An observational and numerical simulation study of plasma instability related with substorm injections and ULF wave excitation

与亚暴注入和 ULF 波激发相关的等离子体不稳定性的观测和数值模拟研究

• 批准号: 22KJ0532
• 负责人: 山本 和弘
• 金额: $ 2.08万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0532/
• 关键词: ULF波動; ドリフトバウンス共鳴; リングカレント; サブストーム; 内部磁気圏; Van Allen Probes衛星; あらせ衛星

本年度では、地球の内部磁気圏における1-100 keVのエネルギーを持つイオンで構成されたリングカレントのドリフト運動論的グローバル数値シミュレーションを行い、超低周波（Ultra-Low Frequency, ULF）波動の励起機構の解明を試みた。2013年10月29日にRBSPs衛星で観測されたULF波動に着目し、LANL衛星・Iridum衛星の観測データに基づいて、磁気圏・電離圏におけるシミュレーション境界条件の設定を行った。リングカレントのモデルとしては、Maxwell方程式と5次元のイオン分布関数のVlasov方程式を連立させて解くドリフト運動論的グローバルモデルを使用した。はじめに、Iririum衛星の2次元電流密度分布を空間的にフィッティングした10分値データを電離圏境界条件として与えたところ、ほぼ全期間を通して10分間隔のバースト状の擾乱が発生していること分かった。シミュレーション時間にして7,200秒後に、~7 mHzで一定の振動数を持つcompressional変動が見られた。この変動は大きな波数を持っていたため、リングカレントイオンによって励起されたULF波動の可能性がある。この変動が発生していた時間帯は、衛星でULF波動が観測された時間帯とほぼ一致している。一方で、衛星観測ではpoloidal方向の磁場変動が観測されているものの、平行方向の振動はほとんど観測されておらず、磁場変動が卓越する極性が異なる結果が得られた。この結果は、プラズマ密度やプラズマ圧などのシミュレーション設定と現実の値との違いに起因している可能性があり、波動の励起に寄与する要因を同定することにつながると考えられる。

This year で は, earth の internal magnetic 気 sha-lu に お け る 1-100 keV の エ ネ ル ギ ー を hold つ イ オ ン で constitute さ れ た リ ン グ カ レ ン ト の ド リ フ ト kinetic theory of グ ロ ー バ ル the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を い, ultra-low Frequency (Ultra - Low Frequency, ULF) Fluctuation excitation mechanism <s:1> explanation を test みた. On October 29, 2013 に RBSPs satellite で 観 measuring さ れ た ULF fluctuations に mesh し, LANL · Iridum satellites の 観 measuring デ ー タ に base づ い て, magnetic 気 sha-lu, ionization sha-lu に お け る シ ミ ュ レ ー シ ョ ン line boundary conditions set の を っ た. リ ン グ カ レ ン ト の モ デ ル と し て は, Maxwell's equations と five yuan の イ オ ン number distribution masato の Vlasov equation を particsun さ せ て solution く ド リ フ ト kinetic theory of グ ロ ー バ ル モ デ ル を use し た. は じ め に, Iririum satellite の two yuan current density distribution を space に フ ィ ッ テ ィ ン グ し た 10 nt デ ー タ を ionization sha-lu boundary conditions と し て and え た と こ ろ, ほ ぼ を flux during whole し て 10 points interval の バ ー ス ト shape の disrupt が 発 raw し て い る こ と points か っ た. シ ミ ュ レ ー シ ョ ン time に し て に, after 7200 seconds to 7 mHz で certain の vibration number を hold つ compressional - move が see ら れ た. こ の - moved は big き な wavenumber を hold っ て い た た め, リ ン グ カ レ ン ト イ オ ン に よ っ て wound up さ れ た ULF fluctuations の possibility が あ る. こ の - move が 発 raw し て い た time 帯 は, satellite で ULF fluctuations が 観 measuring さ れ た time 帯 と ほ ぼ consistent し て い る. Side で, satellite 観 で は poloidal の the direction of the magnetic field variations dynamic が 観 measuring さ れ て い る も の の, parallel direction の vibration は ほ と ん ど 観 measuring さ れ て お ら ず, magnetic field variations が excellence す る が different polarity な る results ら が れ た. こ の results は, プ ラ ズ マ density や プ ラ ズ マ 圧 な ど の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン set と now be の numerical と の violations い に cause し て い る possibility が あ り, volatility の に send excitation with す る by を be す る こ と に つ な が る と exam え ら れ る.

项目成果

A Statistical Study of the Solar Wind Dependence of Multi‐Harmonic Toroidal ULF Waves Observed by the Arase Satellite

• DOI: 10.1029/2021ja029840
• 发表时间: 2021-12
• 期刊: Journal of Geophysical Research: Space Physics
• 作者: K. Yamamoto;K. Seki;A. Matsuoka;S. Imajo;M. Teramoto;M. Kitahara;Y. Kasahara;A. Kumamoto;F. Tsuchiya;M. Shoji;S. Nakamura;Y. Miyoshi;I. Shinohara

A drift-kinetic simulation study of excitation of ULF waves based on the observations of the field-aligned current and the ring current ions

基于场对准电流和环流离子观测的超低频波激发漂移动力学模拟研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Kazuhiro Yamamoto;K. Seki;T. Amano;A. Nakamizo;Y. Miyoshi;and T. Yamakawa
• 通讯作者: and T. Yamakawa

Second harmonic poloidal standing Alfven waves excited by a steep gradient of proton phase space density at the edge of the nose structure

由鼻子结构边缘的质子相空间密度的陡梯度激发的二次谐波极向驻阿尔芬波

• 发表时间: 2021
• 作者: Kazuhiro Yamamoto;K. Seki;M. Nose;A. Mastuoka;M. Teramoto;R. Nomura;S. Kasahara;S. Yokoya;K. Keika;K. Asamura;Y. Kasahara;A. Kumamoto;F. Tsuchiya;M. Shoji;Y. Miyoshi;I. Shinohara;H. Spence;G. Reeves
• 通讯作者: G. Reeves

A Drift-kinetic Simulation Study of Poloidal ULF Wave Excitation Based on the Observations of Field-aligned Current and Ring Current Ions

基于场对准电流和环形电流离子观测的极向超低频波激发的漂移动力学模拟研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Kazuhiro Yamamoto;K. Seki;T. Amano;A. Nakamizo;Y. Miyoshi;and T. Yamakawa
• 通讯作者: and T. Yamakawa

Excitation of drift-compressional mode waves by drift resonance with ring current ions: Arase observation

通过环流离子的漂移共振激发漂移压缩模式波：Arase 观察

• 发表时间: 2023
• 作者: Kazuhiro Yamamoto;A.V. Rubtsov;D. V. Kostarev;P. N. Mager;D. Yu. Klimushkin;M. Nose;A. Matsuoka;K. Asamura;Y. Miyoshi;S. Yokota;S. Kasahara;Y. Kasahara;A. Kumamoto;F. Tsuchiya;M. Shoji;S. Nakamura;and I. Shinohara
• 通讯作者: and I. Shinohara