特殊电磁场结构在磁场重联中对带电粒子的能化作用

磁场重联是许多空间爆发现象的能量来源，是影响空间环境和空间天气的主要扰动源头之一。通过长期以来对磁场重联的研究，人们已对该现象有了一定的了解。由于磁场重联过程具有非均匀性、非线性、非平衡分布等复杂性特点，磁场重联过程中会在某些阶段产生并存在一些特殊的电磁场结构，如动力学阿尔芬波，多重磁岛结构，湍流自相似结构，三维磁零点，大振幅非线性扰动等，它们在磁场重联过程中对带电粒子的加热和加速，对非热带电粒子的形成等起着至关重要的能化作用。目前，大家对这些特殊电磁场结构还没有给予足够的重视，进行的研究并不多，对它们所起的关键作用还缺乏深入的认识和了解。本项目拟通过选取一些特殊的电磁场结构为研究对象，从理论分析和数值模拟两方面入手，深入了解他们的产生、形成和对等离子体的主要能化作用机制，从而有助于我们了解磁场重联产生的高能带电粒子和非热带电粒子以及非平衡态的速度分布函数。

磁场重联是许多空间爆发现象的能量来源，是影响空间环境和空间天气的主要扰动源头之一。通过长期以来对磁场重联的研究，人们已对该现象有了一定的了解。由于磁场重联过程具有非均匀性、非线性、非平衡分布等复杂性特点，磁场重联过程中会在某些阶段产生并存在一些特殊的电磁场结构，如大振幅非线性扰动，动力学阿尔芬波，多磁岛结构，亚磁岛结构等，它们在磁场重联过程中对带电粒子的加热和加速这些获得能量的过程产生重要的影响，有时能起着至关重要的作用。本项目通过关注准静态的电流片中磁场结构的变化，新提出了一种在电流片中产生线性扰动的模型。该模型是满足等离子体动力论方程的自洽模型，可以给出电流片中的等离子体分布函数、磁场等，并具有线性叠加特性，可以重构出多重磁岛、亚磁岛等多种特殊磁场结构，为进一步深入探讨这些特殊磁场结构对磁场重联发生过程的影响提供了保证。而在磁场重联发生时，大振幅非线性扰动，阿尔芬波和离子回旋波都对带电粒子获得能量会产生不同的效果，使得离子的速度分布产生相应的变化。我们通过数值模拟工作，分析和统计了入流区、出流区的大振幅波动的频率分布、极化特性等，可用大振幅波动解释卫星观测的磁场重联区附近的磁场出现反Hall四极分布情况。