低纬边界层中与通量传输事件相关的湍动研究

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湍流是一种非常重要的非线性物理过程,普遍存在于空间等离子体环境中,对等离子体能量耗散起着非常重要的作用,是当今空间物理学的研究热点之一。在向阳侧磁层顶,行星际磁场和磁层磁场通过重联,形成通量传输事件(Flux Transfer Event,FTE),成为太阳风向地球磁层传输质量、动量和能量的重要通道。有研究表明,FTE在磁层顶运动时,在其磁层顶内侧的低纬边界层中存在等离子体涡旋。FTE与磁层顶内侧等离子体间的类粘滞相互作用,是上述涡旋形成的必要条件。然而,理想等离子体中的这种粘滞性的来源尚不清楚。本文分析了2007、2008这两年5月到10月THEMIS卫星在磁层顶附近的观测数据。发现,FTE运动时,其磁层顶内侧的低纬边界层中可观测到宽频的磁场扰动。利用快速傅里叶变换方法分析这些扰动的频谱特征,发现扰动主频为~0.1Hz,这个频率与FTE自身的磁场扰动频率相当;在质子回旋频率(~1Hz)到64Hz(纳斯奎特频率)的频段内,功率谱密度随着频率的增大而减小,服从幂律分布P0f-α。将这些磁场扰动解释为低纬边界层(Low Latitude Boundary Layer,LLBL)中的动力学磁场湍流。统计研究表明,低纬边界层中沿着磁层顶法向方向,观测卫星相对磁层顶或者FTE的位置越来越远时,功率谱密度和功率谱斜率α(幂律指数)都会降低;然而FTE在磁层顶所在的方位角位置或在磁层顶的磁地方时对幂律指数α和功率谱密度没有显著的影响。在穿越平静磁层顶的穿越事件中,没有观测到明显的湍动。这些观测结果表明,移动的FTE是磁场湍流的源。这种由磁层顶上宏观结构运动(如FTE)引起的磁场湍流可能是动力学尺度上磁鞘与磁层类粘滞相互作用的一种起源,这一猜想还需要进一步工作的验证。
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