的上游参数造成的.最后,高β对研究区域内的磁层顶瓦伦关系有破坏作用.

关键词：磁层顶参数等离子体β 磁层顶晨昏不对称

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不同地磁活动水平下电离层H＋上行的半球对比研究

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地球物理学报 2014年第11期57卷 3715-3728页

作者：赵凯蒋勇门可佩黄林峰傅帅南京信息工程大学数学与统计学院一空间天气研究所南京210044 南京信息工程大学数学与统计学院南京210044 中国气象局国家卫星气象中心北京100081

使用FAST/TEAMS仪器在第23太阳活动周下降相的数据,从地磁活动水平的角度,分别分析在磁静日(Kp≤2+)和磁扰日(Kp≥3+)时南(SH)、北半球(NH)高纬(>50°)电离层H+的上行强度,计算其上行率和净上行积分能通量,以期得到H+上行的长期... 详细信息

使用FAST/TEAMS仪器在第23太阳活动周下降相的数据,从地磁活动水平的角度,分别分析在磁静日(Kp≤2+)和磁扰日(Kp≥3+)时南(SH)、北半球(NH)高纬(>50°)电离层H+的上行强度,计算其上行率和净上行积分能通量,以期得到H+上行的长期水平并分析地磁扰动期间南、北半球离子上行强度的异同.研究结果表明,磁扰期间上行强度显著加强,平静期南、北半球的平均上行率分别是~15%和~20%,而磁扰期的平均上行率分别增强了1.45倍和1.04倍,磁扰期间南半球上行强度的增长更显著;平静期南半球的上行强度小于北半球,但磁扰期两个半球的上行强度相当;磁午夜和黎明区间受地磁扰动的影响最显著,其磁扰期与平静期上行率的比值(S/Q)最大,同时南半球在各个地方时区间的S/Q值均大于北半球;另外,我们发现磁扰期间的上行率在极光椭圆带下边界附近增幅最明显,而积分通量在上边界附近增加显著.上行源区以平静期的源区为中心从日侧极尖区扩展到磁午夜、且向低磁纬延伸,同时,极尖区上行源区在磁扰期有向晨侧偏移的趋势.

关键词：磁层-电离层耦合上行H+ 地磁扰动半球对比研究

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磁暴期离子上行与太阳风及地磁活动水平的统计关系

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地球物理学报 2021年第11期64卷 3846-3859页

作者：熊雅婷王婧怡冯玲赵凯王如坤冯丹丹王子珲汤慕贤南京信息工程大学空间天气研究所南京210044 南京信息工程大学雷丁学院南京210044 南京信息工程大学数学与统计学院南京210044

利用FAST卫星ESA仪器第23太阳活动周上升相(1997—1998年)的观测数据,选取20个磁暴期间能量为4~300 eV的离子上行事件,研究不同磁暴相位电离层上行离子的能通量与太阳风、地磁活动以及电子沉降的统计关系.结果表明:(1)在磁暴初相、主相... 详细信息

利用FAST卫星ESA仪器第23太阳活动周上升相(1997—1998年)的观测数据,选取20个磁暴期间能量为4~300 eV的离子上行事件,研究不同磁暴相位电离层上行离子的能通量与太阳风、地磁活动以及电子沉降的统计关系.结果表明:(1)在磁暴初相、主相和恢复相离子上行平均能通量为6.08×10^(7)eV/(cm^(2)·s·sr·eV)、5.75×10^(7)eV/(cm^(2)·s·sr·eV)和3.91×10^(7)eV/(cm^(2)·s·sr·eV),初相期间上行离子能通量最大;(2)上行离子能通量与太阳风动压、行星际磁场B Z分量存在相关关系,相关系数分别为0.47和-0.38;(3)在磁暴初相、主相和恢复相上行离子能通量与Sym-H的相关系数分别为0.74、-0.77和-0.54,与Kp的相关系数分别为0.53、0.75和0.65,整体上离子上行与Sym-H指数的相关性好于Kp指数;(4)在磁暴初相、主相和恢复相上行离子能通量和电子数通量的相关系数分别为0.74、0.52和0.32,表明磁暴期间软电子(<1 keV)沉降可以显著提高电离层离子温度;F区的等离子体摩擦加热和双极电场是离子上行的重要获能机制.本文构建的上行离子能通量与Sym-H和电子数通量的经验关系显著,可用于磁流体模拟研究.

