磁洞（magnetic holes, or magnetic decreases）是空间中观测到的磁场强度在短时间内降低的一种结构。线性磁洞是指磁场强度降低且其方向变化也不大的事件，而磁场方向变化较大的事件称为非线性磁洞。之前有研究发现线性磁洞一般产生于低磁场强度、高密度、高b区域，可能是由镜像模不稳定性产生的。另有研究认为线性磁洞仅占磁洞总数的10-30%，非线性磁洞的产生与phase-steepened Alfven wave、shock-wave interaction（在CIR中）等有关，且此类产生机制同样适用于线性磁洞。对于非线性磁洞背景参数特性目前还少有人研究。本工作通过分别统计研究线性和非线性磁洞列（每个列中至少包括三个磁洞）事件的磁场和等离子体特性，研究这两类磁洞可能的产生机制。另外通过统计分析在ICME、CIR以及在一般太阳风中观测到的线性和非线性磁洞的特性，推测其可能的源区。

我们利用2001-2009年近一个太阳活动周期的Cluster-C1磁场和等离子体数据，统计研究了太阳风中线性磁洞列（LMD trains）和非线性磁洞列（NMD trains）事件的背景磁场和等离子体条件。图1a和1b分别为LMD train和NMD train事件。结果表明与NMD trains相比，LMD trains产生于磁场强度较低，密度较大，b（等离子体热压与磁压比）值较高的区域，NMD trains产生条件更接近背景太阳风条件。

根据ICME和CIR列表，我们发现在太阳活动高年与ICME相关的LMD trains约占其总数的30%，因此推测ICME是线性磁洞列在太阳活动高年一个可能的源区。另外，25%的LMD trains和NMD trains在CIR中产生的，因此CIR是LMD trains和NMD trains的一个重要源区。通过分别统计LMD和NMD trains在ICME、CIR和一般太阳风条件下的背景磁场和等离子体特性，发现这两类磁洞的背景磁场和等离子体条件同样存在差别，如LMD trains出现率随太阳风粒子数密度增大而增大（如图2b所示），而NMD trains出现率随密度增大而减小（如图2d所示），因此我们推测LMD trains和NMD trains可能是由不同的物理过程产生的。ICME中产生的LMD trains可能是由镜像模不稳定性产生的，而大部分的NMD trains可能是由steepening of Alfvén waves产生的。

这一研究由我中心、北京大学，美国阿拉斯加大学、中科院地质与地球物理所人员合作完成，文章已发表于Solar Physics杂志，(T. Xiao, Q.Q. Shi, A.M. Tian, W.J. Sun, H. Zhang, X.C. Shen, W.S. Shang, A.M. Du. Plasma and Magnetic field characteristics of magnetic decreases in the solar wind at 1AU Cluster-C1 observations. Solar Physics,DOI:10.1007/s11207-014-0521-y)。这一研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学杰出青年基金、国家重点实验室开放课题以及山东大学研究生创新基金和山东大学博士研究生学术新人奖的支持。

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图一、(a)线性磁洞列事件（列中均为线性磁洞）；(b)非线性磁洞列事件（列中不全是线性磁洞）。

图二、(a)和(c)为线性磁洞列（LMD trains）和非线性磁洞列（NMD trains）背景等离子体密度的分布情况，(b)和(d)分别为其出现率随等离子体密度的变化。其中红色虚线代表太阳风平均密度分布。