磁层亚暴物理现象时序和因果关系研究

磁层亚暴是磁层中巨大能量贮存和突然释放的瞬变活动，对地球空间环境有重要影响，一直是近年来磁层物理研究和探测的前沿热点领域。一个亚暴过程包含着从地面到空间的多种复杂物理现象。它包括。极光，电急流， 磁湾扰，地磁Pi2脉动，亚暴电流楔，磁场重联，地向高速流，尾向等离子体团，亚暴粒子注入，磁场偶极化等。目前关于亚暴触发机制和亚暴模型研究，还充满了争论。其主要原因就是由于亚暴物理现象时序和因果关系至今还没有弄清，空间和地面观测对一些亚暴模型提供了正反两方面的证据。.本项目拟利用THEMIS，CLUSTER，DSP， TARANIS，POLAR和同步轨道卫星等离子体，极光和高能粒子观测数据，并在地面地磁和极光数据的配合下，以磁尾爆发性高速流为主线，研究亚暴物理现象之间的时间和因果联系，以及这些物理现象的演化过程和特征，以期在亚暴物理过程方面取得重要突破。

磁层亚暴是磁层中巨大能量贮存和突然释放的瞬变活动，对地球空间环境有重要影响。一个亚暴过程包含着从地面到空间的多种复杂物理现象。它包括。极光，电急流， 磁湾扰，地磁Pi2脉动，亚暴电流楔，磁场重联，地向高速流，尾向等离子体团，亚暴粒子注入，磁场偶极化等。其中磁尾中心等离子体片中的地向高速流（Bursty Bulk Flow）是连接亚暴其它物理过程的一个最有可能的物理现象。.本项目主要围绕磁尾等离子体片高速流这条主线研究了亚暴现象之间的联系。主要研究成果：（1）首次采用动力学方法直接计算等离子体片高速流的能量输运效率。发现以往基于磁流体力学方法的所有对等离子体片高速流能量输运率计算的结果都是错误的，严重低估了等离子体片高速流的能量输运率。进而提出了一个双流体成分模型解释了用动力学方法计算出来的能量输运率与磁流体力学方法计算出来的能量输运率之间的差异。欧洲空间局ESA在其官方网页对此成果进行了采访和专门报道。（2）利用TC-1卫星2004－2006年的离子探测数据，建立了第一个磁尾等离子体片内边界的全球模型。（3）首次发现磁场重联区存在慢磁声波，该慢磁声波显著控制着磁场重联区哨声波和低混杂波的频率，因而可能在磁场重联过程中起着重要作用。（4）发现磁尾高速流能够产生与亚暴电流楔相似的刹车电流楔和中低纬的地磁Pi2脉动等，提出了利用中纬Pi2先兆（Midlatitude Pi2 Precursor：MLPP）确定磁尾高速流起源时间的新方法。观测还表明亚暴的是否触发还依赖于高速流到达前磁尾电流中断区特性。（5）等离子体片能量离子通量随着亚暴指数AE和磁暴指数Dst绝对值的增大而增大。增强的等离子体片能量离子通量对于磁暴和亚暴极为重要，因为它们是磁暴环电流离子和亚暴注入能量离子的来源。（6）在磁尾等离子体片偶极化锋面产生机制方面取得重要突破，发现瞬态重联可以产生偶极化锋面的观测证据。（7）利用THEMIS卫星探测数据，发现合声和回旋电子的回旋共振可以导致合声增强。能量电子在地球合声触发过程中起着重要作用。该结果被美国宇航局NASA评为2012年THEMIS计划重要成果（2012 THEMIS Science Nuggets）