項(xiàng)目名稱地球空間磁尾爆發(fā)性高速離子流研究

項(xiàng)目名稱：地球空間磁尾爆發(fā)性高速離子流研究提名專家1：王赤工作單位：中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心職稱：研究員學(xué)科專業(yè)：空間物理學(xué)提名意見：磁層亞暴能引起地球空間環(huán)境劇烈擾動(dòng)，對衛(wèi)星、通訊和導(dǎo)航等構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。磁尾磁場重聯(lián)釋放的能量由重聯(lián)產(chǎn)生高速（粒子）流攜帶，驅(qū)動(dòng)著亞暴的觸發(fā)和演化。磁層亞暴和磁場重聯(lián)觸發(fā)一直是國際地球空間探測計(jì)劃的重要目標(biāo)。中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心劉振興院士發(fā)起的中國-歐洲空間局Cluster衛(wèi)星和雙星合作項(xiàng)目的主要探測目標(biāo)就是磁層亞暴和磁場重聯(lián)。

該項(xiàng)目完成人是中歐Cluster衛(wèi)星和雙星合作的主要參與和實(shí)施者,利用Cluster衛(wèi)星和雙星觀測數(shù)據(jù)，以磁尾高速離子流為主線，研究了磁層亞暴，無碰撞磁場重聯(lián)觸發(fā)，磁層波和粒子相互作用等國際磁層物理前沿問題，首次觀測證實(shí)了亞暴與高速離子流的內(nèi)在聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)重聯(lián)前的強(qiáng)烈哨聲波，地球空間超低頻上聲調(diào)磁聲波，揭示了亞暴能量輸運(yùn)過程的有效機(jī)制等，取得了重要成果，極大推動(dòng)了空間物理的發(fā)展。

項(xiàng)目

8篇代表性論文發(fā)表于空間物理領(lǐng)域著名期刊Geophys.

Res.

Lett.或J.

Geophys.

Res.上。引領(lǐng)了國內(nèi)外學(xué)者在磁層高速離子流這一重要方向上的進(jìn)一步研究探索。該項(xiàng)目符合國家自然科學(xué)獎(jiǎng)推薦條件，強(qiáng)烈推薦該項(xiàng)目申報(bào)國家自然科學(xué)獎(jiǎng)。提名專家2：吳立新工作單位：中國海洋大學(xué)職稱：教授學(xué)科專業(yè)：物理海洋學(xué)提名意見：地球磁層空間是包括海洋衛(wèi)星在內(nèi)的科學(xué)和應(yīng)用衛(wèi)星主要運(yùn)行空間。來自于空間環(huán)境的擾動(dòng)對這些衛(wèi)星運(yùn)行安全造成了很大的威脅。對這些空間環(huán)境中發(fā)生的災(zāi)害性空間天氣事件進(jìn)行預(yù)報(bào)可以有效地減少損失。而實(shí)現(xiàn)對空間天氣災(zāi)害性事件的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)的前提是了解這些災(zāi)害性事件的物理過程。該項(xiàng)目利用多點(diǎn)衛(wèi)星探測數(shù)據(jù)和地面地磁觀測數(shù)據(jù)，在揭示磁層亞暴和磁場重聯(lián)等重要磁層物理過程方面取得了系列重要突破，解決了長期未決的科學(xué)難題，有助于空間天氣預(yù)報(bào)模型的改善，受到學(xué)術(shù)界的高度評價(jià)。項(xiàng)目的8篇論文都發(fā)表于空間物理著名期刊上。項(xiàng)目不僅研究成果有顯著亮點(diǎn)，研究方法上有顯著的創(chuàng)新，并被學(xué)術(shù)界所采用。項(xiàng)目完成人也因此多次獲得國際學(xué)術(shù)界的獎(jiǎng)項(xiàng)和榮譽(yù)。綜上所述，該項(xiàng)目符合國家自然科學(xué)獎(jiǎng)推薦條件，積極推薦該項(xiàng)目申報(bào)國家自然科學(xué)獎(jiǎng)。提名專家3：竇賢康工作單位：武漢大學(xué)職稱：教授學(xué)科專業(yè)：空間物理學(xué)提名意見：地球磁層亞暴是重要空間天氣災(zāi)害性事件，并能導(dǎo)致近地空間電離層和熱層亞暴，從而造成整個(gè)近地空間環(huán)境的強(qiáng)烈擾動(dòng)，對衛(wèi)星通信，導(dǎo)航和定位正常運(yùn)行和信號的接收構(gòu)成了極大的威脅。磁尾磁場重聯(lián)是太陽風(fēng)輸入磁層能量的轉(zhuǎn)換和釋放過程，其產(chǎn)生的磁尾高速離子流驅(qū)動(dòng)著磁層的演化。磁尾高速離子流是唯一有可能連接和驅(qū)動(dòng)發(fā)生在不同區(qū)域的亞暴三個(gè)標(biāo)志性現(xiàn)象（磁尾磁場重聯(lián)，近磁尾電流中斷和極區(qū)極光爆發(fā)）的媒介。該項(xiàng)目立足于國際學(xué)術(shù)前沿與國家戰(zhàn)略需求，圍繞磁層亞暴，磁場重聯(lián)和粒子加速這些磁層物理前沿關(guān)鍵科學(xué)問題開展了一系列研究，取得了一批具有重要理論與應(yīng)用價(jià)值的基礎(chǔ)性研究成果。研究成果5次被評為美國地球物理學(xué)會，歐洲空間局和美國宇航局衛(wèi)星計(jì)劃的TopStory或亮點(diǎn)成果。這些重要標(biāo)志性成果該領(lǐng)域內(nèi)國際權(quán)威期刊GeophysicalResearchLetters和JournalGeophysicalResearch上，研究成果獲得了學(xué)術(shù)界的廣泛好評、跟進(jìn)研究和采用。該項(xiàng)目符合國家自然科學(xué)獎(jiǎng)推薦條件，強(qiáng)力推薦該項(xiàng)目申報(bào)國家自然科學(xué)獎(jiǎng)。

