發(fā)布時間：2020-11-11 14:47

　　 地球輻射帶是近地空間的重要圈層之一,與磁層和電離層等其他區(qū)域會發(fā)生許多耦合作用,航天器的通信和運行也常常受到輻射帶環(huán)境的高度影響,因此對日地空間環(huán)境和空間天氣預(yù)報具有非常重要的研究意義,引起了空間物理學(xué)家們的廣泛關(guān)注,成為空間物理研究的熱點之一。幾十年來,人類發(fā)射了許多衛(wèi)星去測量輻射帶各個方面的物理特性,為空間探測、載人航天和衛(wèi)星通信應(yīng)用等提供更準確更詳細的現(xiàn)報和預(yù)報。2012年8月,美國NASA成功發(fā)射了Van Allen Probes衛(wèi)星,對地球輻射帶在不同時間和空間尺度上的動態(tài)過程和對近地空間環(huán)境的影響,進行了長時間和多點觀測,積累了大量有效觀測數(shù)據(jù),對輻射帶粒子動力學(xué)過程和動態(tài)變化的研究進一步深入,為輻射帶觀測研究和理論建模提供了很好的機遇。在輻射帶能量電子通量變化研究中,Summers、Fox以及Mauk等人在理論研究方面取得了一系列原創(chuàng)性的進展。Mauk et al.(2010)中提出了強磁化行星(地球、土星、木星、天王星、海王星)都具有類輻射帶結(jié)構(gòu),并通過觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),部分區(qū)域的能量電子差分通量都存在類似“拐點”的現(xiàn)象,并給出了相應(yīng)的理論模型。如地球輻射帶,L=4、5和6時,其電子通量變化往往會出現(xiàn)“拐點”,但是也存在著很多不同之處。為了更好的了解輻射帶的動態(tài)變化,我們利用Van Allen Probes觀測數(shù)據(jù),對典型磁暴期間輻射帶能量電子通量的變化特征進行細致分析和統(tǒng)計研究。我們選取了2012年到2015年期間的三個典型磁暴事件,對事件中Van Allen Probes的磁電子離子譜儀(MagEIS)和相對論質(zhì)子望遠鏡(REPT)儀器觀測的能量電子數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析。(1)首先我們選擇對典型磁暴期間的能量電子通量在磁暴發(fā)生前后和不同L-shell進行統(tǒng)計研究。結(jié)果表明,磁暴期間各L-Shell上的能量電子通量均會出現(xiàn)程度不同的變化。L=2區(qū)域的電子通量相對較為穩(wěn)定,磁暴環(huán)境對其通量的改變在很小的范圍內(nèi)波動;L=3、4、5、6區(qū)域的電子通量會隨著磁暴環(huán)境的影響而存在較大的變化,隨著磁暴強度的不同變化的程度也會不同。L=3時,高能電子通量處于較低水平,強磁暴環(huán)境下的中等能級電子通量能最高提升10~4倍;L=4時,在平靜期,電子通量會在中等能級處出現(xiàn)極小值,通量曲線形如“凹槽”,磁暴響應(yīng)下使得低能電子通量衰減的速率呈現(xiàn)1/E形態(tài);L=5和L=6時,低能電子通量都會出現(xiàn)形如1/E的衰減,衰減速率隨L值增大而增大,高能電子通量下降速率很快。輻射帶的位置并不是永恒不變的,隨著磁暴的發(fā)生,輻射帶的邊界會向內(nèi)侵蝕,從而改變各L-Shell相對于的輻射帶的位置。另外,在外輻射帶區(qū)域的能量電子通量確實存在“拐點”現(xiàn)象。(2)磁暴會伴隨著亞暴的發(fā)生,當AE指數(shù)較大時,VAP衛(wèi)星的通量觀測曲線有較大的差別。我們針對三個典型磁暴期間的亞暴事件展開研究,首先對2013年3月17日至30日期間AE指數(shù)較大的時間段進一步分析,試圖找尋這種差別與MLT或者AE、DST之間是否存在進一步的聯(lián)系。發(fā)現(xiàn)能量電子差分通量形式下的電子通量變化與MLT之間的關(guān)系沒有很明顯的體現(xiàn),但是較大的DST會導(dǎo)致給定L-Shell時的低中能電子通量存在明顯差異。因此,我們計劃在后續(xù)工作中通過將能量電子差分通量轉(zhuǎn)換成全向粒子積分通量來解決這一問題。(3)為了進一步研究電子通量變化中能量“拐點”的情況,我們采用最小二乘法對電子通量觀測數(shù)據(jù)進行擬合,驗證了擬合結(jié)果并討論了誤差大小。經(jīng)過對三個磁暴事件擬合結(jié)果的仔細分析,我們發(fā)現(xiàn):參數(shù)C的范圍在10~6-10~(12)區(qū)間內(nèi),L=5時會出現(xiàn)最小為10~4的結(jié)果;參數(shù)E0在1500-2500keV之間,上下限略有浮動;參數(shù)γ1處在1~3之間,且L=6區(qū)域的值整體上會比L=5時的要大,且L=5會出現(xiàn)在0.5~1之間的結(jié)果;參數(shù)γ2平穩(wěn)的在6~9之間變動。并存在參數(shù)C和γ1與DST之間存在正向相關(guān)性。結(jié)果表明,在L=4,5,6時能量電子差分通量變化的拐點的確存在,但是并不固定,參數(shù)E0是表征拐點所處能級的大小,依照參數(shù)E0的結(jié)果,拐點將在1500~2500keV范圍內(nèi)變化。本文的統(tǒng)計分析結(jié)果對輻射帶電子通量理論建模和未來輻射帶電子環(huán)境變化的預(yù)報現(xiàn)報等都具有很重要的研究意義。
【學(xué)位單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P353.4
【部分圖文】：

