地球辐射带合声波的精细结构分析

The interaction between chorus waves and radiation belt electrons is considered an important mechanism controlling the radiation belt dynamics. In the frequency-time spectrogram, chorus emissions often appear as a series of discrete elements (e.g., risers, fallers, and hooks with a duration of 0.1-1.0 s) . With a higher resolution, it can be identified that these elements consist of subpackets with a shorter duration of 0.02-0.06 s. Both the effect of chorus on the high energy electrons and the analysis of chorus generation mechanism rely on its fine structure. The fine structure of rising tones has earned considerable attention, but there are plentiful different types of chorus fine structure having not been reported and many correlations about their fine structure to be found. Basing on the observations of Van Allen Probes, we will analyze the fine structure characteristics of different types of chorus, reveal the correlations between these characteristics and the ambient plasma conditions, and discuss the generation mechanisms of chorus.

合声波与辐射带电子的相互作用是影响辐射带电子演化的重要机制之一。在频率-时间谱上，合声波通常表现成一系列分立的上升调或下降调（持续时间约为0.1-1 s）。同时，这些分立结构的波包内还存在着持续时间更短（约为0.02-0.06 s）的子波包。合声波的精细结构不仅关系到其对电子的作用，也是探索其产生机制的线索和依据。关于上升调的精细结构研究已经取得了一些进展，然而还有众多不同形态的合声波精细结构未被报道，以及众多关于精细结构特性的相关性亟待发掘。本项目将基于范艾伦探测器的观测数据，分析各类型合声波的精细结构特性，揭示这些特性与背景等离子体环境的关系，并探讨其形成机制。

地球内磁层中聚集了大量的电子和离子。其中热电子（∼keV）可以沉降到极区大气层影响其电导率，而辐射带相对论电子（> 100 keV）可以对星载系统和航天员造成严重危害。它们的演化非常复杂以及剧烈，并且被认为是多种加速、损失和输运过程协作竞争的结果。等离子体波动与电子的相互作用便是驱动磁层电子演化机制之一。因此，内磁层中波动的产生和演化一直是空间物理学中的重要课题之一。基于范艾伦探测器的观测数据，本项目通过分析一些内磁层中的合声波和电子回旋谐波的精细结构，探讨了它们的产生机制和相互作用。主要成果包括：发现了一类非典型的合声波上升调结构，其子结构与其有着完全相反的扫频方向，并探讨了其产生机制；报道了一系列的合声波以及电子回旋谐波之间的相互作用过程，分析了其中的能量传输和不稳定性的演化。这些研究极大地拓宽了人们对内磁层区域哨声波和电子回旋谐波复杂形态和演化过程的认识，有助于未来磁层动力学物理模型的发展和完善。