行星际磁云及其相关事件的综合分析

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1、摘要作为联接太13H干u地球的一个重要的纽带，行星际磁云在空间天气学中占有重要的地位。本文主要以分析观测资料为主，同时通过建立理论模型和进行数值模拟，对日冕物质抛射(CME)、行星际扰动和地磁暴之间的联系、行星际中多重磁云结构和激波追赶磁云的现象，进行了综合研究。根据SOHO飞船上醛FLASCO}flEIT以及GOES卫星上的观测资料，分析了1997年3月习J2000年底的所有正面晕状(halo)CME，发现45％(59／132)的CME具有地磁效应，它们引起T51次中等以上地磁暴。这些对地haloCME的日面位置分布具有东西不对称性，爆发在西边的CME比东边的多出5

2、7％，且西边的出现经度可以至JJ70。，而东边的不超过40。。进一步分析T73次到达地球的正面haloCME，发现这种东西不对称性与CME,茁行星际空间中的运行速度有关。快于背景太阳风速度的CME会向东偏转，从而使对地haloCME的日面源区分布向西移动；而慢于背景太阳风速度则会向西偏转，使对地haloCME的分布向东移动。C级以上耀斑的伴随情况显示，具有地磁效应的haloCME的耀斑伴随率普遍偏高；随着太阳活动的增强，耀斑伴随率也在逐年增加。在太阳高年(2000年)期间，几乎100％的haloCME都伴随有C级以上耀斑。XCJ‘Kp≥7以上的大磁暴事件，其CME的日

3、地传输时间与初始的投影速度基本满足经验关系L。=2798+互1穹掣(hours)，相关系数达到o87。同时，通过分析2000年中12次行星际南向磁场(玩)事件，发现仅有2次与共转流相互作用区有关，有11次与CME有关，这些CME的日面位置分布同样具有东西不对称性。这11次与CME有关的玩事件中，有10次引起TDsL。。≤一lOOnT的大磁暴。通过对1999年2月到2003年2月期间的CME和M50级以上x射线耀斑的爆发次数以及地磁指数却的24小时平均值，进行周期谱分析，发现CME、x射线耀斑和磁暴A口指数均有较明显的中准周期规律，其中x射线耀斑确实具有Rieger类型

4、的中准周期。它们行星际磁云及其相关事件的综台研究口中的部分中准周期彼此相互吻合，说明了它们之间复杂的相关性。太阳上可能存在的大尺度Rossby类型波动是这种中准周期现象的一种理论解释。通过分析1998—2001年ACE和Wind飞船的行星际磁场和太阳风等离子体数据，研究了行星际参数与地磁暴强度之间的关系，得到了产生中等以上地磁暴的行星际条件。i“：rq：Dst。m≤一50nT的中等磁暴，阈值为巧≥3nT、一话：≥lmV／m和lAt≥lh；对于Ds￡。m≤一100nT的强磁暴，闽值为瓦≥6nT、一矿夏≥3mV／m和At22h。并且发现，在引起磁暴的过程中一矿夏的重要性远

5、大于△t，且持续时间越长，能量的耗散效应就越明显。磁暴的峰值Dst。m与一矿夏和△￡满足经验公式Dst。m=一19．01一s．43(一矿瓦)1’09(△￡)o30(nT)，与观测值比较，相关系数达到0．95。这公式指出了压缩后的南向磁场普遍具有更强的地磁效应。太阳高年期间CME频繁爆发，造成了复杂的行星际结构。根据行星际的观测资料，首次从理论和观测上提出和证实了多重磁云的存在。多重磁云不同于其他行星际复杂抛射结构，它具有以下5个观狈0特征：(1)仅包含磁云及磁云间的相互作用区；(2)每个子磁云都满足单个磁云的基本特征。由于子磁云间的相互压缩，质子温度可能偏高，但质子卢

6、值仍然低于0．1；(3)在前导(即被追赶的)子磁云的尾部，太阳风速度会有所抬升；(4)相互作用区内的磁场强度相对较弱，且起伏较大，没有规则；(5)相互作用区内，质子温度和卢回升到较高的值。由于多重磁云携带较规则的磁场，且存在较大的压缩现象，故一般具有强烈的地磁效应。在无力场磁通量管模型的基础上，建立了多重磁云的理论模型。同时，进一步运用分数步法，数值模拟了子午面内双重磁云在行星际空间中的传播。模拟的结果与实际的观测结果大体一致。双重磁云的磁场有两个峰值，B有两次起伏，太阳风速度持续下降，粒子温度和卢均呈现两个低值槽，两磁云之间的磁场出现一极小值，即为相互作用区，相互作

7、用区内，p回升到较高值。双重磁云中两个子磁云的尺度都要小于单个磁云运动时的尺度，这说明子磁云间的相互挤压限制了它们的膨胀。压缩后的南向磁场具有更强的地磁效应。与多重磁云相同，激波追赶磁云，压缩磁云内部的南向磁场分量，也会引起大的地磁暴。通过分析2000年10月和2001年11月两次激波追赶磁云的事件，首次报道了激波压缩磁云内部磁场引起特大地磁暴的现象，并证实了在低口的磁云内部。激波一样可以存在并传播。利用磁云的磁通量管模型和垂直激波假设．建立了激波进入磁云的简单的理论模型，分析了激波进入磁云的深度与所能引起的磁暴强度之间的关系，发现对于中心磁场强度为