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空間物理學(xué)進(jìn)展(第八卷) 版權(quán)信息
- ISBN:9787030739186
- 條形碼:9787030739186 ; 978-7-03-073918-6
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù):暫無(wú)
- 重量:暫無(wú)
- 所屬分類(lèi):>
空間物理學(xué)進(jìn)展(第八卷) 內(nèi)容簡(jiǎn)介
介紹空間物理學(xué)領(lǐng)域的前沿進(jìn)展,包括太陽(yáng)風(fēng)研究、電離層研究、弓激波研究等。介紹空間物理學(xué)領(lǐng)域的前沿進(jìn)展,包括太陽(yáng)風(fēng)研究、電離層研究、弓激波研究等。介紹空間物理學(xué)領(lǐng)域的前沿進(jìn)展,包括太陽(yáng)風(fēng)研究、電離層研究、弓激波研究等。介紹空間物理學(xué)領(lǐng)域的前沿進(jìn)展,包括太陽(yáng)風(fēng)研究、電離層研究、弓激波研究等。介紹空間物理學(xué)領(lǐng)域的前沿進(jìn)展,包括太陽(yáng)風(fēng)研究、電離層研究、弓激波研究等。介紹空間物理學(xué)領(lǐng)域的前沿進(jìn)展,包括太陽(yáng)風(fēng)研究、電離層研究、弓激波研究等。介紹空間物理學(xué)領(lǐng)域的前沿進(jìn)展,包括太陽(yáng)風(fēng)研究、電離層研究、弓激波研究等。
空間物理學(xué)進(jìn)展(第八卷) 目錄
序言
第1章太陽(yáng)風(fēng)湍流的本質(zhì)1
1.1引言1
1.2太陽(yáng)風(fēng)湍流各向同性串級(jí)1
1.3太陽(yáng)風(fēng)湍流特性的觀測(cè)研究17
1.4太陽(yáng)風(fēng)湍流耗散25
1.5太陽(yáng)風(fēng)湍流發(fā)展29
參考文獻(xiàn)35
第2章太陽(yáng)風(fēng)及日冕物質(zhì)拋射傳播過(guò)程的三維磁流體力學(xué)數(shù)值模擬41
2.1引言41
2.2三維磁流體力學(xué)數(shù)值模型簡(jiǎn)介43
2.3行星際空間背景太陽(yáng)風(fēng)的模擬44
2.4日冕物質(zhì)拋射的觸發(fā)及在行星際空間傳播、偏轉(zhuǎn)的模擬57
2.5總結(jié)與展望70
參考文獻(xiàn)72
第3章空間高能粒子事件及粒子的加速和傳播77
3.1太陽(yáng)高能粒子事件的觀測(cè)77
3.2高能粒子的加速機(jī)制79
3.3高能粒子在太陽(yáng)風(fēng)中的傳播90
3.4結(jié)語(yǔ)96
參考文獻(xiàn)96
第4章弓激波和磁層頂模型研究100
4.1弓激波位型的研究進(jìn)展100
4.2磁層頂位型的研究進(jìn)展111
4.3總結(jié)與展望124
參考文獻(xiàn)124
第5章地球弓激波附近的瞬態(tài)現(xiàn)象及其對(duì)磁層電離層的影響128
5.1引言128
5.2弓激波附近的瞬態(tài)現(xiàn)象概述129
5.3弓激波附近的瞬態(tài)現(xiàn)象138
5.4弓激波附近的瞬態(tài)現(xiàn)象的磁層效應(yīng)145
5.5弓激波附近的瞬態(tài)現(xiàn)象的電離層效應(yīng)147
5.6討論148
參考文獻(xiàn)150
第6章磁場(chǎng)重聯(lián)電子擴(kuò)散區(qū)中高頻靜電波研究155
6.1引言155
6.2磁層多尺度衛(wèi)星探測(cè)項(xiàng)目及電子擴(kuò)散區(qū)觀測(cè)157
6.3新月形分布函數(shù)激發(fā)的高頻靜電波160
