地球磁尾等离子体的数值模拟研究

发布时间：2025-07-21 20:32

　　地球磁层是由伴随着高速等离子体粒子流和行星际磁场的太阳风与地球原生偶极子磁场互相作用产生的,地球磁尾是地球磁层的背阳面,在其中蕴含着丰富的空间等离子体物理现象。磁尾的等离子体活动与人类生存的环境生生相关,高能太阳风引起的磁暴现象通过磁尾将能量注入电离层并多次影响人类社会的通讯及电力通信系统,因此研究磁尾的动理学过程对了解人类生存的地球空间环境有着重要的意义。 空间等离子体物理的主要研究对象,是地球空间环境中的电磁场以及运行在电磁场环境中的带电粒子。我们对其的主要研究手段有理论模型,卫星和地面观测以及数值模拟几种。理论模型可以在比较本源的层面上给出物理图像,但是需要相应的观测手段和模拟手段来检验理论的准确性；卫星和地面观测手段能够得到最直接最准确的空间等离子体数据,但是由于地球空间环境的广袤(以10个地球半径为单位),现有的观测手段只能得到一定时间段和一定区域内的数据。数值模拟技术是伴随着计算机技术发展起来的科学研究手段,它使用计算机技术将空间等离子体所满足的物理方程离散化,再结合观测和理论所得到的一系列初始条件和边界条件来求解方程,从而对特定的等离子体物理过程得到有效的理解。数值模拟...

【文章页数】：114 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
论文创新点
摘要
ABSTRACT
引言
第一章 磁层亚暴
    1.1 磁层亚暴介绍
    1.2 亚暴基本模型
    1.3 亚暴期间磁尾和同步轨道附近的模拟与观测
第二章 空间等离子体中的无碰撞磁场重联
    2.1 磁场重联的基本概念
    2.2 近地磁场重联的当地观测进展
    2.3 快速磁场重联耗散区结构的理论与观测进展
    2.4 局地观测的耗散区宽度和厚度
    2.5 分形线
第三章 THEMIS卫星数据及大尺度动理学模拟方法
    3.1 THEMIS卫星计划
    3.2 大尺度动理学方法
        3.2.1 方法介绍
        3.2.2 应用举例
    3.3 磁尾中粒子的基本加速机制
第四章 粒子云模拟模型
    4.1 基于Vlasov方程的动理学描述
    4.2 Particle-In-Cell方法基本概念
    4.3 算法实现
    4.4 全粒子模拟技术的局限性
第五章 伴随偶极化锋面的质子加速机制的观测及模拟
    5.1 偶极化锋面的研究进展
        5.1.1 偶极化锋面的物理结构
        5.1.2 伴随偶极化锋面的粒子加速研究
    5.2 偶极化锋面事件的观测与质子加速的模拟
        5.2.1 偶极化锋面加速质子的观测结果
        5.2.2 偶极化锋面的模拟
        5.2.3 偶极化锋面加速质子的模拟框架
        5.2.4 归一化LSK模拟结果
        5.2.5 模拟结果与观测对比
        5.2.6 单粒子轨道研究
    5.3 模拟结果的讨论
第六章 不同导向场情况下的重联区Hall电场结构
    6.1 背景介绍
        6.1.1 导向场
        6.1.2 PIC模拟中的Hall场以及观测的对比
        6.1.3 导向场重联
    6.2 PIC模拟中Hall电场在大导向场下的新结构
        6.2.1 不同导向场情况下的Hall电场结构
        6.2.2 三极Hall电场结构的分析
        6.2.3 三极Hall电场结构与导向场的关系
        6.2.4 新的Hall电场结构的存在意义
第七章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
攻博期间发表的科研成果目录
致谢



本文编号：4058341