提名等級：國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)項(xiàng)目簡介：地球磁層亞暴不僅是地球空間最重要的能量輸入，耦合和耗散過程，也是造成空間環(huán)境劇烈擾動(dòng)的空間天氣重要災(zāi)害性事件，威脅著航天器運(yùn)行安全，衛(wèi)星通訊導(dǎo)航信號的接收。磁場重聯(lián)是宇宙中最重要的能量轉(zhuǎn)換和釋放過程。觀測表明從磁尾重聯(lián)區(qū)向近地空間輸運(yùn)的能量90%以上是由高速離子流攜帶。所以高速離子流是磁層能量釋放和傳輸最重要的載體，在包括亞暴在內(nèi)的磁層空間全球動(dòng)力學(xué)過程中起著極為重要的作用。第一完成人和其學(xué)生近20年來通過積極參與中國-歐洲空間局合作Cluster衛(wèi)星和雙星計(jì)劃，以高速離子流為主線，研究了磁層物理重要前沿問題，取得了如下重要發(fā)現(xiàn)：1、高速離子流與亞暴關(guān)系：首次觀測證實(shí)了亞暴與高速離子流的內(nèi)在聯(lián)系，提出了高速流剎車電流楔的新觀點(diǎn)（FBCW），解決了長期未決的磁層亞暴重大科學(xué)問題。提出了全新的計(jì)算高速流能量輸運(yùn)動(dòng)力學(xué)方法。新的高速流能量輸運(yùn)率要顯著大于以往磁流體力學(xué)計(jì)算結(jié)果，從而破解了亞暴能量輸運(yùn)的科學(xué)難題；2、無碰撞磁場重聯(lián)：利用多點(diǎn)衛(wèi)星觀測，首次發(fā)現(xiàn)重聯(lián)前的強(qiáng)烈哨聲波，從而奠定了無碰撞磁場重聯(lián)觸發(fā)的觀測基礎(chǔ)；在重聯(lián)擴(kuò)散區(qū)內(nèi)首次觀測到偶極化鋒面，提供了瞬態(tài)重聯(lián)產(chǎn)生偶極化鋒面的直接證據(jù)；3、高速離子流撞擊效應(yīng)及波粒相互作用：利用中國雙星等衛(wèi)星探測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在高速流撞擊地磁場過程中，可以同時(shí)激發(fā)空腔模和瞬態(tài)響應(yīng)模超低頻波（地磁脈動(dòng)）,提出超低頻波和甚低頻波聯(lián)合加速電子的新機(jī)制。首次發(fā)現(xiàn)地球空間超低頻上聲調(diào)磁聲波，并提出其非線性產(chǎn)生機(jī)制。上述成果解決了圍繞磁層亞暴和無碰撞磁場重聯(lián)觸發(fā)一些長期充滿爭議數(shù)十年來沒有解決的重要科學(xué)難題，推動(dòng)了磁層物理研究的發(fā)展。所采用的高速離子流多點(diǎn)衛(wèi)星分析方法和判據(jù)已被學(xué)術(shù)界采用，并被用于解釋眾多以前難以解釋的觀測現(xiàn)象，所發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象引起了學(xué)術(shù)界眾多后續(xù)研究，開辟了新的研究方向。8篇代表性論文發(fā)表于Geophys.Res.Lett.或J.Geophys.Res.兩個(gè)空間物理領(lǐng)域著名期刊上，SCIE和WebofScience他引總次數(shù)265次。研究成果4次被美國地球物理學(xué)會（AGU）或歐洲空間局（ESA）評為TopStory或研究亮點(diǎn)，1次被THEMIS衛(wèi)星計(jì)劃評為ScienceNuggets?；谏鲜龀晒谝煌瓿扇双@邀在2008年第九屆國際亞暴大會做大會特邀報(bào)告，這是自上世紀(jì)該會議舉辦以來中國學(xué)者首次受邀。第一完成人獲得了2004年美國宇航局Cluster衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)成就獎(jiǎng)，2005年歐洲空間局Cluster衛(wèi)星杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)，2008年法國航空航天城圖魯茲市榮譽(yù)勛章，2010年國際宇航科學(xué)院Laurels團(tuán)隊(duì)成就獎(jiǎng)，2015年中歐Cluster和雙星計(jì)劃合作杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)，并于2015年當(dāng)選國際宇航科學(xué)院院士。第二完成人獲得2011年中國科學(xué)院優(yōu)秀博士論文，2013年亞太無線電大會青年科學(xué)家獎(jiǎng)，2014年國際無線電聯(lián)盟青年科學(xué)家獎(jiǎng)。