6.4小結(jié)和未解決的問(wèn)題170
參考文獻(xiàn)171
第7章喉區(qū)極光觀測(cè)特征與形成機(jī)制研究175
7.1引言175
7.2喉區(qū)極光對(duì)應(yīng)磁層頂凹陷結(jié)構(gòu)181
7.3喉區(qū)極光的統(tǒng)計(jì)特征186
7.4喉區(qū)極光相關(guān)的磁重聯(lián)特征188
7.5喉區(qū)極光概念模型194
7.6總結(jié)與展望195
參考文獻(xiàn)196
第8章極區(qū)電流系對(duì)行星際磁場(chǎng)的響應(yīng)199
8.1引言199
8.2NBZ與DPY場(chǎng)向電流的轉(zhuǎn)換關(guān)系202
8.3行星際磁場(chǎng)Bx對(duì)FACs的影響209
8.4Hall電流的季節(jié)變化及其對(duì)行星際磁場(chǎng)的響應(yīng)214
8.5總結(jié)219
參考文獻(xiàn)220
第9章熱層大氣響應(yīng)太陽(yáng)輻射變化研究225
9.1引言225
9.2熱層大氣對(duì)周期性太陽(yáng)輻射變化的時(shí)延響應(yīng)227
9.3熱層大氣對(duì)瞬時(shí)太陽(yáng)輻射變化的響應(yīng)239
9.4總結(jié)與展望242
參考文獻(xiàn)244
第10章中高層瞬態(tài)發(fā)光現(xiàn)象及其母體閃電相關(guān)性研究249
10.1引言250
10.2紅色精靈和光暈251
10.3藍(lán)色射流256
10.4巨大噴流260
10.5總結(jié)與展望266
參考文獻(xiàn)268
第11章火星殼磁場(chǎng)對(duì)于高層大氣逃逸的抑制和促進(jìn)作用272
11.1引言272
11.2火星殼磁場(chǎng)與大氣逃逸274
11.3火星殼磁場(chǎng)對(duì)大氣逃逸的抑制作用283
11.4火星殼磁場(chǎng)對(duì)大氣逃逸的促進(jìn)作用288
11.5總結(jié)297
參考文獻(xiàn)298
第12章木星和土星磁層研究303
12.1引言303
12.2行星基本屬性和磁層相關(guān)參數(shù)303
12.3木星磁層研究的近期進(jìn)展304
12.4土星磁層研究的近期進(jìn)展313
12.5總結(jié)與展望324
參考文獻(xiàn)325
空間物理學(xué)進(jìn)展(第八卷) 節(jié)選
第1章 太陽(yáng)風(fēng)湍流的本質(zhì) 王新1,2,吳紅紅2,涂傳詒2 1北京航空航天大學(xué) 2北京大學(xué), 1.1 引言 太陽(yáng)風(fēng)是由太陽(yáng)日冕向外發(fā)出的充滿(mǎn)行星際空間的等離子體流,是聯(lián)系太陽(yáng)與地球磁層環(huán)境的主要介質(zhì)。太陽(yáng)風(fēng)擾動(dòng)具有湍流的特性,湍流能量可以通過(guò)串級(jí)和耗散達(dá)到加熱等離子體的效果。然而,太陽(yáng)風(fēng)湍流的本質(zhì)仍不清楚,其核心的研究課題是能量的串級(jí)和耗散過(guò)程。 本章主要從太陽(yáng)風(fēng)湍流的各向同性串級(jí)、特性、耗散和發(fā)展四個(gè)方面闡述了觀測(cè)研究的相關(guān)進(jìn)展。