——　第二部分 国家自然科学基金项目成果巡礼　——

　　地球环电流是影响近地空间磁暴和空间天气的关键因素。磁暴发生时，强的对流电场将等离子体片中的离子加速并注入到内磁层，从而形成环电流。环电流的衰减是由于环电流离子与中性原子的电荷交换以及库伦碰撞过程．而目前研究发现波粒相互作用产生的环电流离子扩散过程可能同样起着重要作用。然而，由于波粒相互作用一般发生在局部区域，其对环电流衰减的整体效应能否与电荷交换以及库伦碰撞过程相比，还有待进一步深入研究。

　　长沙理工大学空间等离子体研究所肖伏良等人利用其研发的描述高能粒子状态的相对论分布函数，一是分析了相对论等离子体中电磁波的不稳定性过程，发现与非相对论分布函数相比，相对论分布产生的电磁波增长幅度与频率范围有所不同，与观测数据更为符合。二是研发了三维电磁波路径跟踪模型，采用全球粒子背景模型。模拟了电磁波的传播轨迹，发现不同波模传播特性主要决定于空间背景分布特征，如哨声波合声模主要出现在靠近地球等离子层顶以外的槽区，而离子回旋电磁波主要存在于地球昏侧的等离子体羽翼区域。此路径跟踪模型有助于了解电磁波的传播特性与空间分布，从而进一步了解电磁波产生的环电流衰减的全球效应。三是完善了其研发的混合有限差分法，并推广到了三维（包含波-粒相互作用和径向扩散过程）的动力学扩散模型。四是具体计算了离子回旋电磁波产生的环电流离子沉降过程，得到其沉降时间尺度接近几十分钟，其沉降时间尺度与幅度与观测数据相吻合，表明离子回旋电磁波是产生环电流衰减的有效机制之一。五是分析了多卫星联合观测数据，利用三维动力学扩散模型，考虑各种损失与加速机制，成功重现了磁暴时多卫星观测到的辐射带与环电流高能粒子的演化过程。这些观测分析与数值模拟的结果为电磁波驱动的辐射带与环电流高能粒子的回旋共振加速与扩散机制提供了新证据。

　　上述成果已在Journal of Geophysical Research、Geophysical Research Letters、Plasma Physics and Controlled Fusion、Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics等期刊上发表21篇论文。这些成果有助于进一步了解环电流在磁暴期间的形成，增强和衰减过程，有助于建立波-粒相互作用驱动的环电流粒子演化的动态模式，从而为提升地球空间灾害天气方面的研究与预报能力提供前期理论基础与模拟手段。

　　该研究得到科学基金面上项目的资助。