随机亚暴外部触发机制的多点卫星探测分析和理论分析研究

行星际磁场扰动对随机亚暴的触发作用是磁层物理和空间天气学的一个基本理论问题，对其深入研究也对空间环境预报具有重要的应用价值.本项目拟利用双星, Cluster， THEMIS和ACE等多点卫星全球联合探测数据，对随机亚暴进行大量的事件分析和统计分析研究，以期发现随机亚暴多尺度演化规律。利用创新性多点卫星探测数据分析工具分析研究磁尾等离子体片/电流片的位形结构和物理特性对行星际磁场分量突然变化的响应，深入认识随机亚暴外部触发的物理过程。在大量的观测分析研究的基础上，进行动力学分析研究，建立有效合理的物理模式，从理论上认识行星际磁场对磁层的渗透效应，以及行星际磁场分量变化在磁尾等离子体片/电流片响应的物理定量规律，揭示随机亚暴触发和发展的物理机制。

开展了随机亚暴进行事例分析以及统计分析研究，探讨了磁层亚暴的多次触发特征；从观测分析获得磁尾扁平电流片 分量的空间分布，探讨了强导向场磁尾电流片在亚暴过程中作用。为了更有效地利用多点卫星数据协同分析磁层全球动力学过程及其对外部太阳风条件的响应，提出原创性的多点卫星探测数据分析新方法，能够应用于任意颗卫星、任意卫星位形的多点探测数据分析，计算电流密度，流场涡度等；并且首次实现通过卫星两点磁场测量获得全磁场梯度，将显著地提高Swarm卫星计划的科学产出。通过分析Cluster多点卫星的磁场数据，第一次直接得到了地球子午面附件磁层顶以及南北半球极尖区的几何结构和曲率半径的空间分布。首次发现太阳风动压和IMF不同步现象，动压先于IMF到达磁层顶， continuous reconnection 和 patchy reconnection具有不同物理过程。运用全球三维MHD模拟分析研究了IMF北向并且By分量较大时磁层顶三维结构及其重联图像，以及IMF北向与南向时磁尾等离子片的粒子注入机制，这些问题的解决是揭示随机亚暴外部触发机制的前提条件。对数年Cluster多点观测进行大量统计分析，得出磁尾电流片大空间尺度结构分布，发现磁尾电流片存在明显的晨昏不对称性，在午夜偏昏侧磁尾能量容易得到释放。通过多点卫星探测数据分析和动力学分析，研究磁尾电流片By分量的空间分布特性及其在亚暴过程中作用。为揭示行星际磁场分量变化触发随机亚暴的物理机理建立了坚实的观测和理论基础。利用THEMIS卫星探测数据，观测到磁层亚暴的分立爆发过程，发现磁尾能量的释放是多重分立的、间断性的过程。依据我国双星计划中性原子成像仪器NUADU第一手的中性原子成像数据，分析研究亚暴期间环电流离子分布形态以及动态演化规律。研究成果具有国际先进水平和重要空间天气应用价值。其中 “Tailward leap of multiple expansions of the plasma sheet during a moderately intense substorm: THEMIS observations”等三项成果上AGU流行榜（Most View）。已发表、在印和接受论文共计19篇，其中SCI论文18篇。获得空间探测仪器发明专利2项。因此，本课题已经按计划完成了课题基本研究任务，实现了预期目标。