磁尾能量的储存，释放和输运

The storage, release and transport of energy in the magnetotail are closely associated with geomagnetic storm and substorm, and are also important parts of solar wind –magnetosphere, thus having significant scientific importance. Previous researches mainly focus on basic properties of the storage, release and transport of energy in the magnetotail, and paying a little or no attention to .their status prior to and during some impulsive and transient events such as solar wind disturbance geomagnetic storm, substorm, magnetic reconnection and bursty bulk flows, etc. This project, using multi satellite measurements in the magnetotail, aims to study the storage, release and transport of energy in the magnetotail prior to, during and after impulsive and transient events, and the possible influences to these events. In the past decade, there have been three satellites (Cluster, DSP and THEMIS ) which operated in the magnetosphere and/or solar wind. Therefore they can not only provide high quality multi point measurements of magnetotail but also, if well coordinated, simultaneous measurements of magnetotail and solar wind. These high quality and unprecedented multi point measurements ensure the implementation of this project. .

磁尾能量的储存，释放和传输是与磁暴和亚暴密切相关的磁尾物理过程，也是太阳风－磁层耦合的重要一环。因而具有重要的科学意义。以往的研究大都聚焦于磁尾能量的储存，释放和传输的基本特性,较少或没有考虑在一些爆发性和瞬态事件(太阳风突变，磁暴，亚暴，磁场重联，等离子体片高速流等)期间磁尾能量存储,释放和输运的状态。本项目拟利用多个磁尾卫星探测数据，研究磁尾能量储存，释放和输运在磁层和太阳风中爆发性或瞬态性事件前期和期间的状态和演化过程，进而探讨磁尾能量储存，释放和输运对这些事件本身可能存在的影响和因果关系。在过去的10年间，在磁层和/或太阳风中运行的三颗卫星Cluster，THEMIS和双星不仅能够提供精确的多点磁尾（瓣区和等离子体片区）探测数据，而且三者相互配合能够经常提供同时的太阳风和磁尾探测数据。这些以前从未有过的数据构成为本项目的顺利实施提供了可靠的数据保准。

地球磁尾能量储存，释放和传输对于磁暴和亚暴的触发和演化具有重要作用。本项目利用卫星探测数据和计算机模拟，研究磁尾等离子体片在爆发性事件触发和演化过程中能量储存，释放和传输过程，进而发现磁尾等离子体片状态与爆发性事件触发和演化之间的联系以及可能的因果关系。.本课题按计划完成任务，共发表64篇SCI文章。基本实现了预期目标,取得了一系列重要进展，得到了学术界广泛关注和高度评价, .1.磁尾能量储存，释放和传输.（1）成功研发出一种新的发现磁零点方法(FOTE方法)。它不但能够用于Cluster等大尺度结构分布的卫星，也能成功用在MMS这种小尺度结构分布的卫星上。进一步我们利用FOTE方法发现磁重联中能量耗散并不发生在X点，而是发生在O点,挑战了过去几十年所建立起来的磁重联的理论框架。.（2）建立了一个基于U-B空间计算阿尔芬层新方法，很好地解释了以往方法无法解释的暴时同步轨道高能电子渗透现象。利用中国双星计划TC-1数据,构建了国际上第一个磁尾等离子体片内边界全球经验模式，有关软件已被用于分析卫星充电故障。.（3）首次发现地球磁层和电离层电流耦合的观测证据。研发出第一个基于物理过程的电离层电子沉降模式。.（4）发现等离子体片中多方指数并不是以往理想状态下的绝热多方指数，而是一个准等温的多方指数,对等离子体片磁流体力学能量输运公式做出了重要修正。.2. 磁尾能量储存，释放和传输与在磁暴和亚暴触发和演化过程中的重作用.（1）高速流在近地等离子体片的刹车可以激发亚暴锲形电流，多个连续高速流的刹车可以产生环电流。在近地高速流的刹车和反弹区域，能量电子得到有效加速。爆发性整体流携带的能量基本可以提供亚暴期间焦耳加热和粒子沉降所消耗的能量,.（2）亚暴和强对流能为等离子体片提供大量的电离层上行氧离子，进而为环电流的增长提供了有利的条件。这些结果充分说明了磁尾高速流在磁暴和亚暴触发过程中的重要作用。