实验室研究人员首次获得磁层顶Kelvin-Helmholtz波动的全球特征
2013年09月09日 星期一 13:35:25
在存在速度剪切的两层等离子体边界（层）上，可以激发Kelvin-Helmholtz（K-H）不稳定性；已有卫星观测和局域数值模拟表明，存在速度剪切的地球磁层顶上可以激发K-H稳定性，形成的波动和涡旋能够把太阳风等离子体、动量和能量输运进磁层，是行星际磁场北向条件下太阳风能量进入磁层空间的主要途径之一；然而，受限于卫星观测和局域模拟的局限性，对磁层顶K-H波动的全球特性知之甚少。
近日，实验室李文亚、王赤、唐斌斌、郭孝城和林栋利用自主开发的全球磁流体力学磁层模型（PPMLR-MHD），重现了北向行星际磁场条件下的磁层顶低纬边界层K-H不稳定性波动，首次探究了波动的全球分布和演化特征：1）向阳面磁层顶波动区域不断向中纬度延伸，背阳面波动区域的纬向分布相对饱和；受流场和磁场全球形态的控制，最大的波动振幅分布于晨昏两翼。2）对于向磁尾对流传播的K-H波动，中纬度波动的相位在向阳面领先于低纬的相位，在背阳面则落后于低纬度的相位；转折点发生在晨昏两翼区域。3）波动相位从向阳面到背阳面的演化过程是一全球特征的表征，即K-H表面波/涡旋的轴与地球磁层磁场相联。该研究成果以三维全球视野，深化了人们对磁层顶K-H波动空间分布特征和演化规律的认识。
本研究工作于近期发表在美国地球物理学会（American Geophysical Union, AGU）的《地球物理研究期刊-空间物理》（Journal of Geophysical Research-Space Physics）上。Li, W., C. Wang, B. Tang, X. Guo, and D. Lin （2013）, Global features of Kelvin-Helmholtz waves at the magnetopause for northward interplanetary magnetic field, J. Geophys. Res. Space Physics, 118, doi：10.1002/jgra.50498.
原文链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jgra.50498/pdf。

图一：Kelvin-Helmholtz波动在磁层顶的全球分布区域

图二：中低纬波动相位差异示意

图三：K-H表面波/涡旋轴与地球磁场相联