极盖区边界以及面积变化特征研究

Polar cap is the region surrounded by the poleward boundary of the auroral oval. There exists a close relationship between the changes of the polar cap boundary and the polar cap area, and the conditions in the solar wind\the interplanetary magnetic field(IMF). Studies on the polar cap will play an important role in understanding the solar-terrestrial coupling process. Nowdays, there is still ongoing debate on the factors affecting the polar cap boundary and area, and on what the polar cap area means. This project will determine the polar cap boundary using the far ultraviolet images of the aurora observed by satellites, the auroral data obtained by the ground observation system in Antarctic and Arctic, and the HF radar data,respectively. The effect of the solar wind/IMF on the polar cap variation under different geomagnetic conditions will be analyzed, for constructing a statistical model of the polar cap boundary and the polar cap area. The changes of the polar cap during magnetospheric substorms will also be examined, to investigate the relationship between the polar cap area changes and the energy dissipated during substorms. Furthermore, the project will carry out conjugate study of the polar cap. Combining the results, the project aims to find out the factors affecting the polar cap boundary and area, and what the polar cap area represents.

极盖区是指由极光卵的极向边界所包围区域。极盖区的变化与太阳风、行星际磁场条件密切相关。极盖区的研究对于研究日地相互作用、日地能量耦合具有重要意义。目前，对极盖区边界和面积变化的影响因素以及其包含的物理含义仍存在争议。本项目拟分别利用极轨卫星紫外极光数据、中国南北极考察站的地面极光数据以及高频雷达等数据确定极盖区的边界，联合地磁活动及太阳风、行星际磁场数据，分析不同地磁活动条件下，太阳风、行星际磁场对极盖区边界和面积的影响，建立极盖区边界和面积变化的统计模型。重点研究磁层亚暴期间极盖区边界和面积的变化，讨论磁层亚暴能量耗散与极盖区面积变化的关系，探讨磁层亚暴期间磁层的动力学过程。同时，开展极盖区变化的南北极共轭观测研究。

极盖区指极光卵的高纬边界（极向边界）所包围的区域。极盖区的变化与太阳风、行星际磁场条件密切相关。极盖区在日地能量耦合中扮演了重要的角色。通过研究开放磁通量在磁层亚暴不同阶段的变化，探讨极盖区的变化与亚暴能量耗散之间的关系。利用IMAGE/FUV卫星紫外波段的观测到的极光图像，结合两种不同的高斯函数拟合得到极光带的极向边界；进一步通过行星际磁场Bz分量是否存在北向偏转，将亚暴分成两种比较典型的过程：触发型亚暴和自发型亚暴，利用AL和SYMH指数确定亚暴突始的具体时刻。分析了触发型亚暴和自发型亚暴事件在膨胀相和恢复相阶段的开放磁通量，得到的主要结论是：1、两种亚暴分别消耗了0.18 GWb and 0.38 GWb的磁通量，自发型亚暴比触发型亚暴耗散磁尾的能量更多，持续时间也更长；2、推测出的两种亚暴膨胀相期间的夜侧磁重联率比较接近80kV，在恢复相分别为58.3 kV and 43.8 kV；3、夜侧极盖区边界在极光爆发约4分钟之前开始极向运动，但整个极盖区的开放磁通量峰值的出现时间，相对亚暴onset不同，分别为提前4.2分钟和延迟6.8分钟。.事例分析进一步证实了亚暴期间的极盖膨胀收缩模型（ECPC），同时有助于了解极盖区面积的真正物理意义，了解亚暴期间的磁尾动力学过程。. 利用我国北极黄河站连续多年的极光观测数据，结合SuperDARN雷达在北半球的全域对流监测，对日侧弥散极光进行统计研究。结果显示（1）日侧弥散极光可分为无结构和结构型两类；（2）地方时下午侧的无结构状弥散极光更趋稳定并极少展现脉动特征；（3）日侧弥散极光在地磁活动相对宁静期更易被观测到；（4）结构型的弥散极光主要呈片状、条带状、不规则形态，通常伴随脉动和漂移特征；（5）条带状极光只在磁地方时正午被观测到，更重要的是该类型弥散极光的走向与局地电离层对流方向吻合；（6）发现喉区极光。喉区极光对应着正午流入极盖区的电离层不规则体结构。. 项目的实施对于深刻地了解极盖区的变化及其在日地空间环境中发挥的作用有了进一步的认识，从日侧极光的形态学特征和动力学属性发现了有意义的新的极光结构。.