地球磁层中低频波动的形成机制及其对带电粒子的影响

All kinds of low frquency waves are observed in thd earth's mgnetosphere. They affect the states of charged particles in the magnetosphere by wave-particle interaction and have the close relations with many magnetospheric physical processes. The formation mechanisms of low frequency waves and their effects on charged particles in the magnetosphere are important scientific problems for space weather research. We will study the distributions, evolutions and excited conditions for various kinds of low frequency waves in the magnetosphere，explore the relation between particle distributions and wave charecteristics and the effects of different kinds of low frequency waves on acceleration and precipitation of radiation belt elections by using data analysis, theoretical studies and numerical simulations (particle simulation and hybrid simulation). We will compare the importances of different kinds of low frquency waves on acceleration and precipitation of charged particles by typical event analyses and numerial simulations, and try to understand further the features and formation mechanisms of low frequency waves, and their effects on charged particles in the earth's magnetosphere.

地球磁层中存在多种形式的低频波动，这些低频波动通过波粒相互作用影响到磁层中带电粒子的状态，并与许多磁层物理过程密切相关。磁层中低频波动的形成机制及其对带电粒子的影响，是空间天气研究中的重要科学问题。本项目将通过卫星资料分析、理论研究和数值模拟（粒子模拟和混合模拟等），研究磁层中各种低频波动的分布、演化和激发条件，探讨粒子分布与波动特征之间的关系，以及不同类型低频波动对辐射带电子加速和沉降的影响。通过典型事例分析和数值模拟，比较不同类型低频波动对带电粒子加速和沉降的重要性，对地球磁层中低频波动的性质和形成机制，及其对带电粒子的影响有进一步的认识。

地球磁层中低频波动的形成机制及其对带电粒子的影响，是空间天气研究中的重要科学问题。通过资料分析、理论研究和数值模拟，我们研究了地球磁层中各种低频波动（合声波、嘶声波、电磁离子回旋波、磁声波）的频谱特性、时空分布、源区位置、以及与太阳风和地磁活动的关系，还研究了这些波动的形成机制、扫频模型、饱和特性、以及对辐射带电子分布的影响。统计结果证明，磁静日期间上升调合声波主要出现在向阳侧，随着地磁活动性增加，将向晨侧移动。上升调和下降调合声波的源区都在赤道附近。亚暴期间，热电子向晨侧附近的等离子体层注入能量，可以通过线性和非线性回旋共振联合作用，产生具有整个漂移频率的哨声模波。给出了太阳风动压突然降低导致等离子体层嘶声、外层嘶声和合声波同时消失的首次报道和物理解释。发展了一种二维广义曲线坐标的粒子模拟格式，研究了在二维镜场中各向异性电子分布激发上升调合声波的过程，结果表明哨声波主要产生在磁赤道附近，且它们在向较高纬地区传播期间持续地增长。基于自恰粒子模拟中对有效的波动增长率和电子相空间动力学的分析，提出了一种合声波扫频的新模型——“捕获-释放-放大”模型（TaRA模型），可以解释合声波的扫频机制和一些精细结构。应用非线性扰动分布函数δf方法，研究了哨声波动激发时电子相空间结构的演化。结果表明在合声波扫频元的主要时段电子相空间结构维持一种形状。基于辐射带暴的资料分析，提出了电磁离子回旋波驱使外辐射带中心区域相对论电子局域沉降损失的新证据。