由于太阳辐射光致电离的消失，夜间电离层的电子密度在复合损失过程的作用下通常会持续衰减。然而，有时夜间电离层的电子密度衰减停止，转为增加，这种电离层电子密度日变化夜间“异常”现象被称之为电离层夜间增强。电离层夜间增强通常用电离层F2层峰值电子密度（NmF2）的变化来表征。前人对中低纬电离层夜间增强的研究较多，而缺乏对较高纬度地区电离层夜间增强的研究，该区域的磁层电离层耦合动力学过程和电动力学过程较为复杂。同时，电离层夜间增强能够直接影响相应区域内的卫星通信导航和超视距雷达探测等。因此，研究中高纬电离层夜间增强的时空分布规律和形成机制，有助于理解电离层物理过程，可为电离层建模提供支撑，具有重要的科学意义和应用价值。

空间科学研究院极区电离层-磁层耦合课题组张清和教授带领团队开展了中高纬电离层夜间增强现象的研究。赵凌新等利用北半球中高纬地区四个电离层测高仪台站超过一个太阳周期的观测数据，通过制定中高纬夜间增强事件判断标准并开发自动识别算法，筛选出观测事件，统计研究了电离层夜间增强季节和太阳活动相关性；同时，引入了北极高纬电离层经验模型（E-CHAIM）深入分析了夜间增强在北半球中高纬度地区（地磁纬度大于50°N）的空间分布规律。研究结果表明：（1）中高纬电离层夜间增强主要发生在冬季（11月至2月，图1）；（2）中高纬电离层夜间增强的发生率和相对增幅与太阳活动呈负相关（图2），等离子体向下输运过程对其形成和发展至关重要；（3）E-CHAIM模型结果（图3）表明夜间增强具有一个明显的极向边界（地磁纬度65°N附近），这与等离子体层顶的极向边界重合；具有明显的经向分布特征（其相对增幅最大值（最小值）出现在75°E和120°W（30°W）），这与背景电离层电子密度和热层分子密度的经向变化、夜间向下等离子体通量的经向分布以及中纬度槽位置有关。此外，高纬电离层不均匀体结构（如极盖区等离子体云块等）对夜间增强形成和发展也有一定的影响。

图1: 太阳活动指数F10.7以及4个测高仪台站观测到的夜间增强事件的月发生数和年发生数。（a）中，蓝色线表示月平均F10.7指数，紫色线表示年平均F10.7指数。（b）-（e）中，灰色条表示每个月发生夜间增强事件的数量，红线表示每年发生的夜间增强事件数量；每栏顶部轴上的彩色带表示季节。

图2:夜间增强的发生率（a1-a3）、相对增幅（b1-b3）和绝对增幅（c1-c3）随太阳活动的变化。黑线表示线性拟合，r表示相关系数。

图3: E-CHAIM获得的不同太阳活动条件下北半球中高纬夜间增强的空间分布特征。黑色虚线表示地磁纬度。

该研究结果发表于国际权威期刊JGR：Space Physics，论文第一作者为极区电离层-磁层耦合课题组博士生赵凌新，通讯作者为张清和教授。该研究受到国家自然科学基金项目、中国电波传播研究所项目、子午工程项目、山东省自然科学基金项目和中国博士后科学基金会等的资助。

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Zhao, L.-X., Zhang, Q.-H., Xu, T., Xing, Z.-Y., Balan, N., Wang, Y., et al. (2022). A statistical study of nighttime ionospheric NmF2 enhancement at middle-to-high latitudes in the northern hemisphere. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 127, e2022JA030844. https://doi.org/10.1029/2022JA030844.