作者姓名：薛向輝
　　論文題目：日冕物質拋射的對地有效性及近地空間環(huán)境的研究
　　作者簡介：薛向輝，男，1979年12月出生，2002年9月師從于中國科學技術大學竇賢康教授碩博連讀學習，于2007年7月獲博士學位。

　　中文摘要
　　作為災害性空間天氣的一種重要起源--日冕物質拋射(CME)，一直是空間物理學家關注和研究的熱點；另一方面，作為空間天氣的最直接表現(xiàn)的層次--近地空間環(huán)境，隨著地基探測手段的不斷建立和完善也成為日—地關系鏈研究中的一個重要方面。本文主要從空間天氣這因果兩端出發(fā)，對CME的對地有效性問題，以及近地空間環(huán)境的探測和動力學過程進行了初步的研究。
　　在CME的對地有效性方面，主要工作包括：
　　CME冰淇淋錐模型的建立。根據SOHO/LASCO和SOHO/EIT對CME的觀測，我們發(fā)展了CME的三維冰淇淋錐模型。通過CME在天空平面投影在不同方位角上的時間-高度關系來確定CME投影速度，并且利用日面觀測資料限定CME的源區(qū)位置，通過假定CME在LASCO觀測范圍內具有定常的速度和角寬度，可以利用模型擬合給出CME的動力學和幾何學參數(shù)，即速度v、角寬度?和爆發(fā)點位置。
　　CME對地有效性-主要影響因素。一般認為爆發(fā)點靠近日面中心的向地暈狀CME最具潛在地磁效應，我們通過分析2005年9月7-13日5次主要的CME事件的日面和行星際觀測資料，發(fā)現(xiàn)爆發(fā)點在E67o的第2個CME和爆發(fā)點在E47o的第3個CME到達了地球位置，而爆發(fā)點在E77o、E39o和E10o的第1、4、5個CME則錯過或者僅僅擦過地球。結合冰淇淋錐模型和CME行星際偏轉模型，我們發(fā)現(xiàn)除爆發(fā)點位置外，CME的角寬度和CME在行星際介質中的偏轉角度也是影響CME對地有效性的主要因素。較大的張角寬度，使得中間2個爆發(fā)點位置偏離日面中心的CME到達了地球位置；第1個CME雖然有很大的角寬度，但是顯著的偏轉效應卻使得它偏離了地球，同時較小的角寬度和偏轉效應也使爆發(fā)點非常接近日面中心的第5個CME偏離了地球。因此我們認為考察CME對地有效性時，要綜合考慮CME的源區(qū)、角寬度和在行星際中的偏轉。
　　CME對地有效性--特大地磁暴起因。利用ACE和Wind衛(wèi)星的觀測數(shù)據，認證了在太陽活動高年2000-2001年發(fā)生的特大地磁暴的CME源和行星際源，分析了何種CME和其相應的行星際結構具有最強的地磁效應，以及產生如此顯著對地有效性的有效機制。我們發(fā)現(xiàn)在特大地磁暴的形成中，磁云扮演了一個很重要的角色，同時還認為與特大地磁暴事件相對應的強行星際磁場南向分量Bs的形成，除了2000年7月16日和2000年8月12日這兩次事件，其余的都與磁場壓縮機制有關：1）行星際CME（ICME）之間的壓縮，如多重磁云，激波追趕磁云；2）ICME和背景太陽風介質之間的壓縮，如激波壓縮，復雜拋射高速流壓縮，以及場覆蓋。約有一半的特大地磁暴與連續(xù)CME的活動相關，具有不同拋射速度的CME在行星際空間中傳播時可能互相追趕、互相作用或者互相溶合，形成不同行星際結構，如多重磁云、激波穿越磁云、或者復雜拋射物等等。當高速的后隨ICME本體或者其驅動的激波追趕上前面相對較慢速的ICME時，它會傳遞很高的動力學壓力，使前導的ICME或者ICME的鞘區(qū)內磁場被壓縮，特別是當前一個ICME或者其鞘區(qū)中的磁場是南向的時候，就可能因壓縮造成ICME更顯著的地磁效應，增加了CME對地的有效性。同時我們進一步驗證了在引起地磁暴的行星際參數(shù)中，?的貢獻遠大于其持續(xù)時間?，說明了壓縮后的行星際南向磁場具有更加強烈的地磁效應。
在近地空間環(huán)境研究方面，主要工作包括：
　　激光雷達對近地空間環(huán)境的探測。中國科學技術大學于2005年底建成一部具有雙波長發(fā)射三通道探測的激光雷達系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對80-110km高度鈉層密度、30-70km高度大氣溫度和密度、以及近地面至30km高度大氣氣溶膠消光系數(shù)的探測。我們展開了這部激光雷達的建設、調試和觀測工作。闡述了該激光雷達的技術特征和對不同大氣參數(shù)探測的反演算法，特別從熒光激光雷達系統(tǒng)結構和設計原理出發(fā)，提出了對接收系統(tǒng)中發(fā)射光束與接收視場的精確匹配進行調節(jié)的方法、基于系統(tǒng)本身的波長校正方法。同時利用激光雷達對合肥上空鈉層長達1年的探測數(shù)據，分析了合肥地區(qū)鈉層的主要形態(tài)特征、夜間變化和季節(jié)變化。夜間觀測表明鈉層中存在顯著的波動擾動，并經常伴有突發(fā)鈉層事件。合肥鈉層柱密度最小的值1.126?109cm-2出現(xiàn)在6月份，最大值6.014?109cm-2出現(xiàn)在12月份。在冬季（特別是12月份）柱密度表現(xiàn)出顯著的峰值，而在夏季月份柱密度則表現(xiàn)出相當寬廣的極小值；質心高度沒有明顯的季節(jié)變化；RMS寬度則表現(xiàn)出準半年變化。
　　流星雷達對近地空間環(huán)境的探測和大氣潮汐模式的研究。利用流星雷達觀測，結合典型相關分析，對大氣周日潮汐和半日潮汐的模式進行了初步研究。典型相關分析可以將某個特定的頻帶（如周日，半日）中存在的多種波動結構按照它們的相關性提取出來，利用該方法處理武漢流星雷達2002年一年的觀測數(shù)據，我們獲得了武漢上空大氣周日潮汐和半日潮汐的典型相關模式。對于周日潮汐共獲得6階有效的潮汐典型相關模式，攜帶了90%以上的總變差，這些模式與大氣不同的激勵/調制源相對應，即周日潮汐的季節(jié)變化（最顯著的模式）、準半年變化、太陽27日周期調制變化和行星波（10d，16d等）調制變化。通過分析各階模式的垂直波長以及水平風場的偏振特性，發(fā)現(xiàn)在武漢的周日潮汐風中的主導模式是經典潮汐模S(1,1)，典型的偏振特性為圓偏振。對于半日潮汐共獲得4階有效的潮汐典型相關模式，攜帶了大約2/3的總變差。在半日潮汐模式中沒有出現(xiàn)準半年周期變化，第1階典型相關模式仍然是最顯著的模式，它代表了半日潮汐的季節(jié)變化特征；高階典型相關模式中也存在10d，16d，27d的調制周期，分別對應著10日或者16日行星波，以及太陽27日活動的調制。

　　關鍵詞：?日冕物質拋射，行星際日冕物質拋射，磁云，地磁暴，激光雷達，中高層大氣動力學，潮汐