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极盖区热等离子体云块的观测特征研究
[ 录入者:admin | 时间:2017-07-26 22:44:55 | 作者:张清和;马羽璋 | 来源: | 浏览:360次 ]

一种不同于传统极盖区等离子体云块的新不均匀体结构——极盖区热等离子体云块的观测特征研究

 

极盖区是地球极区开放磁力线构成的区域,是日地能量传输链中的重要一环和空间天气的重要组成部分。极盖区电离层存在着众多的不均匀体结构,如极盖区等离子体云块(Polar cap patch)、跨极盖极光弧等。其中极盖区等离子体云块最为常见,其形成和演化能直接影响人类的通讯、导航、定位和超视距雷达探测等。传统的极盖区等离子体云块通常源于太阳光致电离高密度区域,在磁层大尺度对流和脉冲式磁重联等动力学过程的影响下产生并输运进入极盖区,其电子温度通常比较低。我们的前期研究(Zhang et al., GRL2013)也发现在极隙区还存在着一种有别于传统等离子体云块(冷而密的)的不均匀体结构,它是热而密的,主要由粒子沉降所引起,而在极盖区是否存在这种热而密的不均匀体结构还知之甚少。在极盖区内,人们通常只根据等离子体云块的传统定义将密度高出背景两倍或两倍以上的等离子体团统称为极盖区等离子体云块。这极大的混淆了这两类不均匀体结构(冷而密的和热而密的)的形成机理、演化特征及其对空间环境的影响。

    

基于此,我们(张清和,马羽璋等)利用美国国防气象卫星(DMSP)的实地粒子探测数据,结合全球分布的GPS地面接收机获取的电离层总电子含量(TEC)数据和国际超级双子极光雷达网(SuperDARN)获取的极区电离层全域对流数据、DMSP卫星的星载成像仪SSUSI数据以及加拿大北极高纬电离层监测网(CHAIN)获取的电离层闪烁数据,首次在极盖区找到了这类热而密的不均匀体结构,并将其命名为极盖区热等离子体云块(Polar cap hot patch极盖区热等离子体云块的密度与传统等离子体云块量级相当但其具有更为陡峭的边界,且电子温度有明显的升高,还伴随由明显的低能粒子沉降离子上行场向电流对流剪切(1所示)。我们认为这类热等离子体云块hot patch)可能是由于受低能粒子沉降和离子上行调制的源自于光致电离区域的等离子体进入到极盖区对流通道(flow channel)而形成,其形成过程还伴随由明显对流剪切和场向电流(2所示)。

另外,我们对比分析了传统等离子体云块与热等离子体云块对GNSS导航信号的影响发现在发展成熟的热等离子体云块能引起更强的电离层闪烁该项工作有助于升入理解极区电离层-磁层耦合过程,为极盖区不均匀体结构识别、分类和研究提供了直接证据,将为极区空间天气预测和预报提供观测和理论支持,以更好的服务于 GNSS导航等。

 

该研究结果已被GRL(geophysical research letters)接收,将于近期发表。本研究得到了国家自然科学基金山东自然科学基金的资助。感谢国际空间科学研究所(北京)(ISSI-BJ) “Multiple-instrument observations and simulations of the dynamical processes associated with polar cap patches/aurora and their associated scintillations”国际团队的支持与资助,论文也感谢该团队专家给本研究工作的宝贵建议。

1 DMSP卫星观测到的极盖区内传统等离子体云块以及热等离子体云块(hot patch

2. 传统极盖区等离子体云块和热等离子体云块示意图

 
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