極區電離層電漿塊的形成機制和演化特徵研究

《極區電離層電漿塊的形成機制和演化特徵研究》是依託山東大學，由張清和擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：極區電離層電漿塊的形成機制和演化特徵研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張清和
• 依託單位：山東大學

中文摘要

太陽風-磁層-電離層相互作用引起的各類動力學過程可直接映射到極區電離層，在極區電離層產生眾多不均勻體結構。這些不均勻體結構所引起的極端空間天氣環境將對人類的生產生活、通訊和導航等產生直接或間接影響，其中極區電離層電漿塊最為常見，影響最為廣泛。因此，研究極區電離層電漿塊的形成機制和演化特徵，將有助於深入理解太陽風-磁層-電離層耦合過程，能為極區電離層建模進一步提供物理依據。本項目擬基於我國南極中山站和北極黃河站白天處在極隙區並形成地磁共軛的優越地理條件，利用站上已有的先進光學、無線電等方面設備的觀測數據，結合EISCAT/SuperDARN雷達和GPS 地面接收站的協同共軛觀測及THEMIS/Cluster/我國雙星等十餘顆衛星的協同觀測，以及相關極區電離層理論和數值模型，深入研究極區電離層電漿塊的形成機制和演化特徵，並探討和分析等離子塊和舌狀電離區及高緯電漿槽之間相互關係。

結題摘要

在本項目的資助下，項目組共獲取國際衛星和雷達及GPS TEC數據約2000 GB, 發表標註SCI學術論文12篇，書本章節論文1篇，科普論文1篇，投出學術論文3篇，其中1篇第一作者（通訊作者）論文在《Science》上作為當期唯一的科學論文亮點發表，並受到國際國內媒體的大量關注和報導。項目緊緊圍繞《項目計畫書》執行，超額完成了項目設定的各項研究目標。主要創新成果包括：（a）發現日側磁場重聯是極區電離層電漿雲塊形成的主要機制；（b） 完整追蹤了極區電離層電漿雲塊的形成和完整演化特徵，發現日側和夜側磁重聯對極蓋區電漿雲塊的形成和演化過程的“開關”控制作用，首次直接完整的觀測證實了Dungey磁層大尺度對流循環，獲取了太陽風-磁層耦合特徵時間等關鍵參數; （c） 揭示了暴時電漿增強或舌狀電離區是電漿雲塊的源區，而高緯電漿槽區的相應過程在電漿雲塊形成的“切割”過程中扮演著重要角色；（d） 理清了極區電離層各不均勻體相互關係的物理圖像，為極區電離層建模提供了科學依據。另外，我們還發現快速運動的極蓋區電漿雲塊是氧離子上行的重要源區，電離層電漿雲塊等不均勻體引起了明顯的電離層閃爍現象，直接影響通訊、導航、超視距雷達探測等。我們的研究結果有助於深入理解太陽風-磁層-電離層耦合過程，能為極區電離層建模和近地空間環境和空間天氣變化的預測和預報提供物理依據，並十分有助於提高極區通訊、導航精度。