电离层Alfven谐振器与极光粒子加速的相关研究

采用自洽波粒作用模型，模拟Alfven波对粒子的加速过程，考虑到电离层反馈效应，分析电离层电导率、Alfven波的频率与空间尺度等参数对粒子加速的影响，探讨电离层Alfven谐振器在粒子加速过程中的作用。在此基础上，结合小尺度极光的观测结果，针对极光细弧、闪烁极光等形态，分析小尺度极光的时空尺度、变化特性与电离层Alfven谐振器的关系。本项目将有助于进一步理解极光的形成与变化。

在极区磁层电离层耦合体系中，Alfven波不仅携带能量作为极光电子加速的源，其作为信号也能够触发各种不稳定性导致能量的耦合，更可以在一定条件下直接加速极光电子形成极光。本课题分别通过理论分析电离层Alfven谐振腔（IAR）以及数值模拟小尺度Alfven波对极光粒子的加速过程研究电离层以及近地空间中等离子体分布的剧烈变化对极光粒子加速的影响。.首先，利用已有的模型，经过理论的推导以及数值计算对IAR的特性及其对波传播的影响进行了详细研究。创新点在于考察电离层参数与磁倾角的变化对IAR的影响以及因此产生的对地磁信号的调制。并利用分层（磁层、电离层、大气层）模型，分析了电离层电导率以及磁场方向对电离层Alfven谐振（简称IAR）反馈不稳定性的影响。其结果对于IAR的理论研究以及随后对极光粒子加速机制的研究有很大的帮助。.其次，通过动力论（Vlasov方程）模拟小尺度Alfven波对极光电子的加速，结果表明近地空间等离子体密度的剧烈变化不仅导致波与粒子的剧烈耦合，同时被小尺度Alfven波加速的电子所携带的场向电流被背景电子携带的场向电流所平衡，而且由于磁镜效应Alfven波的反射被反射电子携带的场向电流所调制。这一结果可以解释卫星观测中超热电子(super-thermal electrons)并不携带场向电流的现象。模型的建立为以后进一步研究极光粒子加速提供了重要基础。