暴时注入源区电子的时空演化特征和辐射带电子的动态损失过程

地球辐射带高能电子（几十到几兆电子伏特）的通量大小和空间分布都会受到太阳和地磁活动的影响。其中，兆电子伏特能量的电子的快速增长能够使卫星绝缘层深层充电，从而造成卫星的异常。同时，高能电子沉降到低高度还会造成大气层的臭氧减少和亚电离层VLF信号扰动。辐射带高能电子的动态变化是由电子的源和损失的动态调节造成的。然而，由于电子的源和损失过程在不同地磁条件下的高度变化性和以前观测资料的有限性，磁暴/亚暴时辐射带外边界至近地等离子体片注入源区（L=6.6-10）电子的时空演化特征和辐射带电子的动态损失过程至今仍然不太清楚。本项目拟通过分析不同轨道高度的多颗卫星（Demeter、SAMPEX、NOAA、GOES/LANL、THEMIS和CLUSTER星族等）的高能电子和电磁场观测数据，主要研究磁暴/亚暴期间辐射带注入源区电子的时空演化特征、辐射带高能电子的动态损失过程及其相关的物理机制等。

本项目主要研究磁暴/亚暴期间辐射带及其粒子注入源区（L=6.6-18Re）高能电子的时空演化特征、动态损失过程及其相关的物理机制。首先，通过分析Cluster卫星（C1和C3）的观测和对波粒共振相互租用进行数值模拟，我们发现近地等离子片能量电子（3.2-95keV）在随着爆发性整体流（BBF）向地球方向注入过程中同时经历着哨声模波引起的投掷角散射损失。哨声模波的增长主要导致各项异性分布电子的快速损失。初始准垂直分布(30°<α<150°)的能量电子的损失几乎发生在所有的投掷角上，而初始场向分布(0°≤α≤30° 且 150°≤α≤180°)的低能电子（＜3keV）的损失是伴随着垂直方向上电子数的增加的。即使对于相同能量的电子，不同频率上波强度的不同会造成不同投掷角上电子的散射快慢不一样，当这种非均匀扩散系数相差一个数量级以上时，非均匀的投掷角扩散会产生一个新的电子密度梯度，从而影响电子下一步的扩散方向和最终的投掷角分布形状。其次，通过统计地球同步轨道附近磁场和相对论电子(>0.6MeV)对201个行星际扰动的响应，我们发现在地磁宁静 (HSYM＞-30nT, 且 AE＜200nT) 期间，太阳风动压增加能够造成地球同步轨道附近不同地方时上相对论电子数的增加或减少，而行星际磁场南向偏转也会会造成晨侧相对论电子数的增加和昏侧的减少。在一些磁层压缩区域，相对论电子的变化是独立于磁场的变化，说明一些压缩区域存在着非绝热性的电子加速或损失过程。最后，通过分析LANL和GOES卫星的观测数据和对单粒子漂移轨道的模型计算，我们发现一些磁层压缩会通过“磁层顶阴影”或电磁离子回旋（EMIC）波造成地球同步轨道附近高能电子的损失。在一些激烈的磁层压缩期间，太阳风压力的巨大增加（Pd＞15nPa）或强的南向行星际磁场 （IMF Bz＜-5nT）会使向阳面磁层顶向地球方向收缩，从而使辐射带外边界附近的高能粒子漂移到向阳面侧磁层顶外并损失到行星际空间 （俗称“磁层顶阴影”）。即使在中等强度的磁层压缩期间，地球同步轨道附近高能粒子的漂移轨道是闭合的（即没有磁层顶阴影损失），一些磁层压缩也会造成夜侧等离子体层顶附近EMIC波的激烈增长，当相对论电子漂移经过强波区域时，它们就会被EMIC波快速地扩散进入损失锥并沉降到大气中损失掉。