kappa空间等离子体中哨声波非稳定性与传播特性的研究
批准号:
41204114
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
周庆华
依托单位:
学科分类:
D0411.空间物理学
结题年份:
2015
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
贺慧勇、贺艺华、杨昶、何兆国、张赛
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中文摘要
目前工作表明,哨声波与高能电子的相互作用是产生辐射带高能电子随机加速和投掷角扩散过程的主要机制之一。这种波-粒相互作用的强度取决于哨声波的非稳定性幅度和传播特性以及空间分布。但有关哨声波的非稳定性和全球性空间分布特性的相关观测数据很少。在此,我们计划建立三维的电磁波激发和路径跟踪模型,整合观测数据,数值模拟和理论分析,具体研究高热(kappa) 等离子体中哨声波非稳定性的基本内在条件,系统分析不同地磁活动条件下地球辐射带区域kappa等离子体中哨声波的传播特性和空间分布规律。为进一步研究辐射带哨声波与高能电子相互作用产生的高能电子动力学演化过程提供前期基础。
英文摘要
Current works have shown that interaction between whistler mode waves and energetic electrons is one of the primary mechanisms for the acceleration and pitch angle scattering of radiation belt energetic electrons. Such wave-particle interaction is found to depend on the instability, propagation and the spatial distribution of whistler mode waves. However, observations of the instability and the spatial distribution of whistler mode waves are currently scarce. Here, we plan to develop a three-dimensional ray-tracing model. By incorporating data treatment,theoretical analysis and numerical simulation, we shall study the internal condition for instability of whistler mode waves in kappa space plasmas, and systematically analyze the propagation and the spatial distribution of whistler mode waves in the Earth's radiation belts under different geomagnetic activities. This work will provide a foundation to the further research on the dynamic evolution of energetic electrons induced by the interaction between whistler mode waves and energetic electrons in the Earth's radiation belts.
哨声波(合声波、嘶声波和快磁声波)与高能电子的相互作用是产生辐射带高能电子随机加速和投掷角扩散过程的主要机制之一。这种波-粒相互作用的强度取决于哨声波的非稳定性幅度和传播特性以及空间分布。本项目系统研究了高热(kappa)空间等离子体中哨声波的非稳定性内在条件;基于三维电磁波路径跟踪模型分析了哨声波的传播特性;整合观测数据、理论分析和数值模拟,研究了地球外辐射带区域哨声波的空间分布规律;通过求解包含绝热过程,径向扩散和波-粒相互作用等机制的三维Fokker-Planck方程,研究了哨声波与电子相互作用引起的高能电子随机加速等物理过程。主要的研究结果包括:(1)外辐射带高热等离子体中各向异性的热电子能有效激发哨声模合声波。合声波的增长率在平行传播时最大。在斜传播时,由于朗道阻尼的作用,合声波的增长率随着倾斜程度的增加而急剧降低。初始传播角约等于0(平行传播)或180°(反平行传播)的合声波具有最大的路径积分增益。(2)哨声模合声波主要分布在等离子体层顶以外。夜侧到凌晨区域的哨声模合声波在磁纬度15°以下的空间范围内强度最高,与卫星观测的统计结果一致。(3)哨声模合声波在传播过程中有可能穿过等离子体边界层,进入等离子体层内部,并在等离子体层内发生多次反射,演化为哨声模嘶声波。(4)哨声模合声波与电子的相互作用能够有效加速外辐射带高能电子;种子电子注入、哨声模合声波与哨声模嘶声波的传播角变化对外辐射带高能电子动力学演化有重要影响;哨声模合声波与快磁声波的共同加速能导致外辐射带相对论电子通量反常蝴蝶型分布。上述工作有助于理解不同地磁活动期哨声波的全球分布特征及演化规律,为进一步建立基于实际卫星探测结果的哨声波波时空演化模型,以及研究辐射带哨声波与高能电子相互作用产生的高能电子动力学演化过程打下了基础。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Effect of low energy electron injection on storm-time evolution of radiation belt energetic electrons: three-dimensional modeling
低能电子注入对辐射带高能电子风暴时间演化的影响:三维建模
DOI:10.1007/s10509-014-1984-x
发表时间:2014-06
期刊:Astrophysics and Space Science
影响因子:1.9
作者:Zhonglei Gao;Qinghua Zhou;Chang Yang;Fuliang Xiao
通讯作者:Fuliang Xiao
Excitation of nightside magnetosonic waves observed by Van Allen Probes
范艾伦探测器观测到的夜侧磁声波的激发
DOI:10.1002/2014ja020481
发表时间:2014-11
期刊:Journal of Geophysical Research - A: Space Physics
影响因子:--
作者:H. O. Funsten;J. B. Blake;D. N. Baker;J. R.Wygant
通讯作者:J. R.Wygant
DOI:10.1002/2014ja019822
发表时间:2014-05
期刊:Journal of Geophysical Research: Space Physics
影响因子:--
作者:F. Xiao;Chang Yang;Zhaoguo He;Z. Su;Qinghua Zhou;Yihua He;C. Kletzing;W. Kurth;G. Hospodarsky-G.-Hospod
通讯作者:F. Xiao;Chang Yang;Zhaoguo He;Z. Su;Qinghua Zhou;Yihua He;C. Kletzing;W. Kurth;G. Hospodarsky-G.-Hospod
DOI:10.1002/2013ja019263
发表时间:2013-11
期刊:Journal of Geophysical Research: Space Physics
影响因子:--
作者:Qinghua Zhou;F. Xiao;Chang Yang;Yihua He;L. Tang
通讯作者:Qinghua Zhou;F. Xiao;Chang Yang;Yihua He;L. Tang
DOI:10.1007/s10509-014-2046-0
发表时间:2014-07
期刊:Astrophysics and Space Science
影响因子:1.9
作者:Chang Yang;Lewei Zhang;Yihua He;Si Liu;Qinghua Zhou
通讯作者:Chang Yang;Lewei Zhang;Yihua He;Si Liu;Qinghua Zhou
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:59万元
- 批准年份:2020
- 负责人:周庆华
- 依托单位:
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
- 批准号:41674166
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:68.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:周庆华
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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