关键词：离子上行太阳风参数地磁活动水平经验模型

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基于SABER的平流层顶温度的时空特征分析

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空间科学学报 2021年第5期41卷 760-768页

作者：王淼李正吕建永南京信息工程大学数学与统计学院空间天气研究所南京210044

利用SABER探测器2002—2017年超过一个太阳活动周的数据,以大气垂直方向上40~60km的最大温度作为平流层顶温度(T_(sp)),分析50°S—50°N T_(sp)的时空分布特征.结果表明:T_(sp)具有明显的纬度特征和季节特征,在赤道和南北半球... 详细信息

利用SABER探测器2002—2017年超过一个太阳活动周的数据,以大气垂直方向上40~60km的最大温度作为平流层顶温度(T_(sp)),分析50°S—50°N T_(sp)的时空分布特征.结果表明:T_(sp)具有明显的纬度特征和季节特征,在赤道和南北半球夏季温度较高,而在南北半球冬季的40°—50°纬度附近温度有最低值.再利用EOF方法分析T_(sp),发现其第一模态的解释率达91%,且时间系数与平流层顶高度相关性最大,为-0.75,与平流层顶臭氧体积混合比相关性约0.49,与日地距离相关性为0.44,与太阳活动性(太阳活动指数,太阳黑子数)的相关性约0.33.依据该相关关系,进一步分析各变量原始场,发现T_(sp)和平流层顶臭氧体积混合比的纬度变化近似相反;与日地距离的季节变化有明显的负相关,约-0.81,且这种相关性与日地距离有弱的正相关关系;年平均T_(sp)在2002—2017年的变化约为2K,与F10.7的相关系数为0.6,在南北纬20°附近与太阳活动指数F_(10.7)的相关性最大,约0.74.

关键词：平流层顶温度时空分布 EOF分析臭氧

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磁暴期电离层离子上行能通量的统计关系研究

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空间科学学报 2022年第1期42卷 51-64页

作者：王如坤赵凯冯丹丹王子珲汤慕贤熊雅婷冯玲南京信息工程大学数学与统计学院南京210044 南京信息工程大学空间天气研究所南京210044

利用FAST卫星1997—2006年34个磁暴期149个轨道的观测数据,分析不同相位上行通量数量级,研究不同相位离子上行能通量与地磁活动Sym-H指数和Kp指数,以及注入的Poynting通量之间的关系,构造上行通量经验模型。研究结果表明:磁暴主相期间,... 详细信息

利用FAST卫星1997—2006年34个磁暴期149个轨道的观测数据,分析不同相位上行通量数量级,研究不同相位离子上行能通量与地磁活动Sym-H指数和Kp指数,以及注入的Poynting通量之间的关系,构造上行通量经验模型。研究结果表明:磁暴主相期间,上行离子能通量可超过10^(8) eV·cm^(-2)·s^(-1)·sr^(-1)·eV^(-1)量级,初相和恢复相期,上行离子能通量可超过107 eV·cm^(-2)·s^(-1)·sr^(-1)·eV^(-1)量级,主相期能通量均值普遍高于初相和恢复相;磁暴初相期间,上行离子能通量与Sym-H、/p以及Poynting通量成显著正相关,相关系数分别为0.890、0.664和0.660;磁暴主相期间相关系数分别为0.858、0.823和0.541。以磁暴主相为例,上行离子能通量与Sym-H和Poynting通量的经验公式为J_(i+)=10^(5.324±0.581)×(Sym-H)^(1.465±0.340),J_(i+)=10^(6.469±0.798)×S_(dc)^(0.888±0.703)。初相期间,由于地磁扰动时能量快速注入,电离层离子迅速获能,上行离子能通量与地磁扰动指数呈现较高的相关性,同时主相期上行离子能通量的增幅跨越两个量级;向下的Poynting通量导致的焦耳耗散是离子获能的重要来源之一,因此上行离子能通量与Poynting通量有较强的相关性。恢复相期间地磁活动趋于平静,上行离子能通量低于主相期的能通量。

关键词：磁暴期离子上行地磁活动指数 Poynting通量经验方程

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磁鞘等离子体密度统计建模

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空间科学学报 2017年第6期37卷 690-701页

作者：陈凯文来鹏赵凯蒋勇南京信息工程大学数学与统计学院南京210044 南京信息工程大学空间天气研究所南京210044

利用理想磁流体LFM模型的模拟数据,基于非参数统计方法对2004年11月14日03:00 UT-07:00 UT磁暴恢复相期间磁鞘等离子体平均密度进行建模.分析磁鞘等离子体平均密度与上游太阳风参数、行星际磁场参数及地磁扰动参数的统计关系,建立基于... 详细信息

