含偶极倾角参数的三维非对称弓激波建模研究

论文摘要

太阳风-磁层耦合过程是空间天气领域中十分重要的一个部分,也是被广泛关注的方向之一,其过程十分复杂,太阳活动可以通过该过程直接影响地球的空间环境。在这个过程中,超声速太阳风碰到地球磁层障碍物时形成弓激波,弓激波是十分重要的一个分界面,当卫星穿过弓激波时,其所处的环境会发生明显的变化,在灾害性空间天气事件下会给卫星带来极大的伤害,所以研究弓激波的位型对空间天气预报预警和卫星的运行环境及条件监测有着十分重要的意义。本文利用来自IMP 8、Geotail、Magion-4和Cluster 1四个卫星的弓激波穿越点,构建了一个新的三维非对称弓激波模型。该模型含有四个上游太阳风参数:太阳风动压（Pd）、行星际磁场（IMF）Z方向的分量（Bz）、磁声波马赫数(Mms)和等离子体β值,还包含了偶极倾角,是首个含有偶极倾角影响的三维非对称弓激波模型。在该模型中,弓激波的形状和位置都会受到偶极倾角的影响。偶极倾角还会导致弓激波子午面的不对称性。通过与前人的经验模型进行比较,验证了新模型结果,并证明新模型不仅能够更准确地反映偶极倾角对弓激波位型的影响,并能更好地描述弓激波的旋转非对称性和南北非对称性。本文将Peredo et al.[1995]模型、Merka et al.[2005]模型、Chao et al.[2002]模型和在本文建立的新模型进行比较。比较了在极端太阳风条件下,偶极倾角较大时和平静太阳风条件下的弓激波模型预测的准确程度。结果表明:（1）当偶极倾角变大时,弓激波的日下点向太阳方向移动,南北不对称性变大;（2）当偶极倾角正向增大时,在赤道面上,弓激波尾部张角略微减小;在子午面上,南半球的张角明显减小,北半球张角几乎没有变化;并且北半球的张角明显大于南半球的张角。偶极倾角为负时对北半球弓激波的影响与偶极倾角为正时对南半球弓激波的影响正好相反,故其对弓激波位型的作用为南北对称的;（3）极端的太阳风条件下,Peredo et al.[1995]模型和Merka et al.[2005]模型预测的结果并不准确,Chao et al.[2002]模型的预测较为精确;相比于其他三个模型,新模型能够最为准确的给出在极端太阳风条件下的三维弓激波位型,可以为极端太阳风条件下的弓激波位型预测提供参考。在偶极倾角较大时,新模型预测效果最好,Peredo et al.[1995]模型和Merka et al.[2005]存在较大的偏差。在平静太阳风条件下,新模型与Chao et al.[2002]模型的预测较为准确,而Peredo et al.[1995]模型存在偏差较大,不能准确的反映弓激波的位型。

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摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 背景知识介绍

1.1.1 太阳

1.1.2 太阳风

1.1.3 弓激波和磁层顶

1.1.4 磁层

1.2 国内外研究进展

1.2.1 弓激波位型的影响参数

1.2.2 弓激波模型研究进展

1.3 本文研究内容与安排

第二章观测数据与方法

2.1 观测设备

2.1.1 IMP8卫星简介

2.1.2 Magion4卫星简介

2.1.3 Geotail卫星简介

2.1.4 Cluster卫星简介

2.2 观测数据

2.3 坐标系的选择

第三章含偶极倾角的三维非对称弓激波模型

3.1 数据处理

3.2 弓激波表面参数公式

3.3 本章小结

第四章弓激波模型对比

4.1 弓激波模型

4.2 极端太阳风条件下弓激波模型对比

4.3 偶极倾角大条件下模型对比

4.4 平静太阳风条件下弓激波模型对比

4.5 本章小结

第五章总结与展望

5.1 本文工作总结

5.2 本文创新点

5.3 未来工作展望

参考文献

个人简介

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周悦

导师: 吕建永

关键词: 弓激波经验模型,偶极倾角,不对称性,太阳风,行星际磁场分量

来源: 南京信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地球物理学

单位: 南京信息工程大学

分类号: P353

DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000143

总页数: 68

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