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磁层环境对非线性波粒相互作用的影响

批准号:
42074193
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
俞江
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:
俞江

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
波粒相互作用(wave-particle interaction)在辐射带粒子动力学演化过程中起着至关重要的作用。目前认为,非线性波粒相互作用是造成辐射带粒子快速变化的重要因素之一。过去的研究主要考虑了偶极磁场和冷等离子体近似下的非线性波粒相互作用。但是,在地磁扰动时期,偶极磁场模型和冷等离子体近似并不总是满足的。本项目拟通过带电粒子在电磁场中的运动方程,建立一个非偶极磁场条件下、包含热等离子体效应的试验粒子模型,并利用该模型参数化研究背景磁场和热等离子体变化对非线性波粒相互作用的影响。同时,模型将结合卫星观测数据,研究真实空间环境中的非线性波粒相互作用及其造成的辐射带高能电子的变化。
英文摘要
Wave-particle interaction plays a key role in the evolution of radiation belt particles. Nonlinear wave-particle interaction is suggested to greatly contribute to the rapid changes of radiation belt particles. Previous studies on the nonlinear wave-particle interaction are mostly under the assumptions of the dipole magnetic field and the cold plasma approximation. However, these two assumptions are sometimes inappropriate during the active times. This project is aimed at developing a test-particle model including the hot plasma effect in a non-dipole magnetic field model on the basic of particle motion equations in the electromagnetic field. Based on this model, a parametric study will be conducted to investigate how the background magnetic field and hot plasmas impact on the nonlinear wave-particle interaction. Combined with in-situ measurements from satellites, the model will be applied to study the nonlinear wave-particle interaction and its effect on the changes of radiation belt electrons in the realistic space environment.
波粒共振相互作用在辐射带快速演化的过程中起到关键作用,分析背景磁场和等离子体环境对线性和非线性波粒共振相互作用的影响有助于完善对辐射带高能粒子动力学过程的理解。本项目结合理论计算和卫星观测,研究了地球非偶极磁场和热等离子体环境对辐射带电子与等离子体波之间的线性和非线性共振相互的影响。一方面,基于动力学色散关系和电磁场中带电粒子的运动方程,建立了磁层中大幅度等离子体波与带电粒子相互作用的试验粒子模型,利用该模型研究了热质子对相对论电子与电磁离子回旋波相互作用的非线性行为的影响,发现了热质子控制电子非线性行为的主导因素。另一方面,分析了非偶极场模型对电子回旋谐波的空间分布及其与电子的共振相互作用的影响,评估了壳状速度分布的热等离子体中电磁离子回旋波与辐射带相对论电子的共振相互作用。并进一步利用卫星观测数据,研究了真实空间磁场和等离子体环境对波粒共振相互作用的影响。本项目的实施对于认识和理解真实空间环境中的线性和非线性波粒共振相互作用具有重要科学意义,对于构建和完善辐射带动力学模型和预报辐射带空间天气具有重要的现实意义,从而可以有效减少和避免空间天气灾害事件的发生。
壳状速度分布热质子对电磁离子回旋波 的激发及其效应的影响
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    俞江
  • 依托单位:
国内基金
海外基金