等离子体片高速流的形成及在磁层活动中的作用

等离子体片中的高速流自从被提出以来由于其经常性出现在磁层剧烈扰动期间而备受重视，然而有关其形成机制和在磁层对流以及扰动过程中的作用并不十分清楚。本项目依据多个卫星（主要是CLUSTER、双星和 THEMIS）的观测数据,联合使用磁场、等离子体和强能粒子数据分析近地磁尾等离子体片中高速流的形成机制，研究其与磁结构的相关性，分析其产生、演化过程以及空间尺度等特性， 确立其与等离子体片中重联的关系；寻找高速流与磁结构在极区电离层中的响应特征，进而揭示高速流与磁结构在地球磁层亚暴不同发展过程中的作用；寻找富含氧离子条件下重联的观测特征，探讨等离子体片中的氧离子在高速流与磁结构形成与演化过程中的作用

等离子体片中的高速流及其相伴随的偶极化锋面的形成机，以及在磁尾等离子体动力学过程中的作用尚不十分清楚。本项目通过分析CLUSTER、THEMIS等卫星的观测数据，包括磁场、等离子体和强能粒子等数据，辅助数值模拟的方法，分析了近地磁尾等离子体片中高速流的形成机制，较为完整地研究了高速流与偶极化锋面的成因、演化，电流与电场结构及其高速流与背景等离子体的相互作用等科学问题。主要的研究成果包括（1）构建了偶极化锋面附近的场向电流体系，从观测上确认了相关电流体系的大小和分布，指出在锋面形成初期偶极化锋面就可能携带与亚暴电流楔相似的场向电流体系；定量研究了偶极化锋面附近的电场分布，发现偶极化锋面前后电场方向相反，且主要由Hall电场主导；证实高速流前端的压力梯度是近地区域场向电流的成因，为进一步确立偶极化锋面、极光以及亚暴过程相互关系提供了重要观测依据。（2）发现了等离子体片偶极化锋面附近可能来源于极区极光高度区域的1keV附近的冷电子束，电子携带的场向电流有可能激发电流不稳定性，并可能成为一些非线性结构的来源，证实了来源于电离层的粒子在磁层−电离层耦合过程中扮演重要角色。（3）发现磁层顶附近发生的KH不稳定性有可能在磁层内部引发类似高速流的流动；除去磁重联的可能机制，行星际太阳风压强的改变也可能成为磁尾观测到高速流与涡旋的一种触发条件；发现偶极化锋面携带的场向电流可能触发伪暴和相关的地磁扰动，但与亚暴的关联需要进一步研究。