申请2006年度中国科学技术大学校友基金会优秀青年教.doc

陈耀 申请2006年度中国科学技术大学校友基金会优秀青年教师奖材料一、 基本信息（姓名、性别、出生年月、出生地、学历学位、专业技术职务）陈耀，男，1975年12月生于山东省新泰市，博士，中国科大地球与空间科学学院副教授。二、 学习经历（从大学起）1993年9月考入中国科大空间物理学专业，97年9月本专业4-3分流读研，99年9月提前攻博。获美国哈佛大学史密松天体物理中心博士前奖学金(pre-doctoral fellowship)资助，于2001年9月至2004 年1月在该中心进行博士论文研究工作；于2004年4月通过博士学位论文答辩（中国科大）。三、 工作经历2004年4月被聘为中国科大地球与空间科学学院副教授2005年4月至7月在哈佛大学史密松天体物理中心进行短期学术访问四、 教学情况讲授课程：空间物理学研究进展（高年级本科生）、空间物理学（低年级研究生）研究生与本科生培养工作：已培养博士生（02级李嘉巍 注：第二导师）一名、现有一名硕士生（04级彭忠）及本科生(02级陈旭辉)即将毕业、另指导两名本科生的大学生研究计划。五、 科研情况研究兴趣：太阳风（磁）流体模型、太阳风的加热与加速机制，日冕物质抛射现象(CMEs)理论模型以及空间等离子体中的波动现象等。科研项目：主持国家自然科学基金委青年基金“冕流与低速流太阳风特性理论研究”(2005.12008.1：40404013) 以及中国科学院空间天气学重点实验室开放课题基金(2004.9-2005.7)，是首批(2004)中国科大国家杰出青年基金后备人选培养计划入选者。六、 主要学术成绩(1) 建立了由阿尔文波驱动的二维日冕与太阳风磁流体力学模型，证明阿尔文波的耗散机制可同时作为驱动高速流与低速流的物理机制，指出高低速流所具有的截然不同的物理特性与其各自磁流管的几何形状密切相关. 有关主要论文发表在Sol. Phys. (Chen & Hu, 2001)与Astrophys. Spa. Sci. (Chen & Hu, 2002)，获SCI他引14次。(2) 为理解太阳和日球观测台紫外日冕仪(UVCS/SOHO)在冕流与低速流区域利用O+5离子谱线得到的最新观测结果，申请者设计了低速流中重离子的理论模型，分别使用加热函数、阿尔文波湍流串级供能的离子回旋共振机制计算了O+5离子及其它离子的动力学行为。计算结果与紫外日冕仪的数据分析一致，发现主要由于重力以及热压梯度力反向 (由背向太阳转为指向太阳)等因素，O+5离子及其他一些离子在冕流尖点附近速度随日心距离非单调变化先加速后减速然后再加速，该现象被申请者定义为低速流中少数离子的“滞流现象”。这一工作将通常用于解释冕洞高速流太阳风少数离子观测特性的离子回旋共振机制推广至低速流太阳风，表明该机制对于低速流太阳风离子特性的形成也具有重要作用。论文在ApJ (Chen et al., 2004)，ApJL (Chen & Li, 2004)以及Adv. Spa. Res. (Chen, 2005)发表，共获4次SCI他引。七、 主要论著目录1. Chen, Y., G. Q. Li, and Y. Q. Hu, Force balance analysis of a coronal magnetic flux rope in equilibrium or eruption, the Astrophysical Journal, 2006, in press.2. Chen, Y., X. H. Chen, and Y. Q. Hu, Catastrophe of coronal flux rope in unsheared and sheared bipolar magnetic fields, the Astrophysical Journal, 644, 587, 2006.3. Chen, Y., Reproducing the UVCS/SOHO measurements in the slow wind source region at solar minimum, Advances in Space Research, 36, 1461-1467, 2005.4. Chen, Y., Velocity shear induced transition of magnetohydrodynamic to kinetic Alfven waves, Physics of Plasmas, 12, 052110, doi: 10.1063/1.1899664, 2005.5. Chen, Y., and X. Li, An ion-cyclotron resonance driven three-fluid model of the slow wind near the