地球外辐射带种子电子是指能量为100s keV的电子，其可与合声波发生相互作用而被加速成为相对论电子。相对论电子的增强可以导致灾害性空间天气，对于卫星和宇航员都有很大的威胁。过去研究表明，外辐射带种子电子主要来自亚暴电子注入或磁暴期间的对流过程。但是，磁暴主相期间的对流是否能提供大量的种子电子用于波粒相互作用等，不是很清楚。

本工作主要利用了范艾伦探测器的数据，统计了98个磁暴事件来研究磁暴主相持续时间、太阳风电场以及南向行星际磁场对于磁暴主相期间外辐射带种子电子（226 keV和342 keV电子）的影响。基于种子电子通量在磁暴主相与磁暴发生前的变化情况，将磁暴事件分为三类：第一类是衰减型事件（磁暴主相期间种子电子通量最大值与磁暴前相比为0.01–1）；第二类是增长型事件（磁暴主相期间种子电子通量最大值与磁暴前相比为1–10）；第三类是强增长型事件（磁暴主相期间种子电子通量最大值与磁暴前相比为>10）。

图1是226 keV电子衰减型事件的统计结果。从图中可以看出，所有事件的磁暴主相持续时间都较短（≤12小时），南向行星际磁场B_zmin 和太阳风电场E_ymax 都比较小（–15 nT < B_zmin< –5 nT、2 mV/m < E_ymax < 7 mV/m）。

图1. 226 keV电子衰减型事件的统计结果。

图2是226 keV电子增长型事件的统计结果。从图中可以看出，当磁暴主相持续时间较短（≤ 12小时，蓝色和红色标注的事件）时，南向行星际磁场B_zmin和太阳风电场E_ymax（–29 nT < B_zmin < –10 nT、5 mV/m < E_ymax < 11 mV/m）都比较大；当磁暴主相持续时间比较长（> 12小时，黑色标注的事件）时，南向行星际磁场B_zmin 和太阳风电场E_ymax（–23 nT < B_zmin < –5 nT、3 mV/m < E_ymax < 11 mV/m）相对磁暴主相持续时间较短的事件来说是比较小的。

图2. 226 keV电子增长型事件的统计结果。

图3是226 keV电子强增长型事件的统计结果。从图中可以看出，磁暴主相持续时间较长的事件（>12小时，黑色标注的事件）的南向行星际磁场B_zmin和太阳风电场E_ymax（–26 nT < B_zmin < –9 nT、3 mV/m < E_ymax < 16 mV/m）比磁暴主相持续时间较短的事件（≤ 12小时，蓝色标注的事件）的南向行星际磁场Bzmin和太阳风电场E_ymax（–32 nT < B_zmin< –13 nT、5 mV/m < E_ymax < 22 mV/m)小。

图3.226 keV电子强增长型事件的统计结果。

综上，通过统计研究发现了磁暴主相期间外辐射带种子电子通量呈现不同的变化（衰减、增长、强增长）；其不同变化主要受磁暴主相持续时间、南向行星际磁场B_zmin 和太阳风电场E_ymax等的影响。这些对于进一步认识地球外辐射带的动力学过程有重要意义。

山东大学空间科学与物理学院的硕士研究生王旭为论文的第一作者，山东大学空间科学研究院的汤朝灵教授为论文的通讯作者，武汉大学的倪彬彬教授、中国科学技术大学的苏振鹏教授、美国Staunch Data Analytics Lab的张继春教授为论文的共同作者。本工作得到了国家自然科学基金委的资助，其论文已被国际著名地球物理期刊J. Geophys. Res. -Space Physics正式接收，将于近期发表 [Xu Wang, Chao Ling Tang, Bin Bin Ni, Zhen Peng Su and Ji Chun Zhang （2022）, The Seed Populations in the Earth’s Outer Radiation Belt During the Main Phase of Magnetic Storms: A Statistical Study, J. Geophys. Res. Space Physics, in press ]。