主要完成人及完成單位：曹晉濱（北京航空航天大學(xué)），符慧山（北京航空航天大學(xué)），馬玉端（北京航空航天大學(xué)），魏新華（中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心），李柳元（中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心）代表性論文（專著）目錄（不超過8篇）序號論文（專著）名稱/刊名/作者年卷頁碼1JointobservationsbyClustersatellitesofburstybulkflowsinthemagnetotail/JournalofGeophysicalResearch/J.B.Cao,Y.DMa,G.Parks,H.Reme,I.Dandouras,R.Nakamura,T.L.Zhang,Q.Zong,E.Lucek,C.M.Carr,Z.X.LiuandG.C.Zhou2006年111卷A04206,doi:10.1029/2005JA0113222Geomagneticsignaturesofcurrentwedgeproducedbyfastflowsinaplasmasheet/JournalofGeophysicalResearch/Jin-BinCao,ChunxiaoYan,MalcolmDunlop,HenriReme,IannisDandouras,TielongZhang,DongmeiYang,AlexeyMoiseyev,StepanI.Solovyev,Z.Q.Wang,A.Leonoviche,N.Zolotukhina,andV.Mishin2010年110卷A08205,doi:10.1029/2009JA0148913Kineticanalysisoftheenergytransportofburstybulkflowsintheplasmasheet/JournalofGeophysicalResearch/JinbinCao,YuduanMa,GeorgeParks,HenriReme,IannisDandouras,andTielongZhang2013年118卷313-320頁4ClusterobservationsofwavesinthewhistlerfrequencyrangeduringmagneticreconnectionintheEarth’smagnetotail/JournalofGeophysicalResearch/Wei,X.H.,J.B.Cao,G.C.Zhou,O.Santolik,H.Reme,I.Dandouras，N.Cornilleau，E.Lucek,C.M.Carr,A.Fazakerley2007年112卷A10225,doi:10.1029/2006JA0117715Dipolarizationfrontsasaconsequenceoftransientreconnection:Insituevidence/GeophysicalResearchLetters/FuHuishan,J.B.Cao,Yu.V.Khotyaintsev,M.I.Sitnov,A.Runov,S.Y.Fu,M.Hamrin,M.André,A.Retinò,Y.D.Ma,H.Y.Lu,X.H.Wei,andS.Y.Huang2013年40卷6023-6027頁6Characteristicsofmid-lowlatitudePi2excitedbyBurstyBulkFlows/JournalofGeophysicalResearch/CaoJinbin,JuntaoDuan,AimingDu,YuduanMA,ZhenxinLiu,Guochen.ZHOU,DongmeiYang,TielongZhang,XinlinLI,MassimoVellante,HenriReme,IannisDandouras,E.Lucek,C.M.Carr,QiugangZongandQiLi2008年113卷A07S15,doi:10.1029/2007JA0126297Combinedaccelerationofelectronsbywhistler-modeandcompressionalULFTurbulencesnearthegeosynchronousorbit/JournalofGeophysicalResearch/LiuyuanLi,JinbinCao,andGuochengZhou2005年110卷A03203,do