第一章 引言第一章 引言在地球海拔高度 1000KM 以上的被完全電離的等離子體稀薄區(qū)域被稱為地球磁層，磁層之中的電子和離子的運動往往受到地球磁場的作用，而正因為地球磁場的存在，才使得地球不會裸露在太陽風(fēng)等宇宙高能粒子環(huán)境之中，使地球生物才能得以生存。上世紀 30 年代，英國科學(xué)家 S.查普曼首次提出了地球磁層的概念，隨著航天技術(shù)的飛躍發(fā)展，在五六十年代通過人造地球衛(wèi)星證實了地球磁層的存在。地球磁層是日地物理研究中最重要的區(qū)域之一，它主要由各層結(jié)構(gòu)組成，包括磁層頂、弓激波、磁鞘、等離子體幔、等離子層、中性片、輻射帶、環(huán)電流區(qū)域、磁尾等。各層之間往往會發(fā)生許多耦合作用，對近地空間環(huán)境的變化和空間天氣預(yù)報具有非常重要的意義。

第一章 引言個方面的屬性，希望更多的了解輻射帶的動力學(xué)過程和動態(tài)變化，為空間探測、載人航天和衛(wèi)星通信應(yīng)用等提供更準確更詳細的現(xiàn)報和預(yù)報。1.1 地球輻射帶介紹早在 20 世紀初，就有人提出太陽在不停地發(fā)出帶電粒子，這些粒子將會被地球磁場俘獲，束縛在離地表一定距離的高空形成一條帶電粒子帶。地球輻射帶就是內(nèi)磁層中充滿了穩(wěn)定的被地磁場捕獲的高能帶電粒子的區(qū)域。50 年代末60 年代初，美國科學(xué)家詹姆斯·范艾倫根據(jù)“探險者”1 號、3 號、4 號的觀測資料證實了這條輻射帶的存在[1]，確定了它的結(jié)構(gòu)和范圍，并發(fā)現(xiàn)其外面還有另一條帶電粒子帶，于是離地面較近的輻射帶稱為內(nèi)輻射帶，離地面較遠的稱為外輻射帶，因是范艾倫最先發(fā)現(xiàn)的，故又稱為內(nèi)范艾倫帶和外范艾倫帶。

短暫的強磁擾動，每次延續(xù) 2~3 小時。1978 年，Victoria 會議對磁層亞暴及過程給出了基本一致的定義“磁層亞暴是起始于地球夜晚面的一種瞬態(tài)過程，此過程中來自太陽風(fēng)-磁層耦合的很大一部分能量被釋放并儲存在極區(qū)電離層磁層中”[4]。磁層亞暴包括太陽風(fēng)直接驅(qū)動過程和“裝-卸載”過程。其中“裝-卸”過程可以劃分為增長相（一般為 30 分鐘~1 小時），膨脹相和恢復(fù)相三個階[5]。高能粒子注入是伴隨亞暴發(fā)生的最常見的現(xiàn)象之一，一般表現(xiàn)為近地空間能粒子通量的突然增長[6]，如圖 1.3 為 RBSP-A 衛(wèi)星的 MagEIS 儀器觀測到的次典型的高能電子注入事件，在 22:07 時可以明顯看到電子通量的突然增長前，關(guān)于高能粒子注入最重要的問題就是這些注入的高能粒子是在何時何地哪種機制加速產(chǎn)生的。極光是亞暴過程中最容易觀測到的現(xiàn)象，主要發(fā)生于暴膨脹相，是由源于太陽和磁層的能量粒子沿地球磁場線沉降到大氣層，與中的粒子發(fā)生碰撞而產(chǎn)生的[7]。極光的顏色五彩斑斕，這是由不同的離子躍遷生。通過對極光光譜的研究可以分析此時大氣中各種成分的含量。極光的大和形狀則反映了極光粒子從源區(qū)向地球大氣行進過程中受到的各種力。
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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2 羅旭東;牛勝利;左應(yīng)紅;;典型甚低頻電磁波對輻射帶高能電子的散射損失效應(yīng)[J];物理學(xué)報;2015年06期

3 孫曉英;段素平;劉維寧;;2005年8月24日磁暴主相期間亞暴過程的多衛(wèi)星聯(lián)合觀測分析[J];地球物理學(xué)報;2014年11期

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6 俞炯;;范艾倫輻射帶新發(fā)現(xiàn)[J];自然與科技;2013年03期

7 薛炳森;;輻射帶高能粒子通量演化與宇宙線強度的相關(guān)特性分析[J];中國科學(xué):地球科學(xué);2012年07期

8 何兆國;肖伏良;宗秋剛;王永福;陳良旭;樂超;張賽;;多衛(wèi)星聯(lián)合觀測磁暴時合聲波驅(qū)動的外輻射帶高能電子通量的增強[J];中國科學(xué):技術(shù)科學(xué);2011年08期

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 張擇龍;合聲模與嘶聲模對輻射帶高能電子演化的區(qū)域性作用[D];長沙理工大學(xué);2013年

本文編號：2879327