基于全天空气辉成像仪观测网观测的电离层等离子体泡研究

Ionospheric plasma bubble has always been a very important and popular issue in space physics at home and abroad. In this study, we use the observation data from airglow observation network developed by ourselves, detection data of the Chinese Meridian Project, satellite data, and simulation data to study three-dimensional structure and the whole evolution process of ionospheric plasma bubble. The results will reveal change in morphological characteristics of ionospheric plasma bubble. Based on this study, we will reveal change in space structure of ionospheric plasma bubble and also will deeply explore the inner physical meachanism in the whole lifecycle of ionospheric plasma bubble. The results of this study provide a new perspective of the ionospheric plasma bubble which provide a new theoretic basis of studying in the ionosphere.

电离层等离子体泡一直是国内外空间物理学一个非常重要且热门的前沿研究课题。本研究项目我们将利用团队自主研制的独特的全天空气辉观测网以及国家大科学工程子午工程地基电离层观测数据，同时借助卫星及数值模拟数据，研究电离层等离子体泡演化过程中的立体形态结构特征，并详细深入研究其从产生、演化到消亡的完整的生命过程及其对应的物理机制；揭示电离层等离子体泡演化过程中的空间形态结构特征，探索电离层等离子体泡从产生到消亡的整个生命周期的物理机制，掌握电离层不规则体的传播和演化规律；本项目的研究成果将为电离层不规则体的研究提供新的视野，为电离层相关研究提供新的理论基础。

电离层不规则体是电离层中一个非常重要的物理现象，它们通常能够影响星地卫星的通信、导航、定位等，因此对其形态特征及演化过程的研究具有非常重要的科学意义和研究价值。. 在该项目中，基于全天空气辉成像仪观测网数据，借助国家大科学子午工程数字测高仪、GPS-TEC及Swarm卫星等观测数据，结合物理模式数据详细研究了出现在我国上空的电离层不规则体的形态结构特征及演化过程。研究主要发现如下：（1）在磁平静期间发现异常的等离子体泡演化。伴随着等离子体耗散区的等离子体泡出现在午夜后，之后耗散区逐渐消失，接近日出时再次出现融合等离子体泡形成一个更大的等离子体耗散区。等离子体泡在演化过程中呈现出不同的纬向漂移，一个等离子体泡保持不动，另一个等离子体泡显示微小的东向运动。基于数字测高仪结果，等离子体泡异常演化过程应该和电离层等离子体垂直漂移有关。结合TIEGCM模拟结果发现等离子体泡的不同纬向漂移应该和纬向风引起的电离层等离子体纬向漂移有关。（2）发现赤道电离层F区等离子体增强事件演化过程的物理机制。在2018年2月8日及11月4日夜晚两个等离子体增强结构（PDES）事件中，PDES沿着西北向东南向分布，在PDES演化过程的后期，有等离子体泡结构出现在PDES的内部。基于TIEGCM模拟数据及数字测高仪探测结果，发现它们的产生及演化可能和赤道区域的南北风相关。（3）基于气辉网数据对等离子体泡分支结构发生特征进行统计。结果发现：分支结构在等离子体泡演化过程中是一个高发现象，但并不是所有的等离子体泡都会伴随着分支的发生。分支的发生和太阳活动有关，伴随分支的等离子体泡在高太阳活动年有明显的增加。分支的发生时间随local time变化，大部分等离子体泡，第一个分支出现在21:00 - 22:00 LT。. 项目研究成果丰富了电离层不规则体的研究内容，深入探究了电离层不规则体的形态结构特征及演化过程，进一步揭示了电离层不规则体的演化规律及物理机制，为未来更进一步研究电离层不规则体提供了更多基础。