极区电离层是地球开向太空的“天然窗口”，来自太阳风的能量和高能粒子会沿着开放的磁力线注入到地球极区电离层，因而极区电离层被视为日地能量和物质传输过程中的重要一环。磁层亚暴是日地能量和物质传输过程中发生最为频繁和重要的动力学过程，可以将注入并储存在地球夜侧磁尾的太阳风能量和粒子以焦耳耗散等形式快速释放到夜侧极区电离层中，在磁午夜附近形成大范围、强烈的、快速演化的极光并引起强烈的地磁扰动，因而也被称为极光（地磁）亚暴。

西行浪涌是极光亚暴期间出现的旋涡状发光结构，具有显著的倒“V”型能谱特征的电子沉降和较大的对流剪切特征。过去研究表明西行浪涌的形成和演化与极向边界点亮结构（Poleward Boundary Intensification, PBI）密切相关，然而是什么过程驱动了PBI和西行浪涌的形成和演化，目前还缺乏观测证实。并且，西行浪涌伴随的粒子沉降和对流剪切是否会引起电离层离子上行，也有待进一步研究。本文利用位于北美扇区Poker Flat非相干散射雷达（PFISR）和全天空相机（PFASC）的观测数据对两个极光浪涌事件进行分析，深入西行浪涌的形成与演化过程以及其伴随的离子上行过程。

我们分别对发生于2012年11月24日和2014年12月22日的极光亚暴及其中的西行浪涌事件开展了事件研究。研究结果表明：（1）从极光椭圆边界形成的PBI伴随有低电子密度、电子温度的赤道向对流，当其赤道向运动抵达西行浪涌所在位置并与其接触时，会进一步促进西行浪涌演化，使其极光强度增加、形态发生改变（图1），等离子体特征表明赤道向对流可能源于极盖区，而其在磁尾的映射、爆发地向流（Burst Bulk Flow）可能参与调制了磁尾磁层中的动力学过程，最终促进了西行浪涌的形成和演化。（2）非相干散射雷达观测表明，西行浪涌中存在明显的离子上行（品红色虚线箭头），并伴随有显著的极向对流速度和极光粒子沉降(图2)。分析认为E×B引起的极向对流在垂直地面方向的上行速度分量和粒子沉降引起的电子加热均可能为引起离子上行的物理机制。该工作加深了人们对夜侧极光亚暴演化过程的物理理解，其结果为极区电离层与离子上行建模打下了观测基础。

 本工作发表于Journal of Geophysics Research: Space Physics（文章链接：https://doi.org/10.1029/2020JA028498），由山东大学空间科学研究院、美国加州大学洛杉矶分校、阿拉斯加大学、波士顿大学以及SRI组织共同完成，第一作者为山东大学空间科学研究院的马羽璋博士，通讯作者为张清和教授。本工作受国家自然基金委、子午工程等项目资助。该工作也被主编选为该杂志8月刊的封面（见图3）。

图1. PFASC与PFISR在2012年11月24日对极光亚暴及西行浪涌的时序观测图。绿色圆形区域为全天空相机视野范围，中心点线为PFISR观测波束位置。中心处为PFISR观测的视线速度，指向雷达为正；左上角为黄色虚线中的极光图像，右上角为PFISR的电子密度。PFISR的4，11，16，25波束方向如右下方所示。

图2.PFISR 4，11，16，25波束的时序观测图，从上到下每栏依次是：电子密度，电子温度，离子温度，视线速度（指向雷达为正），波束上提取出的绿光波段极光强度。波束的观测高度及对应的地磁纬度分别在每栏的左右处，方位角和仰角如标题右上所示。

图3.Journal of Geophysical Research Space Physics 2021年8月刊封面，图为本工作图1 UT 06:03:15时刻的全天空相机与雷达观测图。