电子环分布激发的ECH波全球分布和不稳定性及其对辐射带电子的影响
批准号:
42074198
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
周庆华
依托单位:
学科分类:
空间天气学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
周庆华
中文摘要
磁层电子由于其分布函数的损失锥特征而表现为电子环分布(在约0.1-10keV附近,电子相空间密度随速度垂直分量的增大而增大),由电子环分布所激发的静电电子回旋谐波(ECH波)可导致高能电子在极光区的沉降损失,从而对辐射带高能电子动力学演化过程产生重要影响。但是ECH波的全球分布特征、不稳定性及对辐射带电子的影响还有待系统深入研究。本项目拟利用THEMIS、Van Allen和MMS等卫星的高精度探测数据。系统性地研究不同地磁活动条件下ECH波及电子环分布在波幅、波频率、环分布峰值及对应能量等方面的全球分布特征,结合观测数据、理论分析与数值模拟研究ECH不稳定性和传播特性,从而深入理解ECH波的全球分布规律,在此基础上研究不同地磁活动条件下ECH波驱动的辐射带电子动力学演化规律,从而有助于为建立一个基于卫星探测结果的,包含ECH波在内多种波模驱动的更精确的辐射带电子动力学模型打下良好的基础。
英文摘要
The loss cone feature of electrons in the magnetosphere appears as an electron ring distribution (the electron phase space density increases with the perpendicular velocity at energies between ~0.1 and 10 keV). Electrostatic electron cyclotron harmonic (ECH) waves generated by the electron ring distribution can produce efficient scattering loss of energetic electrons, which has a significant effect on the dynamics in the outer magnetosphere. However, the global distribution and instability of ECH wave and its effect on electrons in the radiation belt are still to be studied systematically. In this proposal, we shall study the global distribution of ECH waves and electron rings during different geomagnetic activities by using detection data from THEMIS spacecrafts, Van Allen probes and MMS satellites. We shall combine observational data, theoretical analysis and numerical simulation to study instability and propagation characteristics of ECH waves and understand their global distribution. We plan to study the dynamic evolution of energetic electrons driven by ECH waves under different geomagnetic conditions. This work will help to provide a foundation for the development of a more accurate model for dynamic evolution of energetic electrons in the radiation belt driven by various wave modes including ECH waves based on the satellite detection results.
空间等离子体中的静电电子回旋谐波可以通过波粒相互作用导致高能电子沉降损失,从而有效的影响辐射带高能电子的全球时空分布。本项目基于卫星观测数据对空间等离子体波动进行分类识别,运用统计方法研究了不同地磁活动条件下多谐波段ECH波的全球分布特征。分析了ECH波不稳定性和传播特性对其空间分布特征的影响。在此基础上基于准线性理论得到ECH波驱动的辐射带电子动力学演化规律。主要的研究结果包括:(1)随着地磁活动水平的增强,前4个谐波段ECH波的发生率均增大,它们的发生区域均向更靠近地球的方向扩展。第2-3谐波段ECH波在中午到黄昏区域基本不存在,在其它区域的发生率略小于第1谐波段ECH波的发生率。(2)背景密度、背景磁场、热电子成分等因素对不同谐波段ECH波的不稳定性和传播特性有不同的影响,导致不同强度第4谐波段ECH波的分布区域有较明显区别。(3)电子环分布可以在前4个谐波段有效地激发ECH波。较高的密度和较低的磁场强度对于产生强烈的高波段ECH波是有利的。(4)强烈的高谐波段ECH波与第1谐波段ECH波的作用类似,能够高效散射辐射带高能电子,从而对弥散极光的形成具有潜在贡献。上述研究工作为建立一个基于卫星探测结果的,包含ECH波在内多种波模驱动的更精确的辐射带电子动力学模型打下了良好的基础。
辐射带快磁声波全球分布特征的多卫星观测分析与数值模拟
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批准号:41674166
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项目类别:面上项目
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资助金额:68.0万元
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批准年份:2016
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负责人:周庆华
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依托单位:
kappa空间等离子体中哨声波非稳定性与传播特性的研究
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批准号:41204114
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2012
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负责人:周庆华
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依托单位:
国内基金
海外基金