等离子体层Plume中沉降环电流离子的电离层效应研究

The project focus on the characteristics of structure and dynamics of ionospheric irregularities caused by the precipiating ring current ions in plasmaspheric plumes. In plasmaspheric plumes obseved by the Cluster and IMAGE .satellites,With conjoint observations of sub-auroral proton arc with IMAGE FUV, GPS TEC and ionosondes, the influence of the precipating ring current ions caused by EMIC waves in plasmaspheric plumes on ionospheric irregularities can be obtained.In addition, Variation of local ionospheric current caused by this kind of ionospheric irregularities are obtained with ground-based magnetometers. Those research are very important to reveal the mechanism of the particle and energy coupling in the system of the plasmasphere-RC-ionosphere and particle-EMIC waves interactions in plasmaspheric plumes. Meanwhile, the result is also great helpful to the research of the radio wave propagation in the ionosphere for the plasmaspheric plume.

本项目以等离子体层Plume中EMIC波相应的波粒相互作用产生的电离层不均匀体结构及动力学特征为主要的研究内容。通过Cluster 卫星及IMAGE卫星观测的Plume 区的EMIC 事件，结合通过IMAGE卫星的FUV亚极光区质子极光与GPS TEC、数字测高仪的电离层观测，揭示产生的电离层不均匀体结构及演化特性。研究由等离子体层Plume 区EMIC 波所致沉降的环电流高能离子对电离层电子密度改变的特征。同时，由地面上地磁台链的观测反演获得由产生的电离层不均匀体对局部电离层电流的改变特征。研究结果有助于揭示等离子体层Plume 区EMIC 波动相关的波粒相互作用以及等离子体层-环电流-电离层系统的物质与能量耦合机制，同时对该区域的电离层电波传播研究具有重要的学术意义。

本项目利用卫星与地面的联合观测，研究了等离子体层羽状结构（Plume）中由波粒相互作用导致的高能沉降离子的电离层效应，取得了一系列突出的研究成果。利用POES、GPS卫星和地面地磁脉动的联合观测，首次在实验观测中获得EMIC波导致的离子沉降能够导致亚极光区电离层电子浓度及电导率显著增加。在实验观测中发现EMIC波导致的沉降离子能够驱动流入电离层的场向电流，从而导致亚极光极化流的增强。发现在等离子体层Plume区高能沉降粒子导致测高仪观测的频高图中低频段被强烈吸收、以及Es层结构的出现。提供了在等离子体层Plume区EMIC波能够通过波粒相互作用导致环电流离子及MeV的辐射带相对论电子沉降的实验观测证据。揭示了导致极光区和亚极光区高能离子沉降对应与磁层中的不同物理机制。以上研究结果对揭示内磁层-电离层系统的物质及能量的耦合特征具有重要的参考意义。同时对理解亚极光区电离层的高频电波的传输特性及对亚极光区测高仪观测具有重要的指导意义。