地球磁层电子回旋谐波与哨声波合声的关联性分析及物理机制研究

Many plasma waves can change the distribution of the energetic electrons via resonant wave-particle interaction in the Earth's magnetosphere. The plasma waves include the electron cyclotron harmonic (ECH) wave and whistler-mode chorus wave. Observations by satellites display that ECH and chorus waves can be exist at the same time and have a relative wave spectral density property. At present, the possible reasons and potential mechanisms for this property are still unknown. In this work, the relations between ECH wave and chorus wave are checked, using the THEMIS and VAN ALLEN PROBES satellite data. The wave parameters can be derived by some episode analysis, then the scattering effects of those waves on the dynamics of magnetospheric electrons can be evaluated, using the quasi-linear diffusion model. The results can reveal the mechanisms and increase recognition of plasma waves. Another, roles of ECH wave together with chorus wave on evolution of electrons can be investigated, which can promote studies of diffusion aurora and magnetosphere-ionosphere coupling.

地球磁层中的各种等离子体波动能与其中的电子发生波粒共振相互作用，从而导致这些电子的分布发生改变。这些波动包含电子回旋谐波（ECH，electron cyclotron harmonic）和哨声模式的合声波。卫星观测发现，地球磁层中ECH波和合声波可以同时出现，它们的波动强度呈现出关联性，其中蕴含着某些未知的物理机制。该项目主要基于对THEMIS和VAN ALLEN PROBES观测数据的分析，揭示出ECH波和合声波关联性的特征，分析它们之间这种具有关联性频谱特性的原因。通过事例分析获取波动的参数，并从波动产生的物理机制出发，使用准线性散射模型来研究具体的物理过程，给出适当的物理解释。所得研究成果，一方面可以探究ECH波和合声波具有关联性的物理机制，增加对磁层各种波动的认识；另一方面可以联合调查ECH波和合声波在磁层电子动力学演化过程中的作用，促进弥散极光形成机理及磁层电离层能量耦合的研究。

本项目基于多颗卫星观测数据，详细的统计了ECH波动的分布情况，得到了ECH的统计分布模型。研究结果表明，在5-15Re的区域内，ECH波的分布与MLT，Lshell及地磁活动有着密切的关系，并且主要发生于低纬度区域，夜测的ECH波动更加明显；对日侧ECH波动的统计结果表明，日侧ECH仍然具有一定的强度，对日侧弥散极光的形成具有一定的贡献。进一步使用准线性理论模型，在较为接近真实情况的磁场位型中，计算一阶ECH波动对辐射带电子的散射系数，分析ECH波动对电子的散射效应，结果表明ECH波在弥散极光的形成中具有重要的作用。同时对合声波的全球分布进行了统计分析与建模，并计算了合声波对辐射带电子的散射作用。结合上述的研究结果，对两者之间的关联性和及其对于辐射带电子产生的动力学效应进行讨论。所得研究成果，一方面可以探究ECH波和合声波的分布特性及关联性，增加对磁层各种波动的认识；另一方面可以联合调查ECH波和合声波在磁层电子动力学演化过程中的作用，促进弥散极光形成机理及磁层电离层能量耦合的研究。