近月空间动力学过程的混合模拟和卫星观测研究

由于与月球相关的基本尺度与空间等离子体离子特征尺度相近（或更小），空间等离子体与月球相互作用的过程并不能完全的用磁流体力学加以描述，而是存在许多的动力学过程，对于这些现象的研究尚不完善。本项目拟基于THEMIS卫星观测结果，建立二维和三维大尺度混合模拟模型，系统的研究月表磁异常与空间等离子体的耦合过程。（1）通过模拟中近月空间非热离子分布产生与否和空间分布，分析非热离子的产生机制以及其与不同的空间等离子体环境和磁异常结构之间的关系，进而利用卫星观测数据反演磁异常结构特征；（2）利用观测和模拟，研究在月球尾迹中的高度各向异性等离子体中所具有的各种不稳定性和其所激发的低频电磁湍动的基本性质。本项目的研究可以加深人们对于近月空间环境的了解，并配合我国的探月计划，具有重要科学意义。

本项目针对近月空间动力学过程，磁尾动力学过程以及太阳风中前兆激波区域的湍动进行了研究，主要研究成果包括：利用混合模拟对月球磁尾的再注入过程进行了研究，讨论了在模拟过程中为了防止数值不稳定性而在月尾预设的等离子体密度对静电激波形成的影响，完善了前人的结果，即除了离子与电子之间的温度比，预设的月尾等离子体密度的大小也对由离子声不稳定性所产生的静电激波有着决定性的作用；利用ARTMEIS卫星，对月球尾迹对重联的结构有的影响进行了研究；利用Cluster卫星，对在磁尾活动时期可以频繁发现的等离子体泡进行了研究，我们的结果表明等离子体泡可以跟据其磁场和等离子体结构分成两种类型，其中存在一前一后两个锋面的是等离子体泡后期演化的形态，其运动特征呈现出减速的特征，同时我们也对与之相关的场向电流体系以及其在电离层的响应进行了分析；利用一维混合模拟结合Cluster卫星观测，我们对前兆激波中的湍动现象进行了研究，在一段时间上连续的湍动过程中，磁场的波形，在卫星参照系中极化的演化以及等离子体的离子分布函数存在明显的不同，进一步的，利用混合模拟，我们可以定性的重现观测现象，其磁场波形，极化以及离子分布函数的不同可以用离子/离子右旋不稳定性在非线性区域的演化较好的解释，同时我们也利用模拟对离子/离子左旋不稳定性的非线性演化进行了研究；较好的按照计划执行了项目，发表SCI论文7篇