极盖区是地球极区开放磁力线构成的区域，也是日地耦合的关键区域之一，来自太阳风的能量及粒子能沿极区开放的磁力线直接进入极区高层大气，引起多种不均匀体结构，如极盖区经常出现的密度比背景高出两倍以上的传统等离子体云块(classical patch, 冷而密)，以及伴随有粒子沉降的热等离子体云块 (hot patch，热而密) (详见Zhang et al., GRL 2107)。另一方面，源自于极区电离层的离子能沿极区开放的磁力线上行，逃逸到磁层成为磁层等离子体的重要补充，影响/调制灾害性空间天气活动（如磁暴和亚暴等），而有些上行离子甚至可以逃逸出磁层进入行星际空间。在极盖区中，常常出现来自极隙区和极光椭圆的上行离子受到重力作用没来得及进一步加速就落回极盖区，使得背景电离层下行离子占主导，然而传统等离子体云块和热等离子体云块中却都常常观测到较强的离子上行。那么，这两种等离子体云块对离子上行的影响有无差异，有无关键物理参量能予以区别二者，至今尚未有深入研究。因此，研究极盖区里的传统等离子体云块和热等离子体云块的等离子体特征以及对离子上行的影响，将有助于对极区离子上行物理机制的深入理解。

我们（马羽璋、张清和等）利用美国国防气象卫星(DMSP)的实地等离子体探测，统计研究了极盖区等离子体云块中的离子/电子温度比（Ti/Te ratio）对离子上行的影响情况。结果表明：传统等离子体云块(classical patch) 更容易出现在昏侧极盖区中央位置，常伴随较小的对流速度和场向电流以及更高的离子/电子温度比。而位于极盖区边缘的热等离子体云块(hot patch)的离子上行率要高于传统等离子体云块，这可能是因为极盖区边缘仍未消失的电子沉降会加速离子上行并提高当地电子温度（降低离子/电子温度比）。我们还发现，随着云块内离子/电子温度比的增加，垂直通量（vertical flux）会从上行转变为下行；随着对流速度的增加，更强的摩擦加热及更快的云块演化也会导致上行通量增加；上行通量也随着场向电流的增加而增加。通过统计，我们还发现离子/电子温度比等于0.8或是电子温度比离子温度高600K（Ti / Te = 0.8 or Te = Ti + 600 K）是云块中离子上下行的分界线，亦是区分传统和热等离子体云块的界线。该项工作有助于深入理解极区电离层-磁层耦合动力学过程，将为极区电离层建模提供重要的物理支撑。

该研究工作已经被Geophysical Research Letters接受，将于近期发表（Yu-Zhang Ma, Qing-He Zhang, Zan-Yang Xing, Roderick A. Heelis, Kjellmar Oksavik, Yong Wang The ion/electron temperature characteristics of polar cap classical and hot patches and their influence on ion upflow, Article DOI: 10.1029/2018GL079099)，该研究受国家自然科学基金，子午工程，山东省自然科学基金以及国际空间科学研究所（北京）(ISSI-BJ)等的资助。

图1：(a-f)离子上行通量在不同离子/电子温度比下与场向电流及对流速度分布图（g）离子上行通量（绿），电子温度（蓝），离子温度（红）及离子上行率（黑）与离子/电子温度比分布图。