极区电离层离子上行(ion upflow)是电离层-磁层耦合中的一个重要过程：源自于极区电离层的上行离子可逃逸到磁层成为磁层等离子体的重要补充，并能影响或者调制灾害性空间天气活动（如磁暴和亚暴等）；或者沿极区开放的磁力线进一步逃逸出磁层进入行星际空间。而在极盖区(polar cap)中，大部分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，极盖区经常出现密度比背景高出很多的等离子体云块等不均匀体结构且电离层对流复杂多变，因此，研究极区面积最大的极盖区内的离子上行何时发生、上行离子的加速机制和控制因素则显得尤为关键。

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，提出太阳天顶角(solar zenith angle, SZA)，太阳活动性(表征为F10.7 通量)与极区电离层对流速度共同影响着极盖区的离子上行。我们通过事件和统计分析发现：极盖区内离子上行发生率在晨侧较高且伴随较大的对流速度；离子上行发生率随着对流速度，太阳活动性的增加而增加，随着台太阳天顶角的增加而减小（见图1）。在对流速度非常小且天顶角大于100°时，由于稀缺的光照和微弱的焦耳加热，离子上行率非常低。由于磁力线的时间演化和焦耳/摩擦加热受电离层对流速度影响，离子上行速度会随着对流速度的增加而增加。我们还发现上行速度随太阳天顶角及对流速度的变化有所不同：在对流速度较低时，上行速度随太阳天顶角增加而增加且峰值在SZA=90°（春、秋分）附近；对流速度较高时，上行速度随太阳天顶角增加而减少，对此我们解释为焦耳加热的主要贡献项离子密度和离子-中性成分相对速度会随季节和对流速度而变化。上行通量与上行速度分布类似，只是低对流时夏天的上行通量高于冬天。该项工作有助于理解极区电离层-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Journal of Geophysical Research - Space Physics接受，将于近期发表（Yu-Zhang Ma, Qing-He Zhang, Zan-Yang Xing, P. T. Jayachandran, J. Moen, Roderick A. Heelis, Yong Wang, Combined contribution of solar illumination, solar activity, and convection to ion upflow above the polar cap）,该研究受国家自然科学基金，子午工程和山东省自然科学基金以及国际空间研究所北京（ISSI-BJ）等的资助。

图1：(a1) 离子上行率随对流速度及太阳天顶角的变化(a2) 离子上行率随F10.7及太阳天顶角的变化(b1) O+离子密度随对流速度及太阳天顶角的变化(b2) O+离子密度随F10.7及太阳天顶角的变化(c1) 离子上行速度随对流速度及太阳天顶角的变化(c2) 离子上行速度随F10.7及太阳天顶角的变化(d1) 离子上行通量随对流速度及太阳天顶角的变化(d2) 离子上行通量随F10.7及太阳天顶角的变化。