等离子体层顶位形统计研究

The plasmapause shape and position is one of the most important parameters in the inner magnetospheric researches，plays the key role in the coupling interaction of the plasmasphere, the ring current and the radiation belts in the magnetosphere, and is also an important indicator for the geomagnetic activities in the geospace. Multi-satellites observations of the plasmapause crossings covering several solar cycles will be used to compile a plasmapause crossings database, which will be used to investigate the relationships between plasmapause shape and position and geomagnetic indices (e.g., Kp, Dst, AE, and ASYH) during different solar cycles. The plasmapause outputs of the dynamic global core plasmaspheric model(DGCPM) with different time-delayed upstream solar wind and interplanetary magnetic field (IMF) inputs will be used to optionally match upstream solar wind and IMF parameters for the plasmapause crossings so as to construct a database of plasmapause crosssing and corresponding upstream solar wind and IMF parameters. Based on this database, a statistical model of plasmapause shape and position driven by upstream solar wind and IMF will be developed through the nonliear multi-parametrs best fitting process. This model will provide a basis for both geomagnetic activities and the inner magnetospheric research in space weather community.This project will help us to study and understand the evolution properties of the plasmapause shape and positions and the interaction process of the plasmasphere,the ring current and the radiation belts in the magnetosphere, and also provide a solid basis for the plasmasphere observations and image inversions.

等离子体层顶位形是内磁层研究中最重要的参数之一，在等离子体层和环电流、辐射带的耦合过程中起着重要的作用，也是近地空间地磁活动强度的重要因子。本项目利用多个太阳活动周期的卫星等离子体层观测数据，建立等离子体层顶穿越数据库，研究等离子体层顶位置与地磁指数（如Kp、Dst、AE、ASYH）和太阳风参数的关系，研究不同太阳活动周期等离子体层顶位形的变化规律。借助动态全球等离子体层模式，优化不同时间延迟的上游太阳风和行星际磁场（IMF）参数，合理提取等离子体层顶穿越对应的上游太阳风和IMF参数,建立等离子体层顶穿越与上游太阳风和IMF参数的数据库，通过非线性多参数拟合的方法构建等离子体层顶位形统计模式。该项目的实施有助于研究等离子体层和等离子体层顶的动力学过程，研究等离子体层、环电流和辐射带的耦合过程，以及为等离子体层的监测以及图像反演提供依据。

等离子体层顶位置是内磁层研究中最重要的参数之一，也是地磁活动强度的重要指示。研究等离子体层顶位置随地磁活动和太阳风参数的变化，用助于掌握等离子体层顶位置的演化规律，从而对地磁活动强度进行预报。本项目采用1977-2015年期间，跨越4个太阳活动周期的18颗卫星等离子体层观测数据，建立了迄今为止规模最大的地球等离子体层的数据库，并基于该数据库建立了目前性能最好的动态地球等离子体层顶模式。本项目首先研究了不同等离子体层观测设备的数据处理方法，包括离子就位探测数据、等离子体波探测数据、卫星电势探测数据和光学遥感探测数据，分别采用不同的数据反演方法获取了等离子体层密度，在根据地球等离子体层顶穿越判据确定了磁赤道面等离子体层顶位置。其次，根据等离子体层顶穿越时间，匹配了地磁活动指数和时间延迟的太阳风和行星际磁场参数，最终建立了包含近十万等离子体层顶穿越数据的庞大数据库。基于该数据库，本项目研究了不同太阳活动、地磁活动、太阳风和行星际磁场参数条件下等离子体层顶位形的变化特性，并获得了等离子体层顶位置的日变化、季节变化和太阳周期变化等特征。基于该数据库和统计特征，本项目建立了由太阳风速度、行星际磁场Z分量、Dst指数和AE指数共同驱动的动态地球等离子体层顶模式，该模式具有磁地方时连续性。通过与以往模式比较，本项目建立的模式具有最佳的等离子体层顶预报性能。本项目建立的等离子体层顶数据库和动态地球等离子体层顶模式将为今后地磁活动预报、内磁层研究等奠定重要基础，也可以为内磁层耦合模式的建立、MHD模型等的改进提供重要参考。