Plume的统计研究及其在不同强度的地磁暴下的模拟演化

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等离子体层是磁层最冷,最稠密的内部区域,由电离层等离子体沿地磁场线的上行而形成。在日侧磁层顶的磁场重联直接驱动下,增强的日向对流侵蚀等离子体层的外层。侵蚀导致等离子体层的外边界在夜间向内移动,在日侧向外移动,这些浓密的等离子体向阳延伸到外磁层,形成密集的等离子体层plume。等离子体层在内部磁层中起着至关重要的作用。为了深入的理解这种等离子体层plume结构和分布及形成过程,我们做了如下几个方面的研究:第一,本研究借助 Van Allen Probes 卫星,通过 EMFISIS(Electric and Magnetic Field Instrument Suite and Integrated Science)测量的等离子体层密度数据,根据判定条件从2013年1月至2018年12月共72个月期间找出了内磁层的等离子体层plume。首先我们对内磁层中等离子体层plume在MLT-L坐标内的分布进行了统计分析,分析了等离子体层plume的时空分布及其发生率的特点。结果表明,等离子体层plume在L~5-6的区域更容易被观测到,且等离子体层plume在下午侧的发生率明显较高。其次,我们还结合OMNI数据分析等离子体层plume的发生率与地磁活动的关系,并按照磁暴相位对等离子体层plume进行分类,我们发现等离子体层plume主要发生在磁暴的恢复相,而发生在磁暴初相和主相的较少。此外,我们发现等离子体层plume在中等地磁活动水平(即小磁暴)和强地磁活动水平发生率较高。这一研究结果与Lee[1]等人的用Cluster卫星关于外磁层的观测研究结果并不完全一致,他们认为等离子体层plume在中等地磁活动发生率高,而在强地磁活动发生率较低。第二,为了解释Van Allen Probes卫星(主要观测等离子体层plume在内磁层L≤6.2)以及Cluster卫星(主要观测到等离子体层plume在外磁层L≥8)观测到的等离子体层plume与地磁活动水平相关的发生率的差异,我们进行了一组试验粒子模拟,用来对比不同地磁暴期间等离子体层plume的演化。对此,我们分析了两个磁暴事件,一个中等地磁活动(2013年3月,Dst指数最小值为-37nT),另一个强地磁活动(2013年5月,Dst指数最小值为-72nT)。通过试验粒子模拟,我们分析了在这两次磁暴活动中,等离子体层和等离子体层plume的演化模拟结果显示,在中等地磁活动的等离子体层plume模拟演化过程中,等离子体层plume在L=8处比L=6处持续的时间更长,即在中等地磁活动时,等离子体层plume在L=8处更容易被观测到。而在强地磁活动水平时,等离子体在L=6处比L=8处持续时间更长,即在强地磁活动时,等离子体层plume在L=6处更容易被观察到。通过本文的研究,进一步明确了等离子体层plume的时空分布和发生率的,以及等离子体层plume与地磁活动水平、地磁暴相位的关系。从模拟的角度解释了我们用Van Allen Probes卫星统计结果与Lee[1]等人用Cluster卫星统计结果的差异的原因。并用模拟演化等离子体层plume,用图像直观地展示了等离子体层plume的形成过程。
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