Sun, the Astrophysical Journal (letters), 609:L41-L44, 2004.6. Chen, Y., R. Esser, L. Strachan, and Y. Q. Hu, Stagnated outflow of O+5 ions in the source region of the slow solar wind at solar minimum, the Astrophysical Journal, 602:415-421, 2004.7. Chen, Y., R. Esser, and Y. Q. Hu, Numerical modeling of the halo electrons in the fast solar wind, Journal of Geophysical Research, 108(A10), 1371, doi:10.1029/2003JA009957, 2003.8. Chen, Y., R. Esser, and Y. Q. Hu, Formation of minor ion charge states in the fast solar wind: roles of differential flow speeds of ions of the same element, the Astrophysical Journal, 582:467-474, 2003.9. Chen, Y., R. Esser, and Y. Q. Hu, A theoretical model for O+5/ O+7 ions in the fast solar wind, Journal of Geophysical Research, 107(A11), 1368, doi:10.1029/2002JA009341, 2002.10. Chen, Y., and Y. Q. Hu, Effect of flow tube geometry on solar wind properties, Astrophysics and Space Science, 282(2), 447-460, 2002.11. Chen, Y., and Y. Q. Hu, A two-dimensional Alfvn wave-driven solar wind model, Solar Physics, 199, 371-384, 2001.八、 获奖情况曾获全国天文界纪念“成中杰”研究生奖(2000)、“求是”研究生奖学金(2001)、2005年度中国科学院优秀博士学位论文奖、2006年度全国百篇优秀博士学位论文(公示期)；首批(2004)中国科大国家杰出青年基金后备人选获得者。九、 工作展望题目：日冕物质抛射的初发及行星际响应摘要：发展有结构太阳风背景下的、磁绳灾变驱动的日冕物质抛射(CME)理论模型，建立CME由初发至传播演化的完整动力学过程的清晰的物理图像，探讨相关的日冕磁能释放机理，分析磁场拓扑不稳定性和磁场重联对CME加速过程的影响，以及CME与行星际介质的相互作用等物理问题。1、 研究背景日冕物质抛射(CME)及相关的太阳耀斑、爆发日珥等现象是日地空间中异常剧烈的能量与物质释放过程，是造成日地空间天气扰动的主要因素。一次大的CME可释放出1025J的能量，并将超过1016g的物质抛入行星际空间。当CME朝向地球传播时，会对地球磁层及附近的行星际空间环境造成剧烈扰动，对日益依赖于卫星通讯、电力等高技术手段的现代社会和日常生活有巨大影响。因此CME爆发机理、加速过程与行星际响应的研究不仅具有重要的科学意义，而且在空间天气学领域具有潜在的应用价值，与我国正在进行的空间探测项目“夸父计划”的科学预研部分密切相关。日冕磁绳灾变理论是CME触发机制的主流模型之一1,2。在该理论框架下，由于磁场拓扑全球不稳定性被激发，使储存在日冕中的磁能突然释放；磁绳被失衡的洛伦兹力以阿尔文波的速度量级快速抛出，形成CME。由磁绳喷发形成的电流片为快速磁场重联提供了条件，从而导致太阳耀斑发生。当磁绳内部存在日珥时，则CME与爆发日珥或暗条相关联。日冕磁绳灾变模型同时解决了CME的能源和触发机制问题，可将各类太阳爆发现象在统一的框架下进行研究，因此是非常有希望的。但目前相关模型，大多为直角坐标系下的解析解，无法进行合理的能量分析与研究CME的传播和全球演化过程及太阳风的影响。在观测方面，当前所有飞船及地面仪器均难以获得CME的初始加速数据3，故欲了解CME的初始加速过程，必须使用模型计算。目前一些研究CME加速和传播过程的模型，通常在太阳表面引入强压力脉冲或磁通浮现4，或直接将完全不相干的磁绳解析解与日冕太阳风数值解叠加5，这样得到的模拟结果具有较大的人为性，很难反映CME的真实的物理特性和动力学效应。