近日，中科院國家空間科學(xué)中心空間天氣學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王赤研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在國際上首次利用衛(wèi)星觀測事例統(tǒng)計(jì)研究K-H波動(dòng)的特征量及其與太陽風(fēng)驅(qū)動(dòng)條件的關(guān)系，研究對全面認(rèn)識(shí)K-H波動(dòng)的全球演化過程和定量估計(jì)太陽風(fēng)的傳輸過程有重要意義。該研究成果發(fā)表在美國地球物理學(xué)會(huì)（American Geophysical Union, AGU）學(xué)術(shù)期刊《地球物理期刊》（Journal of Geophysical Research (JGR): Space Physics）上。http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2014JA020379/abstract 

　　存在速度剪切的兩層流體分界面上，可以激發(fā)Kelvin-Helmholtz不穩(wěn)定，該不穩(wěn)定性可以有效地交換分界面兩側(cè)的物質(zhì)。對于地球空間的外邊界——磁層頂，外側(cè)是高速繞流的太陽風(fēng)等離子體，內(nèi)側(cè)是低速的磁層等離子體；磁層頂邊界同樣可以激發(fā)K-H不穩(wěn)定性，形成的波動(dòng)和渦旋能夠把太陽風(fēng)等離子體、動(dòng)量和能量輸運(yùn)進(jìn)磁層，是行星際磁場（IMF）北向條件下太陽風(fēng)能量進(jìn)入磁層空間的主要途徑之一。

　　過往諸多研究通過分析在軌的衛(wèi)星數(shù)據(jù)或者使用局域的數(shù)值模型，對K-H不穩(wěn)定性形成一定的認(rèn)識(shí)，但單點(diǎn)觀測和局域模擬僅能研究非常小區(qū)域的物理過程，對于三維磁層頂上K-H波動(dòng)的激發(fā)和整體性演化過程知之甚少。通過使用小組自主開發(fā)的PPMLR-MHD全球磁流體力學(xué)模型，王赤小組已經(jīng)對K-H波動(dòng)的三維過程進(jìn)行非常詳盡的研究，得到眾多定量和定性結(jié)果（如圖1），部分結(jié)果多次被國際同行引用；但歸根結(jié)底，數(shù)值模型的結(jié)果需要觀測給予驗(yàn)證。

　　THEMIS是美國航空航天局（NASA）發(fā)射的包含五顆衛(wèi)星的磁層物理任務(wù)，其中的B和C星是理想的用于磁層低緯邊界層研究的衛(wèi)星。日前，王赤研究小組的林棟、李文亞和唐斌斌在這兩顆衛(wèi)星2008年和2009年的觀測數(shù)據(jù)中獨(dú)立找到14個(gè)K-H波動(dòng)事例；結(jié)合過往已經(jīng)報(bào)道的事例，總計(jì)獲得56個(gè)事例，由此建立當(dāng)前觀測條件下，磁層頂K-H

　　穩(wěn)定性最大的事例數(shù)據(jù)庫（如圖2）。研究人員使用能譜方法逐一分析事例得到波動(dòng)的周期，利用K-H渦旋區(qū)域的質(zhì)心速度估計(jì)波動(dòng)的相速度，并由此獲得波長。通過探討波動(dòng)特征量與太陽風(fēng)條件的關(guān)系，研究人員發(fā)現(xiàn)：波動(dòng)的周期（90 s– 350 s）在磁層甚低頻波動(dòng)的Pc5范圍內(nèi)，高速的太陽風(fēng)速度激發(fā)更高頻的波動(dòng)，當(dāng)行星際磁場時(shí)鐘角增大時(shí)，波動(dòng)周期也整體趨向于更長；沿著磁層頂?shù)牡途曔吔鐚?，K-H波動(dòng)波長不斷增加（如圖3）。這些結(jié)果與該研究小組此前用PPMLR-MHD數(shù)值模型得到的結(jié)果非常吻合。

　　相關(guān)鏈接：

　　如何引用：Lin, D., C. Wang, W. Li, B. Tang, X. Guo, and Z. Peng (2014), Properties of Kelvin-Helmholtz waves at the magnetopause under northward interplanetary magnetic field: Statistical study, J. Geophys. Res. Space Physics, 119, 7485–7494, doi:10.1002/2014JA020379.

　　（供稿：空間天氣學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

圖1：PPMLR-MHD模型得到的北向IMF下磁層頂K-H波動(dòng)的全球圖像 Li et al., JGR, 2013]

圖2：THEMIS-C衛(wèi)星觀測到的典型Kelvin-Helmholtz波動(dòng)事例（左）及所有K-H波動(dòng)事例在磁層頂?shù)姆植记闆r（右）

圖3：波動(dòng)周期與太陽風(fēng)速度和行星際磁場時(shí)鐘角的關(guān)系（上）及K-H波長沿磁層頂?shù)姆植迹ㄏ拢?/strong>