电离层与磁层通过大尺度对流电场、场向电流紧密的耦合在一起。受来自磁层的粒子沉降，对流电场等影响，电离层中的离子会被加速并沿着磁力线上行，被称为电离层离子上行(ion upflow)。离子上行是电离层-磁层耦合的重要过程，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），甚至有些上行的离子能够沿极区开放的磁力线进一步逃逸出磁层进入行星际空间。观测和理论表明，电离层离子上行的加速机制通常分为两类，一类是来自于太阳风、磁层的软电子沉降引起的电子加热，另一类是与对流电场有关的电磁能通量耗散（坡印廷矢量），即离子加热。离子加热通过下行的坡印廷矢量在电离层高度焦耳耗散和当地电流驱动的波和不稳定性加热离子，形成压力梯度导致离子上行，因而场向电流也被认为是离子上行的驱动之一。然而前人主要聚焦于伴随场向电流的离子上行事件分析或单独讨论离子上行机制，缺乏离子上行与场向电流相关关系的统计研究。

我们（马羽璋，张清和等）利用美国国防气象卫星(DMSP) 2010年至2013年期间南北半球的实地等离子体探测数据，统计了顶部电离层离子上行的南北半球时空分布特征，以及离子上行与场向电流、离子/电子温度的关系。研究发现：无论磁静或是磁扰期间，离子上行均表现出晨昏不对称性，而且晨侧、正午和午夜更高，其时空分布与I区场向电流相吻合(图1)。通过相关性分析发现磁静日南北半球晨侧离子上行与I区场向电流相关性较高；磁扰日南半球晨侧离子上行与I区场向电流相关性均高于昏侧，磁扰日北半球的情况则相反；午夜极光卵处的离子上行率较高，这与夜侧极光粒子沉降相关，而磁扰日的上行率明显高于磁静日，这可能源于亚暴引起的粒子沉降增强有关；正午区域离子上行率较高，这与极隙区存在较强的场向电流密切相关，也可能与极隙区强对流剪切引起的焦耳加热有关。

图1：磁静日离子上行与场向电流随磁纬度-磁地方时分布图，左列为北半球，右列为南半球。（a,b）为总数据分布，（c,d）为离子上行发生率，(e,f)为场向电流，（g,h）为离子上行发生率与一区场向电流关系图。

图2：磁静日、磁扰日南北半球电子、离子温度分布图。(a-d)为磁静日，(e-h)为磁扰日。左列为北半球，右列为南半球。

通过分析离子/电子温度与场向电流的相关性（图2），我们发现电子温度在午后较高，电子温度在晨侧较高，这意味着电子加热可能在午后扇区的离子上行中占主导，而离子加热在晨侧扇区占主导；正午和午夜处电子、离子温度均显著增高，这意味着正午和午夜离子加热和电子加热共同作用于离子上行，使得此处离子上行率上升；磁扰期间的场向电流和离子上行的区域均拓展至更大范围。该统计工作有助于我们理解极区电离层-磁层耦合过程中离子上行和场向电流的相关关系以及产生离子上行的物理机制。

该工作已经被Journal of Geophysical Research - Space Physics接收，将于近期发表（Yu-Zhang Ma, Qing-He Zhang, P. T. Jayachandran, Kjellmar Oksavik, L. R. Lyons, Zan-Yang Xing, Shan-Yu Zhou , Marc Hairston, Yong Wang, Statistical study of the relationship between ion upflow and field-aligned current in the topside ionosphere for both hemispheres during geomagnetic disturbed and quiet time）,该研究受国家自然科学基金、国际空间科学研究院-北京(ISSI-BJ)等的资助。