极盖区极光弧（Polar cap arcs，PCAs）是指发生在极盖区内的弧状极光结构，有些从夜侧向日侧延伸可跨越整个极盖区并连接日、夜侧极光卵，有些仅位于极盖区晨侧或昏侧且尺度较短，还有一些只与极光卵一头相连或完全脱离极光卵进入极盖区。PCAs常常发生在地磁平静且行星际磁场北向期间，是太阳风-磁层-电离层耦合过程在极区电离层的典型踪迹之一，能够反映其粒子源区的动力学过程。目前，对极盖区极光弧的研究尚存争议，一方面其磁力线位型是否为闭合尚无定论；另一方面，其南北半球对比特性也不明确。

我们利用北极黄河站全天空极光成像仪高时间分辨率的地面光学数据，联合南北半球的星载极光成像仪DMSP/SSUSI和TIMED/GUVI等的协同观测，研究了发生在2006年2月5日的极盖区极光弧事件。研究发现南北半球均观测到极盖区极光弧，而且极光弧的运动明显受行星际磁场By的调制，且在南北半球呈现出明显的反对称特征，即在北半球的极盖区极光弧形成于昏侧，然后向晨侧运动，而南半球的特征则与之相反。特别地在极盖区内已经形成的极光弧的运动明显受行星际磁场By极性改变的控制。另外，DMSP卫星多次穿越南北半球均发现极盖区极光弧伴随有很强的对流剪切/反转，其沉降粒子具有边界层等离子体的特征。基于以上观测，我们推测磁尾拓扑结构变化产生了极盖区极光弧的通道（闭合磁力线），而重联或等离子体不稳定性等局地动力学过程为粒子沉降形成极光弧提供条件。

图1 DMSP/SSUSI和TIMED/GUVI极光成像仪观测南北半球极盖区极光弧

图2 (a)和(c) TIMED/GUVI星载和黄河站地面极光成像仪的协同观测，(b)和(d)DMSP F13卫星的粒子探测

该研究工作由山东大学、中国极地研究中心、美国约翰霍普金斯大学、日本国立极地所，美国麻省理工学院等的研究人员合作完成。该结果已经被Journal of Geophysical Research - Space Physics接受，将于近期发表（Xing Z. Y., Q. H. Zhang, D. S. Han, Y. Zhang, N. Sato, S. R. Zhang, Z.J. Hu, Y. Wang, Y. Z. Ma, Conjugate observations of the evolution of polar cap arcs in both hemispheres）。该研究得到国家自然科学基金和山东省自然科学基金等的资助。