磁尾南北PSBL场向电流对行星际条件响应的对比研究

Basing on the data obtained by Cluster, distinguish between north and south hemisphere,the interplanetary conditions effect on field-aligned currents(FACs) and charged particles will be studied to reveal the different for triggering and development of FACs in north-south hemispher under different interplanetary conditions. Comprehensive understanding the mechanism for generation and evolution of the FACs controlled by interplanetary conditions.The interplanetary conditions effect on FACs will also be studied to understand the different for momentum and energy of solar wind input in north-south hemisphere.The study in this applying project is benefit to further study on the solar wind-magnetosphere-ionosphere coupling,and it also benefit to recognize the couping chains in the space weather and the space weather model development.The innovation and features of this application project as follows: through the comparison analysis, understand the modulation effect of interplanetary magnetic field(IMF) and solar wind conditions on FACs, for the first time give the similarities and differences of north-south plasma sheet boundary layer(PSBL)FACs controlled by interplanetary conditions; Comparing the FACs disturbance , charged particle dynamics and magnetic field disturbance, study them with different IMF and solar wind conditions,and the physical mechanism of the FACs generation and evolution will be studied at the same time.

利用Cluster四颗卫星的探测数据，区分南北半球，研究等离子体片边界层区场向电流及其各种带电粒子随太阳风和行星际磁场的变化规律，揭示不同半球场向电流产生和演化过程受行星际条件调制的异同。全面了解磁尾场向电流的产生和演化过程与行星际条件的关系，研究场向电流的形成和扰动变化机制。研究磁暴和亚暴发生时，南北PSBL区场向电流的变化与行星际条件变化的关系，从而了解暴时太阳风动量和能量输入的南北差异。这为进一步研究太阳风-磁层-电离层耦合的物理机制打下良好的基础，同时对于认识空间天气学因果链关系和模型的建立也具有重要意义。其创新和特色为：通过对比分析，了解行星际磁场和太阳风条件对南北场向电流的调制作用，首次给出南北PSBL区场向电流随行星际条件变化的异同；结合场向电流的扰动、磁场的扰动和带电粒子的运动，研究它们在不同行星际磁场和太阳风条件下的关系，从而分析研究场向电流产生和变化的物理机制。

磁尾场向电流是磁层-电离层大尺度场向电流的源区，它随行星际磁场各分量的变化特性研究对于研究整个磁层-电离层大尺度场向电流体系的受控因素是非常重要的，尤其是区分不同半球的研究，可以让我们更好地认识场向电流在不同半球的传输过程和动力学特性。. 本项目主要利用Cluster四颗卫星（磁场和等离子体数据）和双星（磁场）的探测数据，结合ACE卫星的行星际磁场/太阳风参数的探测数据，对磁层中的大尺度场向电流，特别是磁尾等离子体片边界层区的场向电流做了如下研究：（1）研究了（南北半球）等离子体片边界层区场向电流受行星际磁场控制（IMF By、Cone angle、Clock angle等）的变化规律，揭示不同半球场向电流受行星际条件的调制作用。首次给出了行星际磁场（IMF）时钟角（Clock angle）和锥角（Cone angle）与场电流发生率及密度之间的关系。（2）研究了暴时等离子体片边界层区场向电流的主要载流粒子和它们的能量变化范围，以及极区场向电子通量和能量的分布特征和动力学特性。第一次发现部分的尾向流是由能量在keV以上的外流正离子所携带的，并且这这部分离子所携带的场向电流不能被忽略。（3）研究给出了亚暴期间从磁尾等离子体片边界层区到极区沿磁力线的不同区域大尺度场向电流的同时观测数据分析，首次给出了从磁尾到极区的大尺度场向电流的同时观测证据。. 本项目的研究对于人们认识太阳风-磁层-电离层的耦合关系以及太阳风能量向磁层传输的物理过程具有重要的科学意义，同时对于认识空间天气的因果链关系以及模型的建立具有重要的作用。同时，本项目的研究对场向电流载流粒子和FAE的研究对认识亚暴磁暴的时序变化和粒子动力学过程具有重要的科学意义，也为进一步研究电离层-磁层耦合的物理机制打下了坚实基础。