新發(fā)現(xiàn)主要包括:①太陽(yáng)風(fēng)湍流慣性區(qū)的功率譜各向異性由間歇結(jié)構(gòu)導(dǎo)致,挑戰(zhàn)了學(xué)術(shù)界關(guān)于臨界平衡串級(jí)導(dǎo)致譜各向異性的流行觀點(diǎn);②二維和三維的自相關(guān)函數(shù)等值面在1h尺度上有各向同性特征,且沒(méi)有出現(xiàn)隨著尺度減小,各向異性增強(qiáng)的現(xiàn)象,這一結(jié)果不支持臨界平衡串級(jí)模型和動(dòng)態(tài)對(duì)齊模型在太陽(yáng)風(fēng)湍流中的應(yīng)用;③在1AU附近的太陽(yáng)風(fēng)高速流中發(fā)現(xiàn)了一例純阿爾文波的存在,并基于對(duì)其中的Elssser變量z-噪聲本質(zhì)的研究,質(zhì)疑了太陽(yáng)風(fēng)中的串級(jí)是由內(nèi)外傳播非線性相互作用導(dǎo)致的觀點(diǎn);④太陽(yáng)風(fēng)湍流的磁場(chǎng)間歇結(jié)構(gòu)主要(86.5%)是旋轉(zhuǎn)間斷面類(lèi)型的結(jié)構(gòu),只在極少數(shù)情況下(1.8%)是切向間斷面類(lèi)型的結(jié)構(gòu),而旋轉(zhuǎn)間斷面類(lèi)型的結(jié)構(gòu)沒(méi)有顯著的局地溫度升高現(xiàn)象,因此間歇對(duì)太陽(yáng)風(fēng)高速流總的加熱效應(yīng)有限,不能成為太陽(yáng)風(fēng)加熱的主要能量來(lái)源;⑤湍流譜拐點(diǎn)的頻率位置符合回旋共振耗散理論的預(yù)期,支持了串級(jí)能量通過(guò)回旋共振方式耗散的觀點(diǎn);⑥無(wú)論是在低速流還是高速流中,掃頻能量供應(yīng)率和質(zhì)子垂直加熱率都吻合得很好,這表明在5AU的日心距離內(nèi),隨著太陽(yáng)風(fēng)向外膨脹,通過(guò)含能區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)閼T性區(qū)也就是低頻拐點(diǎn)掃頻的方式,能量從含能區(qū)注入慣性區(qū),且足以支持太陽(yáng)風(fēng)質(zhì)子加熱所需。這一結(jié)果說(shuō)明太陽(yáng)風(fēng)湍流是發(fā)展的,且太陽(yáng)風(fēng)湍流的發(fā)展和太陽(yáng)風(fēng)加熱密切相關(guān)。 1.2 太陽(yáng)風(fēng)湍流各向同性串級(jí) 太陽(yáng)風(fēng)湍流功率譜密度和譜斜率隨著背景磁場(chǎng)方向變化的現(xiàn)象被稱(chēng)為太陽(yáng)風(fēng)湍流譜的各向異性(Horbury et al.,2012)。Horbury等(2008)利用Ulysses飛船在太陽(yáng)風(fēng)高速流中測(cè)量到的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)和小波分析方法,得到了太陽(yáng)風(fēng)湍流慣性區(qū)磁場(chǎng)譜的各向異性。他們指出,當(dāng)局地背景磁場(chǎng)方向與太陽(yáng)風(fēng)速度方向平行時(shí),衛(wèi)星參考系中的磁場(chǎng)功率譜的斜率為-2;而當(dāng)局地背景磁場(chǎng)方向與太陽(yáng)風(fēng)速度方向垂直時(shí),譜斜率為-5/3.這一觀測(cè)結(jié)果被認(rèn)為支持太陽(yáng)風(fēng)湍流中存在“臨界平衡串級(jí)”(Goldreich and Sridhar,1995;Schekochihin et al.,2009)。隨后,太陽(yáng)風(fēng)湍流慣性區(qū)磁場(chǎng)譜斜率的各向異性被多次觀測(cè)到(Podesta,2009;Luo and Wu,2010;Wicks et al.,2011;Forman et al.,2011;Chen et al.,2011)。 然而,臨界平衡串級(jí)理論假設(shè)互螺度為零,這一假設(shè)并不符合太陽(yáng)風(fēng)高速流的實(shí)際情況(Podesta,2009);速度譜在局地背景磁場(chǎng)與太陽(yáng)風(fēng)速度方向垂直時(shí)的斜率為-3/2,不同于垂直情況下磁場(chǎng)譜的斜率-5/3,也無(wú)法用臨界平衡串級(jí)理論來(lái)解釋。 