另外，通常认为大的缓变型太阳高能粒子事件是由CME所驱动的激波加速形成。对于这一物理过程的正确认识，显然需要在了解CME初发过程的基础之上，分析CME所驱动激波的形成与发展的完整物理过程。2、 研究内容、关键问题及预期目标基于日冕磁绳灾变模型，在合理太阳风背景下，将CME的触发和传播作为统一的、自洽的物理过程进行研究，建立CME由触发至传播演化的完整动力学过程的清晰的物理图像，探讨相关的日冕磁能释放机理，分析磁场拓扑不稳定性和磁场重联对CME加速过程的影响，行星际介质对CME传播方向和动力学特性的调制作用，以及CME前方形成的激波特性与相关粒子加速等物理问题。首先考虑较为复杂的磁场拓扑位形，构建双极和多极背景场下的（多）冕流太阳风解，为发展CME动力学模型提供合理的磁场和等离子体背景；在合理背景基础之上，密切结合CME源区与太阳表面磁活动的观测特征，探索CME触发机制，从而构筑有明晰物理意义的日冕磁绳灾变驱动的CME物理模型。从理论的角度而言，磁绳的灾变可有多种触发方式，例如背景场光球足点的剪切运动、背景场的衰减、磁对消或磁场重联、磁绳磁通量的改变及内部质量损失等。另外，其他活动区磁场拓扑位形的改变亦可能触发本地的爆发事件（称为交感事件: Sympathetic events）。从现有观测数据出发，深入探索CME的触发条件是本项目工作重点之一。在此基础上，研究不同物理条件（如不同触发机制、不同位形、强度的背景场，不同极性、质量的日珥、不同剪切模式等）对CME加速过程的影响。对理想MHD与考虑磁场重联的耗散MHD过程分别进行研究，分析磁场重联在CME动力学中的作用。其中，理想MHD过程可通过调整磁通函数来消除数值重联而得以模拟。据我们所知，其他作者从未做过类似比较，而这正是我们算法方面优势的体现。通过对所得数值解的能量分析，甄别与CME相关的磁能释放机制：快速磁场重联释放或理想MHD的灾变式释放；分析磁场重联率、耀斑强度级别等与CME速度的相关性及其物理意义，并与最新观测数据进行比较。定量给出CME的传播过程，CME与太阳风的相互作用，包括高速低速太阳风电流片结构对CME传播方向与速度的调制作用；在不同物理条件下，求得CME驱动激波的形成高度、传播演化过程及其强度的空间分布，结合激波粒子加速的微观模型和经验模式，研究对应高能粒子事件的物理特征。相关工作的初步结果表明，磁场重联过程的确对磁绳的加速有着重要的作用，但是理想的灾变过程本身也足以产生CME，甚至是快速CME。有关工作仍需大量计算及物理分析，并需与观测数据直接对照。3、 主要参考文献1 Lin J., Soon W., & Baliunas, S. L. 2003, New Astronomy Reviews, 47, 532 Hu Y. Q. 2005, Proceedings IAU Symposium No. 226, 2633 Zhang J., Dear K. P., Howard R. A., & Vourlidas A. 2004, ApJ, 604, 4204 Chen J. 2001, SSRv, 95, 1655 Manchester IV W. B. et al. 2004, JGR, 109, A01102十、 学院推荐信陈耀副教授是我院与哈佛大学联合培养的优秀博士，为我校首批国家杰出青年基金后备人选入选者之一。陈耀事业心强，具有很大的发展潜力。他在太阳风物理模型方面作出了突出成绩，表现出了优良的科研素质。特别通过与美国哈佛大学天体物理中心世界知名的太阳物理学家开展的卓有成效的合作，大大开拓了他的研究视野，推动了理论研究与观测事实的密切结合，使其研究能力获得充分的锻炼。他所主持构建的多个太阳风模型均致力于解释一些非常典型的太阳风观测特征，包括早在人类进入空间时代初期以及最近几年的一些探测结果，涉及到与日冕与太阳风物理加热加速机制相关的一些非常基本的问题，取得了具有国际先进水平的研究成果。我院特别推荐陈耀副教授申请本年度中国科学技术大学校友基金会优秀青年教师奖。地球与空间科学学院2006年7月7日十一、 教授推荐信（另附一份纸质材料：教授签字）推荐信一陈耀博士在研究生学习期间（19972003）期间，硕士阶段从事等离子体中动力论阿尔文波研究；自1999年9月转入博士阶段，主要在我的指导下从事太阳风的加热和加速研究。2001年9月，他被美国哈佛大学史密松天体物理中心批准参加联合培养博士计划，由我和该中心Ruth Esser博士共同指导，主攻方向为多成份定态太阳风模型的数值模拟研究。哈佛史密松天体物理中心每年从世界各国的申请者中挑选3至4名研究生参加联合培养博士计划；陈耀同志被选中，表明他的确具有优良的素质和参与国际竞争的能力。与该中心世界知名的太阳物理学家开展的卓有成效的合作，大大开拓了他的研究视野，推动了理论研究与观测事实的密切结合，培养了他的创新能力。回国获得博士学