湍动Alfven波与开场区日冕加热和太阳风加速

太阳开场区日冕加热与太阳风加速机制问题由来已久，但至今仍很有争议。近来受到普遍关注的一机制认为，低频Alfven波把亚光球层对流运动的机械能带入外层大气，而垂直串级将波能逐渐传递给垂直于背景磁场方向的小尺度涨落并最终耗散，从而加热日冕并加速太阳风。该机制符合磁流体湍流理论，而且也为近地太阳风湍流观测及日冕的遥感测量所支持。然而基于该机制的已有模型由于物理要素处理上的局限，无法就垂直串级能否提供符合观测约束的日冕加热和太阳风加速给出定论。此外，已有模型都限于一维描述，因而亟待拓展以描述日冕和太阳风这一显然多维的磁化流体。本项目将构建自洽计入垂直串级的以Alfven波湍动耗散为外能源的日冕和太阳风模型，计入色球－过渡区层次并考虑辐射损失及场向热流等关键因素。其成果将部分解决目前基于垂直串级的模型中的若干冲突，并为理解磁流体湍流的耗散提供线索。

研究将“太阳开场区日冕加热与太阳风加速”这一框架拆解为若干有着有机联系的层面，从理论模型、数值模拟和资料分析的角度开展了多方面研究。一、太阳风源区的认证：找到了冕羽作为太阳风重要源头的直接观测证据；发现宁静区可能是近地太阳风重要源头。二、动力学尺度太阳风湍流的实测研究：发现质子尺度太阳风湍流可能包含Alfven涡旋这一非线性结构，并直接认证出了Alfven涡旋实例；受此启发，获得了动理学Alfven波畸形波的理论解。三、多元流体太阳风模型的构建：构造了首个基于垂直串级思想的低速太阳风模型；指出不同太阳极小时太阳风性质的差异、局地太阳风参数与日冕磁场几何参数间的相关性可以协助判断平行与垂直串级机制在太阳风加热中的相对重要性；发现日冕磁开放区域可能比传统认识要广。四、太阳风加热机制对于冕环加热的应用：发现平行串级机制可部分解释YOHKOH/SXT对冕环的观测，但无法解释IRIS对过渡区环的观测。五、太阳磁结构所支持的低频磁流体波动研究：系统探讨了带有流动剪切或横向密度非均匀性的磁结构中的集体波动；指出针状体可能是极区冕洞上方准周期扰动的源头。..在项目支持下，共发表和接受发表SCI论文18篇、ISTP论文1篇，内含10篇ApJ、2篇A&A、4篇Solar Phys、1篇Physics of Plasmas论文，第一或通讯作者SCI论文11篇。有关成果曾入选英国太阳物理科研亮点(Negguets)、Hinode/EIS仪器组科研亮点，受到多次引用，引用者包括来自权威综述期刊Living Reviews in Solar Physics的论文。..在项目资助下，承担人受邀成为国际空间研究所(ISSI)择优资助的“低速太阳风起源”国际组成员，并合作完成该课题综述论文一篇，已投往Space Science Reviews；承担人受邀成为ISSI-北京择优资助的 “日冕磁震学”国际组成员。在亚洲大洋洲地球科学学会(AOGS)2012至2015年会、国际地磁与高空物理协会(IAGA)2015科学大会上组织了相关专题会议。收到来自IAGA科学大会、国际等离子体物理大会(ICPP)、国际空间等离子体流动会议(AstroNum)等国际会议9次邀请报告约请。承担人作为JGR特刊Guest Editor，组编了太阳风湍流相关的JGR特刊。在项目支持下，承担人获山东省自然科学杰出青年基金支持。