湍流的間歇性與譜各向異性一起構(gòu)成了太陽(yáng)風(fēng)湍流的兩個(gè)重要特性。太陽(yáng)風(fēng)湍流中的間歇現(xiàn)象表征為大振幅擾動(dòng)的出現(xiàn)概率明顯大于高斯分布的預(yù)期。觀測(cè)表明,間歇現(xiàn)象隨擾動(dòng)尺度的減小表現(xiàn)得更加明顯(Marsch and Liu,1993;Marsch and Tu,1994;Sorriso-Valvo et al.,1999;Bruno et al.,2003),而太陽(yáng)風(fēng)湍流譜各向異性的強(qiáng)弱也與尺度有關(guān)(Wicks et al.,2011),即磁場(chǎng)譜和速度譜的各向異性?xún)H在湍流慣性區(qū)中較小的時(shí)間尺度(10~100s)上出現(xiàn);在慣性區(qū)中相對(duì)較大的時(shí)間尺度(100~1000s)上,磁場(chǎng)譜和速度譜都沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的各向異性。這說(shuō)明太陽(yáng)風(fēng)湍流的間歇性和譜各向異性之間可能存在一定聯(lián)系,然而,其中的聯(lián)系還未被研究。另外,Horbury等(2012)猜測(cè),除了臨界平衡串級(jí)之外,間斷面也可能導(dǎo)致譜的各向異性,但是沒(méi)有給出相應(yīng)的觀測(cè)依據(jù)。Li等(2011)的觀測(cè)結(jié)果表明電流片的數(shù)量會(huì)影響湍流譜的斜率,但是并沒(méi)有研究譜各向異性。 Wang等(2014)在小波分析方法的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了從原始數(shù)據(jù)中去掉局地間歇結(jié)構(gòu)的新方法,用于探索去掉間歇結(jié)構(gòu)后磁場(chǎng)譜和速度譜的各向異性是否仍然存在的問(wèn)題,通過(guò)這一新方法分析間歇結(jié)構(gòu)對(duì)太陽(yáng)風(fēng)湍流慣性區(qū)磁場(chǎng)譜和速度譜各向異性的影響。該工作共選取了Wind衛(wèi)星在L1點(diǎn)觀測(cè)到的七個(gè)太陽(yáng)風(fēng)高速流的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,其中每個(gè)高速流持續(xù)的時(shí)間為3~4天。 間歇就是擾動(dòng)幅度較大的結(jié)構(gòu),其出現(xiàn)概率大于高斯分布的預(yù)期。以下簡(jiǎn)述尋找和去除間歇的過(guò)程。為了定量分析間歇,我們引入?yún)?shù)局地相對(duì)擾動(dòng)量I(Marsch and Tu,1994;Greco et al.,2008;Osman et al.,2011),它相當(dāng)于歸一化的結(jié)構(gòu)函數(shù),表征了在固定尺度和固定時(shí)刻上的擾動(dòng)幅度大小。由于擾動(dòng)的幅度也可用小波系數(shù)的模來(lái)衡量,基于該想法,Wang等(2014)利用Morlet小波系數(shù)W定義了I: (1.1) 其中,*,xyz代表地心太陽(yáng)黃道坐標(biāo)系(geocentric solar ecliptic,GSE坐標(biāo)系)下的三個(gè)方向,尖括號(hào)〈〉表示整體平均。陡峭度F被用作診斷高斯型分布的指標(biāo),即當(dāng)F=3時(shí)為高斯分布,F(xiàn)越大則偏離高斯分布越明顯。