【摘 要】
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地磁场的剧烈变化会在输电线路、中性点接地变压器和大地回路中产生强地磁感应电流(Geomagnetic Induced Currents,GICs),对地基技术系统可能造成灾害性影响,因此GIC扰动是影
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地磁场的剧烈变化会在输电线路、中性点接地变压器和大地回路中产生强地磁感应电流(Geomagnetic Induced Currents,GICs),对地基技术系统可能造成灾害性影响,因此GIC扰动是影响地基技术系统最重要的空间天气现象之一。本文利用在高纬度芬兰曼查拉地区观测到的近两个太阳活动周期(1999-2017年)内的天然气传输管道的GIC数据,统计分析了GIC扰动分布的特征、强GIC扰动事件的分布及其行星际源,并对行星际激波引起GIC扰动特性及其可能形成的物理机制进行了初步分析,研究结果如下:通过统计发现95%时间段的GIC强度分布在0 A-1 A之间,GIC扰动(定义为maxGIC(29)1A)在磁地方时夜侧附近发生的概率最高,这主要与磁层亚暴期间电离层电流发生最剧烈的变化在磁地方时夜侧附近有关。本文证认了1999-2017年发生的91例强GIC扰动事件(定义为maxGIC(29)10A),统计发现在第23太阳活动周强GIC扰动事件明显比第24太阳活动周发生的要多,这与第23太阳活动周发生太阳风扰动事件以及磁层强扰动事件较频繁一致;另外强GIC扰动事件在太阳活动下降期比太阳活动上升期发生的事件频繁。研究发现行星际日冕物质抛射及其驱动的激波和鞘区等离子体结构,以及流相互作用区是强GIC扰动事件主要的行星际源。除激波驱动的强GIC扰动事件外,其它强GIC扰动事件全部发生在磁暴期主相和恢复相期间,但是强GIC扰动事件对应的GIC强度峰值与磁暴强度相关性较弱。行星际激波压缩磁层时会引起全球地磁场的突然剧烈变化,同时触发磁层-电离层耦合系统各个等离子体区域的扰动,本文统计分析了行星际激波引起的GIC扰动的分布特征。行星际激波触发地磁场突然增强(SI(10))从而引起GIC扰动。从形态上,此种GIC扰动具有三类变化特征,分别为双极结构、震荡型、单极型。双极结构型事件约占所有事件的52.80%,且这些事件GIC的变化与SI(10)的变化相关性较强,主要发生在晨昏侧。其中发生在晨侧双极型扰动主要以先西后东双极型变化为主,而发生在昏侧双极型扰动主要以先东后西双极型变化为主。GIC的双极极性变化由高纬度地磁场扰动的双极变化引起。利用Araki建立的地磁场急始模型可用于解释在晨昏侧GIC扰动双极性变化极性方向相反的现象。而震荡型GIC扰动主要发生在日侧,单极型GIC扰动主要发生在夜侧,具体物理机制有待进一步研究。本文的研究结果使我们更全面了解高纬度GIC扰动及其驱动行星际源,并帮助理解其形成的物理机制,为建立GIC强度预报的物理模型,实现GIC扰动事件预报从而减轻其带来的空间天气危害奠定基础。
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