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磁层顶三维数值模型

作　者: 刘子谦
导　师: 吕建永；弓巧侠
学　校: 郑州大学
专　业: 光学
关键词: 磁层顶太阳风条件行星际磁场南北分量太阳风动压
分类号: P353
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

Shue et al.[1997]模型中提出了一个数学函数：其中(r,θ)是磁层顶的空间参数,用来表示磁层顶的位置。r是特定θ角下地球中心到磁层顶的连线距离,θ角是此连线和日地连线的夹角。(r0,α)是磁层顶的位形参数,用来描述磁层顶的尺度和形状。r0是日下点距离,表示地球中心到日下点的距离即磁层顶尺度,α是磁层顶张角,表示磁尾闭合或张开的特性即磁层顶形状。由Shue97模型可知,日下点距离r0和张角α是太阳风条件(太阳风上游地区的行星际磁场南北分量BZ和太阳风动压DP)的函数。本文使用的资料是全球太阳风-磁层-电离层MHD模拟数据,利用太阳风流线方法判断磁层顶,以Shue97模型为基础研究三维情况下磁层顶位形参数和太阳风条件的关系,并给出磁层顶三维数值模型。因为Shue97模型是二维模型,所以我们在空间参数(r,θ)基础上加入方位角φ把二维磁层顶模型扩展到三维。磁层顶位形参数(r0,α)不仅是太阳风条件(BZ,DP)的函数,首先是方位角φ的函数。(r0,α)的函数形式是：系数(a0,a2;b0,b2)和φ无关,只是太阳风条件的函数,根据Shue97模型中(r0,α)的函数形式可知(a0,a2;b0,b2)的函数形式是：这样我们就得到了一个磁层顶三维模型,可以计算任一太阳风条件下的磁层顶三维形状。根据本文模型计算赤道面磁层顶位形参数(r0,α)和太阳风条件(BZ,DP)的关系。Bz北向增大时,r0略微增大,α减小；BZ南向增大时,r0略微减小,α减小。DP增大时,r0明显减小,r0和DP是幂函数关系,α几乎不变。磁场主要影响磁层顶形状,动压主要影响磁层顶尺度。总体来说赤道面磁层顶形状随太阳风条件的变化不大,说明赤道面磁层顶具有较强的自相似性。根据本文模型计算子午面磁层顶位形参数(r0,α)和太阳风条件(BZ,DP)的关系。BZ北向增大时,r0略微增大,α减小；BZ南向增大时,r0略微减小,α增大。DP增大时,r0明显减小,r0和DP是幂函数关系,α几乎不变。磁场主要影响磁层顶形状,动压主要影响磁层顶尺度。太阳风条件变化,子午面磁层顶形状的变化大于赤道面磁层顶形状的变化。子午面磁层顶因为极尖区的存在而分为两段,而本文模型还是使用一条曲线拟合,所以误差较大。所有太阳风条件下,本文模型和MHD模拟数据符合都比较好。行星际磁场北向时本文模型和经验模型符合比较好,行星际磁场南向时本文模型和经验模型符合比较差。这个问题的原因目前尚不明确,有待我们今后工作进一步研究。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-9
目录  9-11
第一章引言  11-23
  1.1 磁层顶简介  11-14
  1.2 磁层顶理论模型和经验模型  14-15
  1.3 低纬磁层顶经验模型介绍  15-19
    1.3.1 Petrinec and Russell[1996]模型  15-17
    1.3.2 Shue et al.[1997,1998]模型  17-18
    1.3.3 Chao et al.[2002]模型  18-19
  1.4 高纬磁层顶经验模型介绍  19-22
    1.4.1 Boardsen et al.[2000]模型  20-22
  1.5 本文研究目的  22-23
第二章数据简介和分析  23-27
  2.1 数据简介  23-24
  2.2 磁层顶判断  24-27
第三章磁层顶位形参数和太阳风条件的关系  27-40
  3.1 磁层顶位形参数(r_0,α)和方位角φ的关系  27-31
    3.1.1 位形参数(r_0,α)的计算  27-30
    3.1.2 位形参数(r_0,α)和方位角φ的关系  30-31
  3.2 系数(a_n,b_n)和太阳风条件(B_Z,D_P)的关系  31-40
    3.2.1 磁层顶位形参数(r_0,α)和行星际磁场南北分量B_Z的关系  32-34
    3.2.2 磁层顶位形参数(r_0,α)和太阳风动压D_P的关系  34-36
    3.2.3 磁层顶位形参数(r_0,α)和太阳风条件(B_Z,D_P)的关系  36-38
    3.2.4 系数(a_n,b_n)和太阳风条件(B_Z,D_P)的关系  38-40
第四章磁层顶三维数值模型  40-52
  4.1 磁层顶  40-42
  4.2 赤道面磁层顶  42-46
  4.3 子午面磁层顶  46-52
第五章讨论  52-62
  5.1 本文模型和Shue98模型比较  52-54
  5.2 本文模型和Boardsen2000模型比较  54-56
  5.3 子午面磁层顶和赤道面磁层顶比较  56-62
第六章结论  62-65
参考文献  65-68
致谢  68

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