由多颗卫星ENA成像反演磁层环电流离子分布

发布时间：2023-03-19 00:07

　　磁暴是空间天气与空间物理学研究的中心话题之一,环电流的增强扰动是磁暴标志性特征的高空源。暴时环电流动力学过程涉及复杂的太阳风-磁层-电离层/热层耦合过程。人们普遍认为环电流粒子源自太阳风和电离层,但这两种源的具体贡献还没完全弄清楚。近期人们发现环电流中的质子同时来自太阳风和电离层,但是氧离子来自电离层,因此氧离子示踪对解释电离层在磁暴期间的作用具有重要意义。环电流粒子存在多种损失机制,如环电流粒子与地冕氢发生电荷交换可生成不受电磁场控制的高能中性原子(ENA),这使得人们可以通过中性原子遥测成像技术从环电流外部对其全球分布进行观测。TWINS卫星搭载了先进的ENA成像仪,飞行在几乎正交的两个莫尔尼亚高轨道上,从有利位置对磁层进行立体观测,为重建环电流离子能谱的三维空间分布提供了有利条件。本文提出了磁层ENA发射CT的概念,将体像素CT方法应用于卫星高能中性原子成像数据,重建环电流离子通量强度的三维空间分布与能谱；为了克服多颗卫星成像可能存在的仪器偏差的互不一致性造成反演误差增大甚至迭代发散的问题,发展了差分ENA体像素CT反演方法。采用环电流离子分布模型和实际卫星观测几何构形进行数值模...

【文章页数】：144 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 研究背景
    1.2 研究的目的和意义
    1.3 论文安排
2 磁层中的环电流
    2.1 磁层的基本结构及电流系
    2.2 环电流
        2.2.1 环电流基本原理
        2.2.2 环电流粒子绝热运动
        2.2.3 环电流地磁响应
    2.3 小结
3 高能中性原子(ENA)及其成像
    3.1 ENA产生原理
    3.2 ENA成像发展历程
    3.3 ENA成像仪器介绍
        3.3.1 IMAGE卫星ENA成像
        3.3.2 TC-2卫星ENA成像
        3.3.3 TWINS卫星ENA成像
    3.4 小结
4 ENA成像的三维CT反演----基本原理与方法
    4.1 几种典型ENA成像反演方法
        4.1.1 参数化离子分布模型
        4.1.2 有约束的线性反演
    4.2 CT技术概述
        4.2.1 Radon变换
        4.2.2 Fourier切片定理
        4.2.3 三维CT理论公式
        4.2.4 级数展开CT重建算法
    4.3 磁层ENA发射CT
    4.4 小结
5 卫星ENA成像及其反演的数值模拟
    5.1 ENA成像的正演模拟
        5.1.1 环电流离子微分通量分布模型
        5.1.2 ENA离子源区域及其网格划分
        5.1.3 其它简化假设与模型/公式
        5.1.4 卫星位置与扫描视线
        5.1.5 ENA成像正演模拟结果
    5.2 由ENA成像模拟反演离子分布
        5.2.1 差分ENA CT原理方法
        5.2.2 无偏差ENA图像的反演
        5.2.3 有偏差ENA图像的反演
        5.2.4 结果分析
    5.3 小结
6 实测磁暴事件反演
    6.1 2012年07月15日磁暴事件分析
        6.1.1 LAE修正
        6.1.2 反演结果
        6.1.3 结果验证、特征分析
    6.2 2011年10月24日磁暴事件分析
    6.3 小结
7 中能段ENA-H与ENA-O分离
    7.1 由卫星原始数据获取ENA通量
        7.1.1 探测器内部结构
        7.1.2 原始Level-0数据的结构
        7.1.3 计算ENA通量
    7.2 由起始脉高分布决定ENA成分
        7.2.1 起始脉冲高度分布
        7.2.2 MCP板电压对脉高分布的影响
        7.2.3 起始脉冲高度能量外推法
        7.2.4 H/O分离方法
    7.3 由实测数据分离H/O的结果
    7.4 小结
8 总结与展望
    8.1 总结
    8.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间的科研成果
致谢



本文编号：3764138