亚暴期间磁尾等离子体速度变化引起的不稳定性

本项目拟通过多卫星对亚暴膨胀相触发过程的联合观测资料分析，结合理论分析和数值计算，综合研究磁层亚暴膨胀相触发过程中，磁尾等离子体片及其边界层内与等离子体速度变化相关的不稳定性和波动特征。结合磁层亚暴触发过程的多时空尺度特征，本项目将以多卫星联合观测资料为依据，采取磁流体力学和动力学相结合的理论研究方法，深入分析不同强度的亚暴膨胀相触发过程中，在磁尾等离子体片及其边界层内，不同时空尺度的等离子体速度变化所激发的不稳定性和波动，以及分析这些不同尺度等离子体不稳定性之间的耦合特征；比较不同强度亚暴膨胀相触发过程中速度变化所驱动的不稳定性的异同。从而揭示亚暴膨胀相触发过程中能量的转化关系，明晰亚暴膨胀相触发过程在磁层空间天气预报中所起到的作用。

本项目通过多卫星对亚暴过程的多点同时观测（主要是利用了TC-1、Cluster、IMAGE、Geotail、THEMIS等卫星），结合空间等离子体理论分析，研究亚暴过程中磁尾近地等离子体片内与速度变化相关的不稳定性激发和演化的度特征。研究结果表明亚暴触发一般发生在近地磁尾等离子体片X~ -8 RE − -12 RE处，它的触发区范围较小；在亚暴触发前后近地磁尾等离子体片中的波动具有明显不同，亚暴触发之后的电磁扰动要明显强于亚暴触发之前的扰动，在亚暴触发过程中多种波动可以同时存在，特别是动理学Alfvén波对亚暴触发过程中电流楔的形成有重要作用；在亚暴触发过程中的磁扰动与近地磁尾等离子体片中的高速离子整体流变化有密切关系，如磁场偶极化现象；在亚暴触发及亚暴膨胀相过程中，存在多个磁场偶极化的磁扰动，这些磁场偶极化可分为三种类型：一种是在近地等离子体片中与亚暴触发紧密相连的偶极化，它是由某种等离子体不稳定性驱动；第二种是在亚暴触发之后的磁场偶极化，伴随磁场有明显变化，而离子整体速度很小，它与磁尾等离子体片在亚暴触发之后的急剧膨胀相关；第三种是在膨胀相中与高速离子整体流相关的磁场偶极化，它是直接由离子高速流驱动的。亚暴过程中近地磁尾等离子体片内离子的速度剪切和速度各向异性分布均可驱动动理学Alfvén波的产生，动理学Alfvén波不仅在亚暴触发过程中起着重要作用，而且在亚暴膨胀相中不同类型能量转换过程中有重要作用，该波模是微观不稳定性与宏观不稳定性耦合的纽带。