近磁尾Pi2 ULF波的动力学过程研究

ULF波动是近磁尾非常丰富的物理现象，它在磁层-电离层的耦合中起着重要作用。ULF波动与极光粒子加速、场向电流的形成以及磁尾能量的输运和耗散密切相关。近地磁尾ULF波的激发机制是国际上争论的焦点之一，通过事例分析，一种观点认为共振腔模式激发，另一种观点认为以磁尾高速流堆积驱动为主。存在争议的主要原因在于过去近磁尾的卫星少，而波动的激发机制和传播特性需要多颗卫星联合观测。THEMIS卫星组和变轨后的Cluster星座为解决这个问题提供了良好机会。本项目拟利用THEMIS、Cluster等穿过近磁尾的多颗卫星观测，对近磁尾Pi2 ULF波动的动力学过程进行研究：（1）在磁场堆积区域波动的激发、传播特性和波模转化过程；（2）波动在中心片、等离子体边界层和等离子体层中波动的相关性；（3）波动在磁层-电离层耦合中的作用。为了解磁暴和亚暴等空间天气事件的物理过程提供重要参考信息。

本项目利用多卫星和全球多个地磁台站数据综合分析了磁尾Pi2 ULF波的产生机制、传播特征、及其极光和地磁效应。主要取得了三方面的工作进展：（1）建立了磁尾Pi2 ULF波事件库，发展了Pi2的数据处理和分析方法；（2）通过事例分析，认证了近磁尾Pi2初始为压缩波，可传播进入内磁层，也可转化为剪切波后沿着磁力线传播至高纬电离层，与地面Pi2具有较高相关性，调制极光亮度的波动。二维混合数值模拟结果也显示Alfven波在近磁尾和高纬电离层对极光的产生具有重要作用；（3）统计分析了BBF中ULF波动性质，其主要成分为Pi2脉动，其周期与BBF的速度和径向位置相关，其不同波模的谱指数不同，频率范围在5~60 mHz范围内的波动的谱指数符合高斯分布，Vi 和 V//的谱指数分别为1.95和2.07，接近大振幅间歇性低频湍流的谱指数，B⊥的谱指数为1.44，接近3/2 （Kraichnan）。