地球空间环境与大地测量教育部重点实验室

SAPS期间电离层-热层耦合特性

 

Ø   SAPS对热层影响的地方时差异

SAPS对热层参数的时空影响至今国内外没有研究。我们首次统计学研究了400 km高度热层对SAPS的响应,研究表明SAPS对热层风和大气密度有重要影响,可以产生大气密度异常和西向风急流,揭示SAPS离子通量与纬向风较好线性相关,SAPS对热层和电离层参数存在明显的地方时差异,SAPS17-21HH磁地方时的纬向风有重要影响,最强的影响在19HH MLT区域,在23HH MLT区域影响最弱,大多数情况下纬向风在SAPS发生同时达到峰值,但在19HH MLT,纬向风在SAPS之后继续增强,1.5HH之后达到峰值,这可能与该地方时SAPS持续时间较长有关;电子密度槽和大气密度的最大改变也在19HH MLT,表明在这个地方时较强的离子-中性成分的摩擦加热过程。

 1  纬向风的改变值随纬度的分布,SAPS发生之前的纬向风速度已经被去除 

Ø   SAPS对电离层离子上行的影响

电离层离子上行是电离层-磁层耦合过程中重要的物理现象,能够向磁层提供氧离子,早期的工作利用卫星雷达数据及数值模拟研究了高纬极光椭圆带和极隙区离子上行现象进行了广泛研究,我们使用两年的DMSP卫星离子数据首次统计学研究了北半球亚极光区SAPS对亚极光区离子上行的影响,研究表明SAPS区域有明显的离子上行,冬季上行速度达到200m/s,上行离子通量为2x108cm-2s-1,与极隙上行通量相当,SAPS和离子上行峰值速度线性相关,表明SAPS离子摩擦加热对离子上行有重要影响,上行区域等离子体密度下降,电子温度升高,离子温度下降,电子温度增高与库仑碰撞过程削弱有关,离子温度降低与绝热膨胀过程有关。

  2  离子流速随季节的变化图,左图为SAPS峰值速度的绝对值,右图为垂直流峰值速度,ME表示春分,JS表示夏至,SE表示秋分,DS表示冬至 

  二区场向电流(R2)与SAPS的相对空间分布

            SAPS表现为电流源还是电压源特征国际上一直存在较大争议,在电流源模型中,场向电流扮演了重要角色,当较强的区场向电流流入到较低电导率的电离层亚极光区域时,极向电场将会增强从而来保证电离层闭合电流的连续性,极向电场的增强导致电离层西向等离子体对流(即SAPS)增强,在该模型中场向电流应该位于SAPS的赤道侧。然而也有观点认为场向电流在SAPS形成中并不重要,这种观点认为等离子体层中波粒相互作用导致电阻抗和磁场扩散异常,等离子团穿越磁场过程中发生电流短路而形成SAPS。以往的研究工作很少集中研究SAPS与场向电流的相对空间分布特征,我们使用电离层卫星协同观测,结合数值模拟,首次统计学研究了不同地方时扇区(17-23磁地方时)场向电流相对于SAPS的空间分布特征,模拟和观测都表明SAPS应表现为磁层电流源特征。 

 

 

上一篇:等离子体层Plume区域磁层-电离层耦合特性

下一篇:极区E层占优电离层的雷达观测