磁場(chǎng)重聯(lián)中的低頻波動(dòng)和絕熱動(dòng)力學(xué)阿爾芬孤立波.pdf

1、本文主要研究磁場(chǎng)重聯(lián)中的低頻波動(dòng)和絕熱過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)Alfvén孤立波。
　　 1.在磁場(chǎng)重聯(lián)低頻波動(dòng)方面的主要工作包括:
　　 磁場(chǎng)重聯(lián)在空間等離子體中扮演重要角色，它可以有效地轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化等離子體的物質(zhì)、動(dòng)量和能量。空間等離子體中的許多爆發(fā)現(xiàn)象以及太陽(yáng)風(fēng)和地球磁層的相互作用都與磁場(chǎng)重聯(lián)有關(guān)。磁場(chǎng)重聯(lián)與波動(dòng)有緊密聯(lián)系。波動(dòng)可能是觸發(fā)重聯(lián)的因素之一，而重聯(lián)過(guò)程中磁力線(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變和高速粒子的產(chǎn)生都是激發(fā)波動(dòng)的重要來(lái)源。在

2、本文中，主要研究重聯(lián)激發(fā)的低頻波動(dòng)特性。
　　 本文采用二維三分量混雜模擬程序模擬了重聯(lián)過(guò)程。在重聯(lián)達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)后的隨體坐標(biāo)中，利用快速傅里葉分析法研究了波動(dòng)的頻譜特性，利用最小方差分析法研究了波動(dòng)的傳播方向和偏振特性。通過(guò)研究不同重聯(lián)區(qū)域的波動(dòng)，給出了波動(dòng)的空間分布特性。并結(jié)合觀測(cè)討論了本文的研究結(jié)果。
　　 本文研究結(jié)果表明:重聯(lián)區(qū)的低頻波動(dòng)以Alfvén離子回旋波為主，其頻率主要集中在0-1個(gè)離子回旋頻率之間，偏振特

3、性為左旋。其中入流區(qū)波動(dòng)以小振幅的Alfvén離子回旋波為主，傳播方向以沿磁場(chǎng)方向?yàn)橹?，頻率較高，其主峰常常高于0.5個(gè)當(dāng)?shù)仉x子回旋頻率;而出流區(qū)波動(dòng)以大尺度的湍動(dòng)為主，振幅較大，頻率較低，主要集中在0-0.6個(gè)當(dāng)?shù)仉x子回旋頻率之間，其旋轉(zhuǎn)特性相對(duì)較雜亂。由此推測(cè)重聯(lián)可以產(chǎn)生左旋低頻Alfvén波，并提供了一些磁尾和極區(qū)的觀測(cè)證據(jù)。本文還結(jié)合其他采用混雜模擬研究波動(dòng)傳播的文章，討論了本文研究結(jié)果的可靠性，解釋了本文結(jié)果與觀察出現(xiàn)不同的原

4、因。
　　 另外本文的研究結(jié)果還表明出流區(qū)大尺度的湍動(dòng)會(huì)引起部分Hall重聯(lián)四極結(jié)構(gòu)的分布出現(xiàn)部分翻轉(zhuǎn)，這可以解釋衛(wèi)星觀測(cè)到的一些與Hall理論相反的數(shù)據(jù)點(diǎn)。
　　 2.在絕熱動(dòng)力學(xué)Alfvén孤立波方面的主要工作包括:
　　 動(dòng)力學(xué)Alfvén孤立波(SKAWs)伴隨有密度擾動(dòng)和平行于磁場(chǎng)方向的電場(chǎng)擾動(dòng)，是空間等離子體物理的重要研究?jī)?nèi)容之一。SKAWs可以解釋空間等離子體中觀測(cè)到的強(qiáng)電磁擾動(dòng)，其平行電場(chǎng)對(duì)等離子

5、體中波粒相互作用和磁層-電離層耦合有重要意義。已有大量文章從觀測(cè)、理論和數(shù)值模擬方面對(duì)SKAWs進(jìn)行了研究。為了簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)分析，以往許多關(guān)于SKAWs的研究都采用了等溫假設(shè)。但是事實(shí)上在不同的等離子體中熱力學(xué)過(guò)程并不相同。許多研究表明在不同的空間等離子體區(qū)域，絕熱指數(shù)的取值各不相同，甚至在同一地區(qū)的不同方向絕熱指數(shù)也會(huì)不同。因此，研究不同熱力學(xué)過(guò)程中絕熱指數(shù)對(duì)SKAWs的影響是有必要的。
　　 為此本文在絕熱條件下對(duì)SKAWs進(jìn)行

6、了研究。本文從雙流體模型出發(fā)，采用Sagdeev勢(shì)方法，在小振幅近似下得到了SKAWs的解析解。并在相同參數(shù)下，數(shù)值分析了SKAWs的波形和擾動(dòng)場(chǎng)隨絕熱指數(shù)的變化情況。通過(guò)對(duì)比絕熱過(guò)程和等溫過(guò)程中SKAWs的差別大小，分析了絕熱指數(shù)對(duì)SKAWs的修正程度。
　　 本文的研究結(jié)果表明隨著絕熱指數(shù)的增加，SKAWs波形的振幅變小、寬度變大，其平行方向的擾動(dòng)電場(chǎng)變小，垂直方向的擾動(dòng)電磁場(chǎng)變大。而且相比于等溫過(guò)程，絕熱過(guò)程的修正是顯著的