极盖区等离子体云块触发的极向边界点亮事件的观测研究

极盖区等离子体云块是电子密度比背景高出2倍及以上的高密度不均匀体,极向边界点亮是夜侧极光卵极向边界亮度显著增强的极光结构。探究极盖区等离子体云块与极向边界点亮现象的形成和演化以及二者之间的关系对理解极区电离层-磁层耦合具有重要意义。本文基于北极黄河站全天空极光成像仪、欧洲非相干散射雷达(EISCAT)、SuperDARN雷达和GPS TEC等多手段观测数据,揭示极盖区等离子体云块运动到夜侧极光卵极向边界,进而触发极向边界点亮的完整过程。研究结果表明,(1)高密度等离子体云块从极盖区运动到夜侧极光卵极向边界时,极向边界附近的极光强度明显增加,即出现了极向边界点亮现象。(2)极光亚暴发生后,极光卵极向膨胀,极向边界到达EISCAT Svalbard 42 m雷达观测视野。该雷达观测到了高密度、高电子和离子温度的结构,并伴随着电子密度峰值高度下降和离子上行等现象,这与高密度等离子体云块的输运和当地的极光粒子沉降密切相关。(3)从日侧向夜侧输运的等离子体云块到达夜侧极光卵极向边界附近时可能触发极向边界点亮,并且影响等离子体云块和极光粒子沉降接触区域的等离子体特征,这有助于加深我们对夜侧极区电离层-磁层耦合过程的理解。

极盖区等离子体云块近十年研究进展

极盖区等离子体云块是一种经常出现在极区电离层F层的高密度块状结构,其电子密度一般是背景电子密度的两倍及以上,水平尺度约为100~1000 km.极盖区等离子体云块的产生及演化过程可以示踪磁层-电离层/热层耦合过程中的能量及动量传输过程.同时,这种电子密度不均匀体(尤其是其边沿区域)对跨极盖区的无线电波传播具有很强的干扰,经常影响无线电通讯导航定位等应用.因而,极盖区等离子体云块研究不仅是空间物理领域的热点问题,而且也是空间天气监测及准确预报等应用的重要基础.本文简述了近十年来极盖区等离子体云块的研究进展,主要内容包括:概括了极盖区等离子体云块几种可能的形成机制;提出了极盖区冷/热等离子体云块的分类研究;统计了极盖区等离子体云块的时空分布特征及其对外部条件的依赖性;追踪了极盖区等离子体云块的完整演化过程;最后,讨论了极盖区等离子体云块引起的离子上行现象及电离层闪烁效应.

南极中山站的f_0F2特征

本文利用电离层数字测高仪 (DPS - 4)所测的f0 F2和从美国NOAA和DMSP卫星观测估算的半球功率指数和午夜极光区赤道侧边界纬度等资料 ,考察中山站电离层的极区特征。结果表明 ,冬季中山站电离层内的电离生成主要取决于从磁层沉降的粒子。在太阳活动和地磁变化宁静环境下 ,磁正午极隙区内的软粒子是最主要的电离源 ,它能使f0 F2达全天的最大值 ;上、下午各有数小时处于极光带内时 ,高能粒子的电离作用也很重要 ;夜间进入极盖区后 ,电子密度则很低。夏季太阳辐射电离效应使f0 F2值比冬季增加 1— 1 .5MHz,而其日变化的最大值时间也提前了 1— 2hr。发生很大扰动时 ,极隙区和极光带的位置均向低纬方向移动。若中山站日间也处于极盖区内时 ,电子密度会大幅度下降 ,并常接收不到电离层回波的信号。在中等扰动环境下情况更加复杂。由于高纬电离层对流速度很高 ,离子 /中性分子间的碰撞复合系数就很大。热层中性大气全球经向环流对高纬电离层电子密度的增加无显著作用。磁暴期间中午从极隙区向南的等离子体对流对中山站f0 F2的增高也无明显影响。

关于暴时电离层电流分布的南北半球不对称性

采用国际上广泛认可的高层大气和电离层经验模式提供的各种参数，通过电离层电流连续方程，计算出强磁暴条件下6月至日和12月至日内，磁纬±72°和磁地方时00：00-24：00之间电离层电场、电流等的分布,计算中考虑了地磁和地理坐标间的偏离；除中性风场感生的发电机效应外，还包含了磁层耦合（极盖区边界的晨昏电场和二区场向电流）的驱动外源．结果表明，6月至日时，磁层扰动自极光区向中低纬的穿透情况在南、北半球内基本接近，北半球内略强；但12月至日时，呈现明显的不对称性，南半球的电流穿透远强于北半球，而电场的穿透则是在北半球更强．无论南北半球，在中高纬地区，午夜至黎明时段出现较强的东向电场分量。其E×B的向上漂移效应，正是解释我们以往不少研究现象中所期盼的物理机制．