磁尾高速整体流对全球尺度电流体系的作用
2018-03-26
 
 
高速整体流是地球磁层尾部磁场重联的产物,是地球磁层中物质、能量运输的重要机制,并引发磁层中电流体系和磁场位形的剧烈变化。尽管磁流体力学模型能够模拟磁尾的高速整体流及其相关的动力学过程,但是三维的电流体系仍然得不到全面的解释。更由于磁流体力学固有的缺陷,无法描述内磁层中的动理学过程,因此内磁层中最主要的环电流是如何受制于磁尾高速流的机制还不清楚。
北京航空航天大学空间与环境学院於益群教授及其合作者利用了与内磁层动理论物理相互耦合的磁流体模型,探究了磁尾高速整体流对全球尺度电流体系的作用,着重研究了对内磁层环电流的影响。他们使用的全球模型成功展现了磁层中完整的三维电流体系及其相互关系。
当磁尾高速整体流向地球方向运动并遇到高压磁场而“刹车”时,内磁层中相应地出现了几个涡旋,极大调制了西向的环电流。涡旋引起了西向环电流的径向扰动,更使得西向环电流从赤道面附近向高纬凸起,产生场向的电流分量。当西向环电流被严重扭曲时,环电流断裂,通过场向电流与电离层链接,并引发电离层扰动。此类场向电流区别与常见的亚暴锲形电流,是与内磁层环电流相连,而非磁尾电流。这种新型的电流关系借助了全球磁流体模型与动理学环电流模型的相互耦合才得以发现。这个模拟结果全面揭示了与磁尾动力学过程有紧密关系的内磁层中尺度结构,而这种关系是很难利用多颗卫星联合观测实现的,因此充分显示了全球模拟的优势。
 
 
 
图 带色线条代表磁层中的三维电流体系。平面中的颜色代表赤道面的涡度。当磁尾高速整体流在10个地球半径处“刹车”并向东西方向转向,整体流转向边界和内磁层中均出现漩涡(分别是vortex type Ivortex type II)。在内磁层中,西向的环电流(靠近地球的带色线条)受到涡旋影响而向高纬弯曲,从而产生场向电流分量(红色和蓝色分别代表沿着磁力线方向和反向)。高纬处的弯曲程度极大,使得场向电流(FACs)直接进入电离层,形成类似于磁尾亚暴锲形电流的形态,但是连接的是内磁层的环电流,而非磁尾处的磁尾电流。
 
 
於益群,空间与环境学院,教授,青年千人,E-mailyiqunyu@buaa.edu.cn
 
参考文献
Yu, Y., J. Cao, H. Fu, H. Lu, and Z. Yao (2017), The effects of bursty bulk flows on global-scale current systems, Journal of Geophysical Research-Space physics, 122 6139-6149 doi:10.1002/2017JA024168.