利用波矢滤波法对超低频空间等离子体波动的探测研究

地球空间中等离子体波是地球空间能量传输和信息传输的重要媒介，是了解地球空间等离子体微观动力学过程的基本要素。波矢滤波法是建立在多点卫星探测磁场数据基础上的一个新型波动分析工具。它可以求出空间超低频等离子体波的波矢。本课题在Cluster四颗卫星探测磁场数据的基础上，研制波矢滤波法软件，并应用于磁尾等离子体片和内磁层中，了解这些区域超低频等离子体波的波矢和其它特性，更加深入的理解空间等离子体动力学过程。

地球空间中等离子体波是地球空间能量传输和信息传输的重要媒介，是了解地球空间等离子体微观动力学过程的基本要素。波矢滤波法是建立在多点卫星探测磁场数据基础上的一个新型波动分析工具。它可以求出空间超低频等离子体波的波矢。本课题按计划进行。我们首先在Cluster四颗卫星探测磁场数据的基础上，研制出一套波矢滤波法软件，并应用于磁层和太阳风等离子体波动和湍流研究，了解这些区域超低频等离子体波的波矢和其它特性，以及伴随着低频波动的电流传输和等离子体片磁场扰动与太阳风磁场的关系。.课题研究取得了一些重要结果。我们发现地球极尖区湍流具有动理学阿尔芬波的特征。利用四颗卫星计算的等离子体密度梯度，我们对波动产生机制进行了讨论并发现波动传播方向与密度梯度方向几乎平行，这表明观测到的阿尔芬波可能来与附近区域的波模转换过程有关。我们还利用Cluster卫星和SWARM卫星多点多点探测数据，研究了低频Alfven波携带的场向电流在磁层电离层耦合中的作用。首次直接用三维局域磁场梯度对不同区域场向电流进行耦合观测，发现在不同高度的两个区域场向电流在形态和结构上有着惊人的相似。这直接证明了场向电流在电离层和磁层耦合过程中所起的重要作用，它可以将能量从磁层从一个区域输运到另一个区域。研究成果发表在国际空间物理顶级期刊美国地球物理研究通讯（Geophysical Research Letter）上，并被列为欧洲空间局Swarm卫星发射一周年亮点成果。欧洲空间局Cluster卫星计划首席科学家Philippe指出：“Cluster和Swarm两个卫星计划在2014年春天的联合观测加深了我们对可能影响地球外源磁场的场向电流和磁层动力学的理解。