内磁层磁声波特征参量的空间分布研究

Fast magnetosonic (MS) waves, also named as ion Bernstein modes, can play an important role in the dynamics and evolution of the inner magnetosphere. After the Van Allen probe and ERG mission are successfully launched, the MS wave has become a research hot spot. However, it is an unsolved problem how to quantitatively identify MS waves. The experimental model of the spatial distribution for MS waves has not been built. This project focuses on the research of quantitative identification of MS waves, the spatial distribution of MS wave characteristic, and the relationship between the solar wind dynamic pressure, geomagnetic activity index and spatial distribution of MS wave characteristic. Based on observations of the EMFISIS instrument on the Van Allen probe, through the value distribution of the parameters (including the strength, wave normal angle, wave ellipticity, the degree of polarization) for MS waves, the project plans to obtain the quantitative criterion for identify MS waves. Through statistical analysis of the MS events, the spatial distribution of the frequency and strength for MS waves will be obtained. Thereafter, the experimental model will be built for the spatial distribution of the frequency and strength for MS waves in different the solar wind dynamic pressure and geomagnetic activity. The result of the project is expected to reveal the dynamics and evolution of the inner magnetosphere and be great helpful to build the dynamical model of the inner magnetosphere.

磁声波，即离子伯恩斯坦波，在内磁层动力学及其演化中具有重要的作用。随着范阿伦卫星及ERG卫星发射，磁声波成为当今空间物理的研究热点。但磁声波在实际观测中缺乏定量的标定，同时其空间分布也缺乏基于观测的经验模式。本项目以磁声波识别的定量标准、磁声波特征参量在内磁层不同区域的分布特征、内磁层磁声波特征参量随太阳风动压及地磁活动指数之间关系为主要的研究内容。通过范阿伦卫星的EMFISIS探测的波动强度、传播角、极化参量及平面度参量的数值统计分布特征，获得磁声波识别的定量标准。在此基础上，通过磁声波的统计分析， 获得磁声波的幅度及频率在内磁层不同区域的分布特征。最后结合太阳风及地磁活动指数的观测，建立不同的太阳风动压及地磁条件下的磁声波的幅度及频率的经验模型。研究结果将对揭示磁声波在内磁层中的演化过程，建立内磁层预报的动态模型具有重要意义。

磁声波，即离子伯恩斯坦波，在内磁层动力学及其演化中具有重要的作用。随着范阿伦卫星及ERG卫星发射，磁声波成为当今空间物理的研究热点。但磁声波在实际观测中缺乏定量的标定，同时其空间分布也缺乏基于观测的经验模式。本项目利用卫星与地面的联合观测，研究了快速磁声波的激发机制、快速磁声波的传播特性与空间分布特征、快速磁声波的波粒相互作用的特征及效应。本研究项目取得了一系列突出的研究成果：提出并验证了一种定量自动识别磁声波的新方法；建立并验证磁声波幅度基于地磁活动、磁层位置和磁声波特征参量为输入的解析回归模型，实现磁声波的数字化；获得了低混杂频率附近窄带磁声波的空间分布特征及其激发条件；通过PIC粒子模拟揭示了质子环分布的详细演化过程以及其对磁声波激发的影响；发现内磁层磁声波激发的一种新途径，即传输到内磁层的磁尾偶极化锋面中被加速的质子能够激发磁声波；观测上证实了的磁声波电磁特性可以很好地被冷等离子体理论描述；发现内磁层磁浸区的环电流质子能够同时激发磁声波和电磁离子回旋波；提出求解等离子体层顶附近磁声波方程的解析方法，发现磁声波在截止频率附近被全反射；首次发现了内磁层中磁声波散射的环电流质子的电离层迹象。研究成果被国际权威杂志《JGR》、《GRL》发表并被多次引用。以上研究结果对揭示磁声波在内磁层中的演化过程，建立内磁层预报的动态模型具有重要意义。