近期，我中心子午工程数据部向山东大学空间科学研究院张清和教授研究团队提供了子午工程高频雷达数据、国际超级双极光雷达网SuperDARN中国中心数据，支撑了该团队研究冷、热云块发生率对局地等离子体输运和粒子沉降的不同依赖性关系，太空台风的发生条件以及时空分布特征，以及夜间增强现象在中高纬地区主导的形成机制和影响因素。
    太阳风与地球磁层的相互作用过程可以直接映射到极区电离层，引起等离子体云块、太空台风等不均匀体和夜间增强等异常现象。等离子体云块是极区电离层最为常见的不均匀体，可分为热云块和冷云块两类；而太空台风是一种在磁极点附近新发现的不均匀体，因其具有台风气旋状的极光形态而得名。夜间增强是电离层电子密度日变化的异常行为，表现为F2层电子密度峰值在夜间由衰减转为增强。这些结构、现象会影响无线电波在极区电离层的传播过程，进而对卫星通讯导航等造成影响。
    借助子午工程高频雷达数据与天基卫星、地基测高仪数据相结合，该团队统计研究了冷云块（高密低温）和热云块（高密高温）在不同IMF条件下的电离层对流位型中的分布，及其对局地输运和粒子沉降的依赖性。结果表明：在冬季，(1)冷、热云块更多地分布在受IMF调制的更强的电离层逆阳流中。(2)冷云块更靠近极盖区中心，而热云块更靠近极光卵。(3)Bz<0条件下，增强的逆阳流(E x B漂移)促进冷云块的产生，而无论IMF南向还是北向，软电子沉降均促进热云块的产生（图1）。

图1 冷(蓝色)/热(红色)云块和背景条件(灰色)与水平对流速度（Vcross-track）及软电子沉降能通量的关系图

    利用SuperDARN中国中心雷达在太空台风持续时间内的对流速度观测数据，获得了太空台风周围的对流特征，结合OMNI数据库进一步统计了太空台风发生时的行星际磁场、太阳风条件以及时空分布特征，结果表明太空台风嵌入在昏侧对流涡中，北半球的太空台风主要发生在夏季，太空台风主要发生在正向By主导的北向行星际磁场期间，对太阳风速度、数密度、动压没有明显的依赖关系。这些统计特征为太空台风形成的高纬度波瓣重联机制提供了有力证据。

图2 （A-C）太空台风的时间分布统计与（D-I）行星际磁场、太阳风参数的依赖性统计

    对于电离层夜间增强则是借助了包含子午工程高纬电离层监测站的电离层测高仪观测和北极高纬电离层经验模型E-CHAIM开展研究。统计发现，在北半球的中高纬地区，夜间增强现象主要发生在冬季。夜间增强现象在中纬与太阳活动呈负相关，主要的形成和影响机制是来自更高海拔的等离子体向下扩散到电离层F2层。然而，在高纬极区，受到不均匀体等高密度结构的影响，夜间增强现象表现得更加复杂。这项研究有助于我们更好地了解地球电离层气候学的运行规律。

图3 不同太阳活动条件下北半球中高纬NmF2夜间增强的空间分布

论文信息：
该系列成果相关学术论文已分别发表于空间物理专业期刊《Geophysical Research Letters》、《Frontiers in Astronomy and Space Sciences》和《JGR: Space Physics》上，第一作者分别为张端博士生、陆盛硕士生和赵凌新博士生。文章通讯作者均为张清和教授。

论文链接地址：
1.Duan Zhang. Qing-He Zhang. Y.-Z. Ma. Kjellmar Oksavik. L. R. Lyons. Y.-L. Zhang. Balan Nanan. Z.-Y. Xing. Jing Liu. Marc Hairston. X.-Y. Wang.(2022). Solar and Geomagnetic Activity Impact on Occurrence and Spatial Size of Cold and Hot Polar Cap Patches. Geophysical Research Letters. 49(12),1.https://doi.org/10.1029/2022GL098671
2.Wenjie Sun. Guozhu Li. Huijun Le. Yiding Chen. Lianhuan Hu. Sipeng Yang, Xiukuan Zhao.Haiyong Xie. Yi Li. Biqiang Zhao. Baiqi Ning. Libo Liu.(2022).Daytime Ionospheric Large-Scale Plasma Density Depletion Structures Detected at Low Latitudes Under Relatively Quiet Geomagnetic Conditions. JGR: Space Physics. 127(2),1.https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fspas.2022.1047982/full
3.Ling-Xin Zhao. Qing-He Zhang. Tong Xu. Zan-Yang Xing. N. Balan. Yong Wang. Yu-Zhang Ma. Dong-Xing Gao. A Statistical Study of Nighttime Ionospheric NmF2 Enhancement at Middle-to-High Latitudes in the Northern Hemisphere. JGR: Space Physics. 127(11).https://doi.org/10.1029/2022JA030844

来源：国家空间科学数据中心