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实验室科研人员研究表明行星际磁场是地球开闭磁力线边界的控制因素

2016年08月08日 星期一 14:31:57

行星际太阳风条件如何调制地球空间环境是空间天气研究的挑战性科学问题。地球磁场开闭力线边界(Open-closed field line boundary,简称OCB)是开放磁力线(一端连接地球,一端连接行星际太阳风)和闭合磁力线(两端均与地球相连)的分界面。 OCB内部区域决定了开放磁通的大小,从而决定了地球磁场能量的变化,进一步影响地球空间环境。一般认为,地球OCB受到向阳面磁层顶重联和磁尾重联的综合调制,是太阳风-磁层-电离层耦合程度的重要表征量之一。研究OCB的位置位形对于进一步研究太阳风与磁层相互作用的磁场重联和能量输运具有重要意义。

日前,实验室王赤研究员和王江燕博士等人利用自主开发的全球三维磁流体力学(PPMLR-MHD)模拟程序,系统研究了行星际磁场对地球OCB纬度变化的影响。他们利用PPMLR-MHD模型模拟了DMSP卫星观测到的两段典型OCB穿越时间,通过对比MHD和DMSP结果,验证了MHD模型可以重现准稳态磁层状态下的OCB 纬度观测结果。通过大量的数值实验,作者发现在行星际磁场存在By分量的情况下,晨侧OCB和昏侧OCB随行星际磁场条件变化而展现不同的变化规律;行星际磁场变化引起的磁场重联变化是导致OCB晨昏不对称性的重要因素。最后通过数值拟合,作者提出了用于描述晨昏侧OCB纬度及其不对称性与行星际磁场变化关系的经验公式。

该项工作揭示了引起OCB晨昏不对称性的物理机制,并首次给出了OCB纬度及其不对称性随行星际磁场条件变化的定量关系,为进一步定量研究太阳风向磁层的物质和能量输运提供了科学基础。该研究成果近期发表在美国地球物理学会(AGU)学术期刊《地球物理期刊》(Journal of Geophysical Research (JGR): Space Physics)上,并被选为当期的特色文章(“Featured article”)。

引用:

Wang, C., J. Y. Wang, R. E. Lopez, L. Q. Zhang, B. B. Tang, T. R. Sun, and H. Li (2016), Effects of the interplanetary magnetic field on the location of the open-closed field line boundary, J. Geophys. Res. Space Physics, 121, doi:10.1002/2016JA022784.



图 电离层等离子体对流和电势分布图,其中黑线是开闭磁力线分界面(OCB)

 

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