本期摘要

    子午工程團(tuán)隊(duì)成員中國(guó)極地研究中心研究團(tuán)隊(duì)，利用南極中山站相干散射雷達(dá)、數(shù)字式電離層測(cè)高儀和通門式磁力計(jì)的聯(lián)合觀測(cè)數(shù)據(jù)，在磁層-極區(qū)電離層耦合系對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴響應(yīng)的瞬時(shí)觀測(cè)特征方面開(kāi)展了研究工作。通過(guò)利用子午工程極區(qū)自主空間環(huán)境立體觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行日地能量耦合過(guò)程探測(cè)，研究結(jié)果揭示了能量粒子沉降影響電離層不均勻體動(dòng)力學(xué)特征，獲取了極區(qū)高空大氣對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴的瞬時(shí)響應(yīng)特征，給出了場(chǎng)向電流及電離層電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)變化規(guī)律。相關(guān)工作發(fā)表在學(xué)術(shù)權(quán)威期刊《JGR：Space Physics》上。作者為劉建軍、Shibaji Chakraborty和陳相材，該成果被評(píng)選為子午工程2023年度優(yōu)秀成果。

    極區(qū)是地球通向外層空間的天然窗口，近乎垂直匯聚在極區(qū)的磁力線與空間等離子體電性相通，漏斗狀的磁場(chǎng)幾何位形利于太陽(yáng)風(fēng)-磁層耦合及磁層頂動(dòng)力學(xué)過(guò)程在極區(qū)投影聚焦。因此，極區(qū)電離層成為呈現(xiàn)日地空間環(huán)境變化的顯示屏。太陽(yáng)活動(dòng)事件經(jīng)由行星際空間傳播至地球，在極地上空以絢麗多彩的極光、電離層及地磁擾動(dòng)等形式呈現(xiàn)。極地考察站成為理解空間物理過(guò)程及空間環(huán)境影響的重要觀測(cè)平臺(tái)。極區(qū)空間環(huán)境除受到太陽(yáng)光照、季節(jié)效應(yīng)等因素影響外，還受到典型太陽(yáng)風(fēng)暴（如日冕物質(zhì)拋射、太陽(yáng)耀斑、行星際激波等）的強(qiáng)烈影響，甚至觸發(fā)災(zāi)害性空間天氣事件。這類極端空間天氣直接影響衛(wèi)星載荷安全、極軌氣象和資源衛(wèi)星軌道高度、超視距無(wú)線電通訊和短波通訊等。開(kāi)展太陽(yáng)風(fēng)暴影響的極區(qū)空間環(huán)境效應(yīng)研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

    針對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴撞擊地球空間觸發(fā)的極區(qū)電離層效應(yīng)，中國(guó)極地研究中心極地大氣與空間物理學(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用南極中山站和北極黃河站觀測(cè)的宇宙噪聲吸收、地磁場(chǎng)及電離層觀測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)聯(lián)合衛(wèi)星所得太陽(yáng)風(fēng)等離子體、行星際磁場(chǎng)等開(kāi)放數(shù)據(jù)，詳細(xì)分析了行星際激波撞擊地球空間引起的電離層響應(yīng)特征。圖1給出了中山站在不同時(shí)刻相對(duì)極光卵位置的示意圖。當(dāng)行星際激波撞擊地球的一瞬間，中山站正好位于磁正午，電離層測(cè)高儀觀測(cè)到低電離層電子濃度增加、電離層短時(shí)地向移動(dòng)、地磁場(chǎng)負(fù)彎擾。覆蓋中山站上空的麥克默多相干散射雷達(dá)掃描探測(cè)到電離層等離子體對(duì)流由逆陽(yáng)流入極蓋區(qū)瞬時(shí)反轉(zhuǎn)為向陽(yáng)流（南轉(zhuǎn)北），而中山站相干散射雷達(dá)則探測(cè)到等離子體的對(duì)流方向由西向流入極隙區(qū)轉(zhuǎn)為東向流出（西轉(zhuǎn)東，圖2所示）。南極中山站與北極黃河站形成近磁共軛的觀測(cè)對(duì)，通過(guò)對(duì)比黃河站的宇宙噪聲吸收數(shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)激波撞擊地球空間之后觸發(fā)了明顯的高能粒子沉降。多臺(tái)子午工程空間物理設(shè)備的聯(lián)合觀測(cè)表明日地相互作用的晨昏對(duì)流電場(chǎng)扮演了關(guān)鍵角色，正是增強(qiáng)的對(duì)流電場(chǎng)和高能粒子沉降驅(qū)動(dòng)了上述極隙區(qū)觀測(cè)的極端空間環(huán)境變化，為應(yīng)對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴產(chǎn)生的災(zāi)害性空間天氣事件提供了第一手的監(jiān)測(cè)預(yù)警信號(hào)。

圖1 磁緯度/磁地方時(shí)坐標(biāo)系下中山站一天24小時(shí)相對(duì)于極光卵的位置變化示意圖。斜線陰影區(qū)大致表示極光活動(dòng)的區(qū)域，黑點(diǎn)表示中山站全天相對(duì)極光卵的位置，紅圈表示中山站極光成像儀的觀測(cè)視野范圍。12表示磁地方時(shí)中午、18表示黃昏

圖2 2012年6月16日中山站電離層測(cè)高儀、高頻相干散射雷達(dá)以及麥克默多雷達(dá)觀測(cè)的電離層回波狀況。豎線表示行星際激波達(dá)到地球空間的時(shí)刻

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https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2023JA031497