太阳风－磁层－电离层系统时变过程的全球数值模拟研究

In succession to our last key project, we extend the study on quasi-steady large structures and processes of the solar wind - magnetosphere - ionosphere (SMI) coupling system to time-dependent processes, using 3D global MHD simulations. We will focus on two main time-dependent processes transferring energy from the solar wind to the magnetosphere: magnetic reconnection and Kelvin-Helmholtz (KH) instability, and their resulting dynamic activities of the magnetosphere and ionosphere. This effort will deepen our understanding of the energy transportation and dissipation mechanics in the SMI system and the magnetospheric weather.

本项目在我们前一个重点项目的基础上，将太阳风-磁层-电离层耦合系统（SMI）的准定态大尺度结构与过程的研究，提升推广到SMI系统的时变过程的全球数值模拟研究，聚焦于太阳风能量进入地球磁层的两个最重要的途径：磁重联过程和开尔文-赫姆霍兹（K-H）不稳定性，及其导致的磁层-电离层活动的动力学过程, 深入了解太阳风－磁层－电离层的能量传输与耗散机制和磁层天气的变化规律。

地球空间是人类航天活动、空间开发利用及空间军事活动的主要区域，是与人类活动息息相关的第四生存环境。作为地球空间环境的主要组成部分，太阳风、磁层和电离层通过磁场紧密相连，其间发生着物质、动量和能量的交换，其中任何一个区域的物理状态和动力学过程，必然会影响到其他区域，导致各个圈层相互作用，相互调制。研究太阳风-磁层-电离层之间的耦合过程对了解地球空间至关重要。. 本项目发展了发展和完善符合实际电离层电导模型的三维太阳风–磁层–电离层耦合系统的PPMLR-MHD数值模型。基于该模型和卫星观测数据开展了太阳风-磁层-电离层耦合过程研究，聚焦于太阳风能量进入地球磁层的两个最重要的途径：磁重联过程和开尔文-赫姆霍兹（K-H）不稳定性，及其导致的磁层-电离层活动的动力学过程, 取得了一系列成果，加深了对太阳风－磁层－电离层的能量传输与耗散机制和磁层天气的变化规律的了解，推动了太阳风—磁层相互作用全景成像卫星(SMILE)卫星项目的立项。. 项目共发表标注文章42篇，包括22篇JGR，2篇Space Weather，2篇ApJ，5篇JGR论文成为AGU研究亮点（Research Spotlight），2篇论文被选为Space Weather杂志特色文章（Featured in Space Weather）。项目实施5年间，培养博士生2名，硕士生3名，博士后出站1名。王赤研究员入选国家“万人计划”科技创新领军人才，获得国际宇航科学院通讯院士，孙天然获得中科院百篇优秀博士学位论文奖，项目成员还获得了诸如优秀毕业生、三好学生等一系列奖励，完成了项目的预期目标。