近期，我中心子午工程数据部向中国极地研究中心研究团队提供了南极中山站相干散射雷达、数字式电离层测高仪和通门式磁力计的联合观测数据，支撑了该团队在磁层-极区电离层耦合系对太阳风暴响应的瞬时观测特征方面开展的研究工作。研究结果揭示了能量粒子沉降影响电离层不均匀体动力学特征，获取了极区高空大气对太阳风暴的瞬时响应特征，给出了场向电流及电离层电场的驱动变化规律。
    极区是地球通向外层空间的天然窗口，近乎垂直汇聚在极区的磁力线与空间等离子体电性相通，漏斗状的磁场几何位形利于太阳风-磁层耦合及磁层顶动力学过程在极区投影聚焦。因此，极区电离层成为呈现日地空间环境变化的显示屏。太阳活动事件经由行星际空间传播至地球，在极地上空以绚丽多彩的极光、电离层及地磁扰动等形式呈现。极地考察站成为理解空间物理过程及空间环境影响的重要观测平台。极区空间环境除受到太阳光照、季节效应等因素影响外，还受到典型太阳风暴（如日冕物质抛射、太阳耀斑、行星际激波等）的强烈影响，甚至触发灾害性空间天气事件。这类极端空间天气直接影响卫星载荷安全、极轨气象和资源卫星轨道高度、超视距无线电通讯和短波通讯等。开展太阳风暴影响的极区空间环境效应研究具有非常重要的现实意义。
    针对太阳风暴撞击地球空间触发的极区电离层效应，中国极地研究中心极地大气与空间物理学研究团队利用我中心子午工程南极中山站和北极黄河站观测的宇宙噪声吸收、地磁场及电离层观测数据，同时联合卫星所得太阳风等离子体、行星际磁场等开放数据，详细分析了行星际激波撞击地球空间引起的电离层响应特征。图1给出了中山站在不同时刻相对极光卵位置的示意图。当行星际激波撞击地球的一瞬间，中山站正好位于磁正午，电离层测高仪观测到低电离层电子浓度增加、电离层短时地向移动、地磁场负弯扰。覆盖中山站上空的麦克默多相干散射雷达扫描探测到电离层等离子体对流由逆阳流入极盖区瞬时反转为向阳流（南转北），而中山站相干散射雷达则探测到等离子体的对流方向由西向流入极隙区转为东向流出（西转东，图2所示）。南极中山站与北极黄河站形成近磁共轭的观测对，通过对比黄河站的宇宙噪声吸收数据，研究人员发现激波撞击地球空间之后触发了明显的高能粒子沉降。多台子午工程空间物理设备的联合观测表明日地相互作用的晨昏对流电场扮演了关键角色，正是增强的对流电场和高能粒子沉降驱动了上述极隙区观测的极端空间环境变化，为应对太阳风暴产生的灾害性空间天气事件提供了第一手的监测预警信号。

图1 磁纬度/磁地方时坐标系下中山站一天24小时相对于极光卵的位置变化示意图。斜线阴影区大致表示极光活动的区域，黑点表示中山站全天相对极光卵的位置，红圈表示中山站极光成像仪的观测视野范围。12表示磁地方时中午、18表示黄昏

图2 2012年6月16日中山站电离层测高仪、高频相干散射雷达以及麦克默多雷达观测的电离层回波状况。竖线表示行星际激波达到地球空间的时刻

论文信息：
该成果相关工作发表在学术权威期刊《JGR：Space Physics》上。作者为刘建军、Shibaji Chakraborty和陈相材，该成果被评选为子午工程2023年度优秀成果。
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X. X. Zhao, Q.-G. Zong, J. J. Liu, Chao Yue, X.-Z. Zhou, Z. J. Hu, H. Q. Hu, Z.-Y. Liu (2023).A Conjunction of Pc5 ULF Waves From Spaceborne and Ground-Based Observations. JGR：Space Physics, 128(9).https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2023JA031497

来源：国家空间科学数据中心