地球内磁层中波粒相互作用的模拟和观测研究.pdf

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1、UniversityofScienceandTechnologyofChina博士位论文地球々磁层中次粒相互作用论文题目的模拟和现测研免未作者姓名问抵理学科专业却惠态教梭苏拫鸸教援导师姓名〇五年五月完成时间中神在在桌大參博士学位论文地球内磁层中波粒相互作用的模拟和观测研究作者姓名：学科专业：空间物理导师姓名：郑惠南教授苏振鹏教授完成时间：二零一五年五月UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctordegreeObservationsandsimulationsonwav

2、e-particleinteractionsintheinnermagnetosphereAuthor:HuiZhuSpeciality:SpacePhysicsSupervisor:Prof.HumanZhengProf.ZhenpengSuFinishedTimeMay,2015中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人己经发表或撰写过的研宄成果。与我一同工作的同志对本研宄所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。中国科学技术大学学

3、位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。￥保密年作者签名：导师签名：签字日期：地签字日期：摘要摘要内磁层中捕获有大量不同能量的带电粒子，存在着多种不同频率的等离子体波动。波粒相互作用对于内

4、磁层中等离子体波动的激发以及带电粒子的动力学演化均有着极为重要的意义。本论文主要从准线性理论模拟、试验粒子模拟以及观测资料分析三个方面，对内磁层中的一种重要的波粒相互作用—回旋共振进行全面的分析。在第一章中，我们介绍了地球内磁层中的带电粒子成分和主要等离子体波动，阐述了波粒相互作用的概念和意义。在第二章中，我们采用了完整的多成分冷等离子体色散关系，建立了一个全新的准线性扩散系数模型。该模型能够计算冷等离子体波动与任意带电粒子的回旋共振的扩散系数。我们分析了多种典型波模对辐射带电子以及环电流质子的作用，详细研究了不同中心频率的快磁声波对辐射带电子

5、的加速效果。在第三章中，我们建立了一个描述辐射带电子和环电流质子与单色平行传播的电磁离子回旋波共振特性的试验粒子模型。我们分析了在大振幅的回旋波作用下电子和质子表现出的三种非线性机制的特征，对比研究了试验粒子模型输运系数与准线性输运系数，强调了非线性作用的显著影响。在第四章中，我们介绍了范艾伦探测器和电磁波动分析方法。我们利用范艾伦探测器数据首次观测证实了等离子层外嘶声波的起源，并通过准线性理论首次定量分析了等离子层外嘶声波对辐射带电子的损失作用。在第五章中，我们总结了我们所采用的研宄方法和所取得的研宄结果，并展望了未来的研究方向。ABSTRA

6、CTABSTRACTIntheinnermagnetosphere,thereareabundantchargedparticleswithdiffer?entenergiesandvariousplasmawaveswithdifferentfrequencies.Wave-particleinteractionplaysanimportantroleinwaveexcitationandparticleevolution.Basedonquasi-lineartheory,test-particlemethodandsatelliteobs

7、ervation,thisdissertationcomprehensivelyanalyzessomecyclotronresonanceprocessesintheinnermagnetosphere.Inthefirstchapter,weintroducethemaincomponentsofchargedparticleandseveralimportantplasmawavesintheinnermagnetosphere,describetheconceptofwave-particleinteractions,andemphas

8、izetheirsignificanceintheinnermagnetosphericdynamics.Inthesecondchapter,wea