数值模拟日侧磁场重联对极盖等离子体云块形成的影响

极盖等离子体云块是极区空间天气重要现象之一,其形成过程是当前重要研究课题.观测表明,日侧磁场重联对应的极区电离层高速流可能对舌状等离子体(TOI)形成"切割"作用,最终形成极盖等离子体云块.伴随磁场重联,同时存在极光粒子沉降,会引起F层等离子体密度的增大,阻碍"切割"效应.本文利用耦合极区电离层模型,模拟研究电场和软电子沉降共同作用下F层等离子体密度的演化.结果表明,在局部电离层电场大于一定数值(80mV)的情况下,"切割"效应能有效发生.并详细分析了"切割"效应发生时等离子体各参量的演化过程,对"切割"效应的内在物理过程进行了探讨.

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.

对流输运在TOI断裂形成等离子体云块中的作用研究

极盖等离子体云块是极区电离层常见特征之一,其形成演化过程是当前重要研究课题.光电离高密度等离子体在对流输送作用下从日侧穿过极隙,通过极盖到达夜侧,已成为共识.日侧磁场重联作用下的极区对流输运过程,在舌状等离子体结构(TOI)“断裂”形成极盖等离子体云块中发挥重要作用.利用极区全域GPS/TEC观测数据,结合SuperDARN雷达实测的对流速度,对等离子体云块形成过程进行案例研究,重点分析两种TOI断裂形成等离子体云块的发生机制.研究结果显示,等离子体对流输运过程在TOI断裂形成等离子体云块过程中发挥关键性作用,对流形态或局部对流速度矢量急剧变化都可能导致TOI结构不稳定,使TOI结构断裂形成等离子体云块.