新闻网讯（通讯员薛祖祥、李荣）12月30日，Geophysical Research Letters（《地球物理研究快报》）在线发表地球与空间科学技术学院袁志刚教授研究团队对地球内磁层电磁离子回旋（ElectroMagnetic Ion Cyclotron；EMIC）波研究的最新进展。
论文题为“Saturation Characteristics of Multi-Band EMIC Waves in the Inner Magnetosphere and Observational Evidence for the Second Saturation Process”(《内磁层多带电磁离子回旋波的饱和特性以及二次饱和的观测证据》)。地球与空间科学技术学院博士后薛祖祥为论文第一作者，袁志刚教授为通讯作者，武汉大学地球与空间科学技术学院为第一署名/通讯单位。
电磁离子回旋波（简称EMIC波）在地球磁层物质和能量的演化过程中起着关键作用，因此一直是地球内磁层研究的前沿热点之一。由于EMIC波的波幅直接影响等离子体动力学过程的时间尺度，因此波幅是量化EMIC波在磁层演化中作用的重要参数之一。许多研究基于初始等离子体环境参数对EMIC波幅度进行了建模，但主要聚焦于总体波幅/能量的演化。而袁志刚教授团队在先前研究中（Geophysical Research Letters, doi:10.1029/2019GL083630）通过准线性理论发现，多带EMIC波可能在初次饱和后出现二次饱和阶段。考虑到不同波段之间波幅演化的不一致性以及不同波动特性对磁层动力学过程的影响可能存在显著差异，针对不同波段的波动特性进行单独建模显得尤为重要。此外，尽管准线性理论揭示了多带EMIC波的二次饱和过程，但该理论预测尚缺乏的观测证据。因此，建立多带EMIC波的饱和模型并给出二次饱和的观测证据，成为亟待解决的关键问题。
袁志刚教授团队基于混杂模拟，成功复现了EMIC波的二次饱和过程，并结合线性增长理论，分析了多带EMIC波饱和幅度与达到饱和所需时间与初始线性增长率之间的关系。他们发现，不同波段的饱和波幅与饱和时间之间呈现与初始增长率高度相关的幂律函数关系，并进一步提出了二次饱和阶段热质子温度各向异性与平行等离子体β值之间的反相关新模型。基于磁层卫星Van Allen Probes的观测数据，他们报道了一个典型观测事件，其中波动特性和粒子状态的观测结果与数值模拟结果高度一致，从而验证了二次饱和过程的存在，提供了该物理过程的首个观测证据。该研究提出的多带EMIC波饱和新模型，以提供更有针对性的多带EMIC波特征输入参数，实现与其他大尺度磁层模型的耦合。研究成果不仅证实了多带EMIC波二次饱和过程的存在，也为地球内磁层基本等离子体物理过程提供了新的理解与认识。
据悉，该研究的合作者武汉大学地球与空间科学技术学院博士后邓丹在研究工作中负责卫星数据处理，余雄东研究员负责理论支持。研究获得了国家自然科学基金委杰出青年科学基金、面上项目及青年科学基金的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1029/2024GL113596
电磁离子回旋波二次饱和过程模拟结果图
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