在此工作中F被定義為 (1.2) 利用迭代方法,在每個(gè)尺度τ上分別得到一個(gè)閾值IGauss(τ),使得滿(mǎn)足I(t,τ)IGauss(τ)就可找出不同尺度上的間歇結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。 文獻(xiàn)(Wang et al.,2014)中圖1.1和圖1.2以2008年1月14日到2008年1月20日的高速流(即文章中提到的#3高速流)為例,表示了去除磁場(chǎng)間歇和速度間歇的過(guò)程。從圖中看出,原始的分布明顯偏離了高斯分布。在去除間歇的過(guò)程中,新的分布逐漸趨于高斯型。從七個(gè)高速流的IGauss(τ)結(jié)果可以看到,對(duì)于磁場(chǎng)來(lái)說(shuō),在慣性區(qū)5s1.5和I>1.0的情況,紅線對(duì)應(yīng)全部去除間歇(I>IGauss=0.3)的結(jié)果;(b)高速流3的速度譜各向異性,其中,黑線對(duì)應(yīng)原始情況,藍(lán)線和紫線分別對(duì)應(yīng)部分去除間歇I>1.5和I>0.8的情況,紅線對(duì)應(yīng)全部去除間歇(I>IGauss=0.56)的結(jié)果;(c)七個(gè)高速流各向異性的平均值,其中某一角度上的譜斜率為七個(gè)高速流在該角度上的斜率的平均值,黑線、藍(lán)線和紅線分別對(duì)應(yīng)原始、去除部分間歇和去除全部間歇的情況。(a)、(b)的誤差棒為線性擬合計(jì)算過(guò)程中得出的誤差,(c)、(d)的誤差棒為七個(gè)高速流在某角度上的斜率的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Wang et al.,2014) 圖1.1(c)和(d)中給出了七個(gè)高速流的譜斜率各向異性的平均結(jié)果。其中某一角度上的譜斜率為七個(gè)高速流在該角度上的斜率的平均值,黑線、藍(lán)線和紅線分別對(duì)應(yīng)原始、去除部分間歇(I>1.5)和去除全部間歇的情況。圖1.1(c)所顯示的結(jié)果與圖1.1(a)基本相似,即當(dāng)去除間歇之后,磁場(chǎng)譜斜率的各向異性減弱,*后在各個(gè)角度上,磁場(chǎng)譜斜率的值保持為-1.63±0.02。但是,在原始情況下,角度區(qū)間0°~6°上的譜斜率值為-1.87±0.09,并不能達(dá)到-2,這一結(jié)果與Goldreich和Sridhar(1995)提出的“臨界平衡串級(jí)”理論并不相符。另外,圖1.1(d)所顯示的速度譜平均斜率的標(biāo)準(zhǔn)偏差較大,以至于不能顯著地區(qū)分出不同θRB上的譜斜率是否相同,因此不能看到明顯的速度譜各向異性。這說(shuō)明速度譜的各向異性情況在七個(gè)高速流中是有差異的。 以上觀測(cè)結(jié)果表明湍流慣性區(qū)磁場(chǎng)譜和速度譜斜率相對(duì)于局地背景磁場(chǎng)方向的各向異性可能是由間歇結(jié)構(gòu)引起的,即除了臨界平衡串級(jí)之外,間歇也可以控制湍流譜斜率的各向異性。另外,IGauss保持不變的尺度(磁場(chǎng)為5~100s、速度為40~400s)為磁場(chǎng)和速度分別定義了一個(gè)新的湍流亞慣性區(qū),也可稱(chēng)為“間歇區(qū)”。這個(gè)間歇區(qū)在磁流體湍流的慣性區(qū)以?xún)?nèi),但已經(jīng)基本接近耗散區(qū),該區(qū)域中包含了大量的間歇結(jié)構(gòu)。這些間歇結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)湍流串級(jí)產(chǎn)生影響,從而影響了湍流譜的斜率。然而,對(duì)于間歇區(qū)形成的原因還不清楚,還需要進(jìn)一步的研究。
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