极区电离层作为日地耦合的关键区域之一，其上受太阳风和磁层中能量和物质注入的影响，其下受低层中性大气变化调制的影响，使得极区电离层等离子体呈现非均匀的分布特征。当无线电信号通过这些非均匀等离子体时，产生的电离层闪烁现象，将严重影响卫星导航、定位以及通信质量。这些非均匀的等离子体分布，不仅包括诸如舌状等离体子体（tongue of ionization）、等离子体云块（polar cap patches）等高密度等离子体结构，还包括诸如极洞（polar hole）、电离层槽（ionization troughs）等低密度等离子体结构。多年来，相关专家学者普遍关注于受高密度等离子体结构影响的电离层闪烁现象，而对于低密度等离子体结构的研究相对较少；厘清低密度等离子体结构变化规律对于建立完善的电离层观测模型尤为重要。

图1 2014年北半球夏季（5月-7月）极区电离层GNSS TEC分布（a）。沿左图18:25-06:25MLT子午线上的TEC变化（b）

      传统的低密度等离子体结构主要出现在冬季夜侧电离层的F层，而在夏季，高纬电离层基本被太阳辐射所覆盖，通常认为呈现均匀的高密度等离子体分布。基于2014年北半球GNSS电离层总电子含量（TEC）数据（图1），发现在夏季高纬电离层存在大面积的低密度等离子体分布，这些低TEC区域的深度达到了7.6TECu（1TECu=1016electrow/cm2），主要分布在磁纬70°以上区域，并在子夜扇区和晨侧占优。通过统计2014年-2024年北半球夏季极区电离层TEC的分布（图2），发现该TEC低值区域主要发生在中等及以上太阳活动条件下(F10.7>100)的2014-2015年和2022-2024年。相对于地磁平静条件（低Kp指数），地磁扰动条件下（高Kp指数）的低TEC区域更深。研究结果将为后续高纬电离层理论模拟和天气预报提供分析依据。

图2 类似图1b，2014年-2024年夏季极区电离层沿18:25-06:25MLT子午线上的TEC变化

      该研究由中国极地研究中心（中国极地研究所）（以下简称“极地中心”）极地大气与空间物理团队与宝鸡文理学院等单位合作开展，研究结果发表在地球物理国际主流期刊Geophysical Research Letters上，审稿人认为研究结果是重要且有趣的（The results are important and interesting）。论文第一作者为宝鸡文理学院王建平博士，通讯作者为极地中心张北辰研究员，其他合作者分别来自于极地中心极地大气与空间物理学研究团队、中国科学院国家空间科学中心、麻省理工学院等单位。本研究得到了国家自然科学基金重点项目(Grants 42130210)和极地科学重点实验室开放课题（KP202404）的共同资助。

文章链接：

Wang, J.‐p., Zhang, B.‐c., Zhang, Q.‐y., Zhang, S.‐r., Zhang, Q.‐h., Wang, G.‐j., &Liu, J.‐j. (2025). A statistical study of the decreased TEC region during summer at northern high latitudes. Geophysical Research Letters, 52, e2025GL114676. https://doi.org/10.1029/2025GL114676.

    来源：中国极地研究中心（中国极地研究所）