利用理想磁流体LFM模型的模拟数据,基于非参数统计方法对2004年11月14日03:00 UT-07:00 UT磁暴恢复相期间磁鞘等离子体平均密度进行建模.分析磁鞘等离子体平均密度与上游太阳风参数、行星际磁场参数及地磁扰动参数的统计关系,建立基于数据降维的经验模型.结果表明,电离层扰动强度因子、太阳风-磁层耦合强度因子和日地空间因果链耦合强度因子是影响磁鞘等离子体平均密度的三个主要方面.磁暴恢复相期间电离层上行离子是磁层环电流和磁尾等离子体的重要离子来源.建模分析过程表明,利用经验模型对空间物理过程开展建模,数据的严重多重共线性通常会导致模型的精度较差.而利用SIR和LPR建立的磁鞘等离子体平均密度随相关参数变化的经验模型可以有效解决该问题,具有较好的预测精度,统计特征显著.

关键词：磁鞘等离子体密度切片逆回归(SIR) 局部多项式回归(LPR) MHD模拟

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基于CHAMP卫星与地面矢量数据联合建立中国地磁模型

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地球物理学报 2017年第7期60卷 2522-2533页

作者：冯彦孙涵蒋勇安振昌姜乙刘宝嘉黄娅张华武业文南京信息工程大学数学与统计学院空间天气研究所南京210044 中国科学院空间天气学国家重点实验室北京100190 内蒙古新天元防灾减灾研究所呼和浩特010051 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

首先对地面台站以及CHAMP卫星的矢量磁测数据进行预处理,结合12个子午工程台站最新的磁测数据,并利用第十二代国际地磁参考场模型(IGRF12)对不同数据归算至统一时间点,再结合第四代地磁场综合模型(CM4)计算并移除主磁场、磁层磁场、电... 详细信息

首先对地面台站以及CHAMP卫星的矢量磁测数据进行预处理,结合12个子午工程台站最新的磁测数据,并利用第十二代国际地磁参考场模型(IGRF12)对不同数据归算至统一时间点,再结合第四代地磁场综合模型(CM4)计算并移除主磁场、磁层磁场、电离层磁场、感应磁场及较为微弱的环形场,最后通过球冠谐(SCH)模型联合建立了中国地区岩石圈磁场(地磁要素X、Y、Z和总强度F)的球冠谐模型(SCH2000),结合IGRF12得到了中国地磁模型(CGRF2000).建模同时考虑了测点数据海拔高度的影响,并讨论了截断阶数的选取以及边界效应的控制问题.通过比较均方偏差(RMS),认为8阶SCH2000模型可较好地反映中国地区岩石圈磁场,其分布与SCH1936、CM4以及Taylor多项式模型具有一定的相似性.从位置和强度来看,SCH2000模型所反映的岩石圈磁场更为准确,而与CM4存在一定差异,除了测点不同,截断阶数也是原因之一.通过验证,SCH2000模型各要素随高度的变化与CM4模型较为一致,所建立的CGRF2000与IGRF12模型的分布也较为相似.

关键词：地磁场联合建模球冠谐模型子午工程 CHAMP卫星 CM4 IGRF12

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行星际磁场By对弓激波影响的MHD结果

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地球物理学报 2020年第5期63卷 1725-1737页

作者：王明于超吕建永袁换只周悦刘子谦虞超顾春丽南京信息工程大学数学与统计学院空间天气研究所南京210044 中国气象局空间天气重点开放实验室/国家空间天气监测预警中心北京100081 中国科学院国家空间科学中心北京100080 江苏省扬中市气象局江苏扬中212200 北京应用气象研究所北京100029

利用全球磁流体模拟的结果,本文研究了行星际磁场By对弓激波位型的影响.结果显示:随着行星际磁场By绝对值的增大,弓激波的日下点距离、旋转对称张角、南北非对称性以及旋转非对称性均随之增加.其中,By对弓激波日下点距离的影响可达5 R ... 详细信息

利用全球磁流体模拟的结果,本文研究了行星际磁场By对弓激波位型的影响.结果显示:随着行星际磁场By绝对值的增大,弓激波的日下点距离、旋转对称张角、南北非对称性以及旋转非对称性均随之增加.其中,By对弓激波日下点距离的影响可达5 R E左右.东向By和西向By对弓激波位型影响具有对称性,东向By和西向By大小相同时弓激波日下点距离、旋转对称张角以及旋转非对称性参数均相同,而南北非对称性参数大小相同正负相反.行星际磁场By占主导时弓激波尾部横截面在南北方向上拉伸,并且拉伸程度随着By绝对值的增大而增大,弓激波尾部横截面的拉伸现象与磁声波马赫数密切相关.

