磁重联中垂直重联面的剪切流效应研究

地磁空间中有很多等离子体的突然暴发现象，这些现象通常认为是磁重联所导致。磁重联是将磁能转化为等离子体动能和热能的主要途径。等离子体中会存在各种由内部不稳定性和因外部驱动所产生的剪切流，地球磁层的空间观测中可以看到各种等离子体流（Flows，Jets，Bursts），以及不同方向、不同强度、不同尺度的流的剪切。剪切流的存在会改变等离子体平衡与稳定性质，影响很多重要的等离子体物理过程，如磁重联过程。经典的磁重联模型是从静态平衡出发的。当剪切流的时空尺度与磁重联的时空尺度相当的时候，磁重联的特征较传统理论相比会有显著不同。本工作拟基于考虑剪切流（特别是垂直重联面的剪切流）效应的磁重联理论模型与Hall MHD数值模拟方法，结合Cluster和THEMIS卫星观测数据以及神光II激光等离子体实验数据，研究垂直重联面的剪切流对磁重联过程的影响，解释有关的一些重要物理现象。

本项目是空间科学的重要研究方向，磁重联研究也是空间探测中的常见等离子体物理过程，同时也是磁约束聚变领域关键的科学问题之一，具有较大的探索意义。通常磁重联等宏观物理过程的理论模型是以静平衡为背景，但由于剪切流的普遍性，动平衡的磁流体过程逐渐引起人们的重视。磁流体运动行为通常简化为一维或二维的模型，由于垂直平面（Out-Of-Plane）的流剪切不直接耦合在平面内（In-Plane）的运动方程与磁感应方程中，因此这种剪切流模型在讨论一维或二维问题中往往被忽略。申请人之前的工作表明垂直重联面的剪切流同样影响平面内的磁流体活动，尤其磁重联过程。在此依据下，本项目讨论磁重联中垂直重联面的剪切流效应。.通过本项目的研究，我们得到垂直重联面的剪切流会通过与垂直平面磁场耦合进而改变磁重联过程。这不仅会改变磁重联的速度，甚至改变重联走向。这些结论对磁重联以及通量传输等重要的宏观空间物理过程的观测提出新的思路，也是目前空间观测中热点问题——次级磁岛（Secondary Island）相关研究的重要部分，具有相当的理论与应用价值。