中科院科學家在電離層等離子體泡研究中取得進展

等離子體泡是赤道區域較為重要的電離層特徵結構，其主要表現為日落之後F區底部密度較低、尺度較大的等離子體空腔結構。這種空腔結構會通過垂直漂移抬升至頂部電離層及更高高度，並在此過程中沿磁力線擴展到低緯及中緯區域，形成不同空間尺度的等離子體耗空區域。等離子體泡會對高頻通信、星地通信以及GNSS導航定位產生閃爍干擾。對等離子體泡進行觀測研究有重要的科學意義和應用價值。

近日，中國科學院科學家團隊——國家空間科學中心空間環境研究預報室阿爾察、劉四清、黃文耿等科研人員綜合利用地基GNSS、測高儀、天基Swarm衛星數據，對2017年9月8日磁暴期間中國及周邊區域的一起超級等離子體泡事例及其變化特性和形成機理進行了定性分析和定量研究。主要觀測結果為：在GNSS TEC地圖上，等離子體泡引起的耗空區域可以沿磁力線延伸至磁緯約46o的中緯區域，表明磁赤道區域的等離子體泡可以向上漂移至約6600km高度；在Swarm衛星電子密度觀測中，磁赤道區域的等離子體泡密度衰減可以達到3個量級左右；在海南三亞的測高儀觀測中有明顯的虛高抬升和閃爍現象。該研究觀測到了具有東西兩支分叉結構、可以漂移到等離子體層高度的超級等離子體泡結構。研究認為，誘發這一現象的主要原因是在該時段磁暴行星際磁場南向偏轉期間，中國區域恰好處於昏側時段，高緯磁層對流電場穿透到電離層低緯和赤道地區，增強的東向電場通過E×B垂直漂移大幅度抬升電離層，影響底部F層密度梯度，從而增加了日落後的瑞利-泰勒不穩定性，促進了電離層不規則體的發展，形成了所觀測到的超級等離子體泡現象。

相關研究成果發表在Space Weather上。

圖1.電離層TEC變化率指數（ROTI）地圖顯示的等離子體泡延伸軌跡

圖2.疊加在背景TEC地圖上的Swarm衛星的五條軌跡（左）；五條軌跡上的電子密度-緯度剖面示意圖（右）。軌跡3的赤道區域可見顯著的等離子泡密度衰減。

（來源：中國科學院）

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