磁层三维电流体系的多点卫星探测分析

The geomagnetosphere is a huge electromagnetic system and the global complicated three dimensional current system within magnetosphere is the foundation for the storage, transformation and release of the energy. This project is focused on analyzing the three dimensional current system in the magnetosphere. With the previously developed multipoint data analysis methods, we will investigate the magnetic data observated by the 4 satellites of Cluster, 3 to 5 satellites of THEMIS, 4 satellites of MMS and 3 satellites of SWARM, and further make statistical survey, so as (1) to reveal the current sheet structure of the magnetopause boundary layer, the global spatial distribution of the magnetopause current and its variation with the disturbance of solar wind; (2) to get the real structures of region 1 and region 2 fieldaligned current and the substorm current wedge, and their dynamic evolution with magnetic storms and substorms; (3) to obtain three dimensional distribution feature and dynamic evolutions of the ring current and partial ring current within the inner magnetosphere, and its relationship with the field-aligned currents; (4) to explore the relationship between the magnetopause current, ring current and the fieldaligned currents. Based on these works, we may uncover the real structures and dynamic evolutions of the magnetospheric global three dimensional current system, have a deep insight into magnetospheric dynamic process, and hence, pave the way for finding the mechanism of the magnetospheric space storms and constructing the physical models for forecasting magnetospheric space storms.

地球磁层是一个巨大的电磁耦合系统，在磁层空间复杂全球三维结构中流动着的电流体系，是磁层内部能量储存、转移、释放过程的基础。本项目致力于分析研究磁层三维电流体系，拟运用自主开发的多点卫星探测数据分析新方法，分析Cluster四颗卫星、THEMIS 3-5颗卫星、MMS四颗卫星以及SWARM三颗卫星的磁场数据，并加以统计分析，从而（1）揭示磁层顶边界层的电流片结构，磁层顶电流的全球分布特征以及随太阳风扰动的变化规律；（2）发现I 区、Ⅱ区场向电流以及亚暴电流楔的真实精细结构、全球空间分布特征以及随磁暴、亚暴的动态演化规律；（3）获得内磁层环电流和部分环电流的三维空间分布特征，动态发展，及其与场向电流的关系；（4）探索磁层顶电流、环电流分布以及场向电流的衔接关系。以实现对磁层全球三维电流体系真实结构及动态演化的深入认识，加深对磁层动力学过程的理解，为揭示磁层空间暴机理和建立物理预报模式奠定基础。

地球磁层是一个巨大的电磁耦合系统，在磁层空间复杂全球三维结构中流动着的电流体系，是磁层内部能量储存、转移、释放过程的基础。本项目致力于利用各种星座探测数据，分析研究磁层三维电流体系，实现对磁层全球三维电流体系真实结构及动态演化的深入认识。本项目按计划开展研究工作，已经完成了项目研究目标，取得了丰富的原创性研究成果和突破性进展。为利用星座观测数据分析磁层电流体系全球分布特性，建立了多卫星探测分析场量高阶梯度、磁力线完全拓扑结构以及边界层曲面几何结构的原创性分析方法和算法，是多卫星探测分析领域的重要突破。利用Cluster、MMS等星座探测数据，获得磁层顶边界层结构、电流分布和电荷分布特征；揭示了亚暴电流楔场向电流的驱动机制；对空间电荷密度的原创性测量分析首次证实内磁层的Alfven层和相关大尺度电荷分离层的存在，揭示了二区场向电流的驱动机制；分析地面多台站观测数据，揭示磁层稳态对流过程磁暴的环电流动态演化规律；实现由地面地磁台站监测磁暴环电流分布与活动指数；并且自主开发了高精度的磁暴神经网络预报模型。提出了空间电荷密度的2种原创性探测方案，倡导从电荷密度测量和分析的新视角认识磁层全球电流体系。项目研究实现了对磁层全球三维电流体系真实结构及动态演化的深入认识，所取得的研究成果具有重要理论价值和应用意义。在项目资助下，共计发表学术论文20篇。