关键词：行星际磁场By 弓激波磁流体模拟

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夜侧极区电离层对流对行星际激波的响应

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空间科学学报 2017年第2期37卷 140-150页

作者：刘琼琼胡红桥吕建永刘建军刘瑞源南京信息工程大学数学与统计学院空间天气研究所南京210044 中国极地研究中心国家海洋局极地科学重点实验室上海200136

利用超级双子极光雷达网(super Dual Aurora Radar Network,SuperDARN)高频雷达、北半球IMAGE地磁台链以及南极中山站的极光观测数据,研究电离层对流对2012年7月14日一个行星际激波扰动事件的响应.在18:10 UT行星际激波到达地球并与磁... 详细信息

利用超级双子极光雷达网(super Dual Aurora Radar Network,SuperDARN)高频雷达、北半球IMAGE地磁台链以及南极中山站的极光观测数据,研究电离层对流对2012年7月14日一个行星际激波扰动事件的响应.在18:10 UT行星际激波到达地球并与磁层相互作用触发地磁急始和磁层亚暴,SuperDARN雷达观测到北半球夜侧极区电离层对流显著增强,观测视野覆盖黄河站的Hankasalmi雷达观测到从激波到达地球至18:33 UT,电离层F层出现剧烈扰动,雷达回波数明显增多,并出现局部对流速度反转现象.18:33 UT之后,观测到F层出现三块速度高达600 m·s^(-1)的逆阳运动不规则体.而与Hankasalmi雷达地磁共轭的南半球Kerguelen雷达探测到的回波主要来自E层,回波数量几乎无变化,但是Kerguelen雷达观测视野内的中山站全天空光学成像仪观测到极光活动显著增强.南北半球夜侧电离层观测结果的差异,主要是由于它们分别处于极夜和极昼.

关键词：行星际激波地磁急始 SuperDARN 极区电离层对流极光

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第23太阳活动周行星际磁场扇形结构对中低纬地磁场的影响

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空间科学学报 2017年第1期37卷 19-27页

作者：李仲怡乐贵明裴世鑫广西壮族自治区气象服务中心南宁530022 中国气象局空间天气重点实验室国家空间天气监测预警中心北京100081 南京信息工程大学数学与统计学院空间天气研究所南京210044 南京信息工程大学物理与光电工程学院南京210044

用特征向量分析法对第23太阳活动周天津静海磁场强度水平分量H的时均值进行研究,分析行星际磁场扇形结构的地磁效应(简称扇形效应)对中低纬地磁场H分量日变化的贡献.研究结果表明,中低纬扇形效应为3~11 nT,在太阳活动高年扇形效应达到... 详细信息

用特征向量分析法对第23太阳活动周天津静海磁场强度水平分量H的时均值进行研究,分析行星际磁场扇形结构的地磁效应(简称扇形效应)对中低纬地磁场H分量日变化的贡献.研究结果表明,中低纬扇形效应为3~11 nT,在太阳活动高年扇形效应达到最大值(约11 nT),低年达到最小值(约3 nT).太阳活动高年扇形效应引起的地磁H分量值变化与太阳活动低年的情况相反,但是扇形效应在夏季对地磁H分量的影响较小.太阳活动高年扇形效应日均值的增减与上升年的相反,与下降年相同,夏季扇形效应平均增量最小且无规律.春、夏和秋三个季节的扇形效应最大值都出现在太阳活动高年,冬季的扇形效应在太阳活动峰年一年后才出现最大值(约11 nT).在太阳活动低年(或高年),当扇形磁场背离(或指向)太阳时,夏季扇形效应白天引起地磁H分量增大(或减小),夜间导致地磁H分量减小(或增大),其他季节全天都会导致地磁H分量减小(或增大).用特征向量推断行星际磁场扇形极性的符合率在春夏秋三个季节高达60%,在冬季为55%.

关键词：行星际磁场扇形结构地磁效应特征向量

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