An observational and numerical simulation study of plasma instability related with substorm injections and ULF wave excitation

与亚暴注入和 ULF 波激发相关的等离子体不稳定性的观测和数值模拟研究

基本信息

批准号：
22KJ0532
负责人：
山本和弘
金额：
$ 2.08万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度では、地球の内部磁気圏における1-100 keVのエネルギーを持つイオンで構成されたリングカレントのドリフト運動論的グローバル数値シミュレーションを行い、超低周波（Ultra-Low Frequency, ULF）波動の励起機構の解明を試みた。2013年10月29日にRBSPs衛星で観測されたULF波動に着目し、LANL衛星・Iridum衛星の観測データに基づいて、磁気圏・電離圏におけるシミュレーション境界条件の設定を行った。リングカレントのモデルとしては、Maxwell方程式と5次元のイオン分布関数のVlasov方程式を連立させて解くドリフト運動論的グローバルモデルを使用した。はじめに、Iririum衛星の2次元電流密度分布を空間的にフィッティングした10分値データを電離圏境界条件として与えたところ、ほぼ全期間を通して10分間隔のバースト状の擾乱が発生していること分かった。シミュレーション時間にして7,200秒後に、~7 mHzで一定の振動数を持つcompressional変動が見られた。この変動は大きな波数を持っていたため、リングカレントイオンによって励起されたULF波動の可能性がある。この変動が発生していた時間帯は、衛星でULF波動が観測された時間帯とほぼ一致している。一方で、衛星観測ではpoloidal方向の磁場変動が観測されているものの、平行方向の振動はほとんど観測されておらず、磁場変動が卓越する極性が異なる結果が得られた。この結果は、プラズマ密度やプラズマ圧などのシミュレーション設定と現実の値との違いに起因している可能性があり、波動の励起に寄与する要因を同定することにつながると考えられる。

今年，我们对地球内部磁层中能量为1-100 keV的离子组成的环电流进行了漂移动力学全局数值模拟，并研究了我试图寻找的超低频（ULF）波的激发机制。出去。针对2013年10月29日RBSPs卫星观测到的超低频波，根据LANL和Iridum卫星的观测数据，设置了磁层和电离层的模拟边界条件。作为环电流的模型，我们使用了漂移动力学全局模型，该模型通过同时求解五维离子分布函数的麦克斯韦方程和弗拉索夫方程来求解。首先，当给出对铱卫星二维电流密度分布进行空间拟合得到的10分钟数据作为电离层边界条件时，发现几乎在整个周期中都出现了以10分钟为间隔发生的爆发式扰动。 .经过 7,200 秒的模拟时间后，观察到恒定频率约为 7 mHz 的压缩波动。由于这种波动的波数很大，因此它可能是由环流离子激发的超低频波。这种波动发生的时间段几乎与卫星观测到ULF波的时间段一致。另一方面，虽然在卫星观测中观察到了极向方向的磁场波动，但几乎观察不到平行方向的振动，导致磁场波动占主导地位的极性不同。该结果可能是由于模拟设置与实际值（例如等离子体密度和等离子体压力）之间的差异造成的，并且可能导致对波激发的影响因素的识别。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

A Statistical Study of the Solar Wind Dependence of Multi‐Harmonic Toroidal ULF Waves Observed by the Arase Satellite

Arase卫星观测的多谐波环形超低频波对太阳风依赖性的统计研究

DOI：
10.1029/2021ja029840
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yamamoto K.;Seki K.;Matsuoka A.;Imajo S.;Teramoto M.;Kitahara M.;Kasahara Y.;Kumamoto A.;Tsuchiya F.;Shoji M.;Nakamura S.;Miyoshi Y.;Shinohara I.
通讯作者：
Shinohara I.

A Drift-kinetic Simulation Study of Poloidal ULF Wave Excitation Based on the Observations of Field-aligned Current and Ring Current Ions

基于场对准电流和环形电流离子观测的极向超低频波激发的漂移动力学模拟研究

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kazuhiro Yamamoto; K. Seki; T. Amano; A. Nakamizo; Y. Miyoshi;T. Yamakawa
通讯作者：
T. Yamakawa

A drift-kinetic simulation study of excitation of ULF waves based on the observations of the field-aligned current and the ring current ions

基于场对准电流和环流离子观测的超低频波激发漂移动力学模拟研究

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kazuhiro Yamamoto; K. Seki; T. Amano; A. Nakamizo; Y. Miyoshi;T. Yamakawa
通讯作者：
T. Yamakawa

Excitation of drift-compressional mode waves by drift resonance with ring current ions: Arase observation

通过环流离子的漂移共振激发漂移压缩模式波：Arase 观察

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kazuhiro Yamamoto; A.V. Rubtsov; D. V. Kostarev; P. N. Mager; D. Yu. Klimushkin; M. Nose; A. Matsuoka; K. Asamura; Y. Miyoshi; S. Yokota; S. Kasahara; Y. Kasahara; A. Kumamoto; F. Tsuchiya; M. Shoji; S. Nakamura;I. Shinohara
通讯作者：
I. Shinohara

Drift-kinetic simulation study of ULF wave excitation based on the field-aligned current and ring current observations

基于场对准电流和环电流观测的超低频波激励漂移动力学模拟研究