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科研丨极地大气与空间物理团队在极隙区电离层总电子含量日变化研究方面取得新进展

发布日期:2022-04-29 11:04:22

科研|极地大气与空间物理团队在极隙区电离层总电子含量日变化研究方面取得新进展



        离地球表面约60至1000公里高度的电离层区域存在大量的自由电子和离子,足以对在其中传播的无线电波产生影响。电离层总电子含量(total electron content,TEC)是反映电离层等离子体含量的重要参数之一。极隙区位于日侧极区、地磁纬度接近± 78°(约5°宽),极隙区电离层通过磁力线直接与磁层外部空间相连,除了受到局地光电离的作用,该区域还受到极区对流、软电子沉降等因素的影响,并与极区电离层的诸如等离子体云块、舌状电离层结构等许多不规则结构的形成和演化过程相关。南极中山站与Scott Base站是一对关于地磁南极大体对称的台站,两者均位于极隙区纬度附近,且一天中存在两个时段使两者分别大致位于极区逆阳对流的入口和出口区域。


        近日,极区空间物理与天文研究所(筹)极地大气与空间物理学研究团队在地球物理国际主流期刊Advances in Space Research发表了“A Comparative Study of Ionospheric TEC Diurnal Variations at Two Stations Near Cusp Latitudes in the Southern Hemisphere”的研究论文。该项工作利用了Madrigal数据库的TEC数据,以及表征地磁活动水平的Kp指数以及表征太阳活动水平的F10.7指数等空间环境参数,并结合高纬电离层模型,研究了一个太阳活动周(2010-2020)内极隙区纬度两台站的TEC日变化情况。统计结果表明中山站TEC日变化峰值主要出现在地方时中午与磁地方时中午之间,基本不受地磁活动水平的影响,受太阳活动水平的影响不明显(图1);而Scott Base站TEC日变化峰值主要出现在地方时中午与磁地方时子夜之间,基本不受地磁活动水平的影响,但受太阳活动水平的影响非常明显(图2)。统计研究发现,极隙区纬度的这两个台站区域电离层除了受局地光电离的影响意外,还受极区逆阳对流的影响,且太阳活动水平较高的时候后者的影响更为显著;基于不同形态的双涡对流电场条件下的模拟结果侧面反映了局地光电离与逆阳对流对这两个台站乃至整个极区电离层TEC日变化的影响(图3)。



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图1 中山站不同(a)Kp和(b)F10.7条件下TEC日变化最大值出现时刻的分布情况



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图2 Scott Base站不同(a)Kp和(b)F10.7条件下TEC日变化最大值出现时刻的分布情况化



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图3  南半球磁纬-磁地方时坐标系下不同对流电场模式下TEC分布日变化模拟结果

(左列:对流涡大体对称,中列:昏侧对流涡占优,右列:晨侧对流涡占优)


        该论文第一作者为中国极地研究中心(中国极地研究所)博士后李雪璟,第二作者为博士后导师张北辰研究员,其他合作者来自极地中心极区大气与空间物理学研究团队。研究工作得到了国家重点研发计划(2018YFC1407303, 2018YFC1407304, and 2018YFF01013706),国家自然科学基金(41774166, 42130210, 41831072, 41874195, 41431072, 40574075)等的支持。



相关论文:

1. Li, X., Zhang, B., Hu, Z., Hu, H., Liu, R., Yang, H., He, F., A Comparative Study of Ionospheric TEC Diurnal Variations at Two Stations Near Cusp Latitudes in the Southern Hemisphere, Advances in Space Research (2022), doi: https://doi.org/10.1016/j.asr.2022.03.008



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