日侧冕状极光的分类及其产生机制研究

日侧冕状极光是磁中午附近出现的一种主要极光形态，它们是太阳风与地球磁层相互作用产生的典型电离层踪迹，可以作为空间天气活动的指示器。然而由于磁层边界层各类动力学过程的瞬变特性以及极区磁力线的高度汇聚作用，日侧冕状极光的形态、动态极为复杂,至今尚无明确的特征描述和合理的物理分类，它们与磁层边界层各类动力学过程之间具体的对应关系也未能建立。本项目拟利用极隙区纬度上南极中山站与北极黄河站极光观测数据，采用计算机图像处理与模式识别技术，利用动态纹理和隐马尔可夫模型进行极光图像序列建模，实现日侧冕状极光过程的自动分类；利用SuperDARN和 EISCAT雷达、地磁链等多种地面观测，寻找对应日侧冕状极光的电离层不均匀体和空间电流体系变化的形态和动态特征；以地面多手段和Cluster-双星、DMSP等卫星观测资料协同分析为基础，研究日侧冕状极光与磁层源区动力学过程的对应关系，探索日侧冕状极光的物理机制。

围绕项目目标和拟解决的关键问题，本项目建立了中山站多尺度极光成像系统，新建了北极KHO极光观测点、极光自动分析示范系统、SuperDARN高频雷达数据分析系统，进一步加强了南北极极光观测与数据分析能力。按计划开展了分析研究工作，取得了如下主要研究进展：.1、基于极光的形态和动态特征，利用图像模式识别技术，建立了日侧极光的分类方法。尝试了利用多种计算机图像识别技术对极光图像进行分类，并通过与人工识别结果对比验证了方法的有效性。在自动模式识别应用于极光物理研究这一学科交叉领域开展了有益的探索, 但在结合物理机制的分类上还需进一步开展深入研究。.2、.初步确定日侧冕状极光的源区特征，获得日侧冕状极光与磁层边界层过程的对应关系。利用黄河站多年连续极光观测，发现日侧重联电场对日侧630.0nm极光激发具有的线性的调制作用，而南北向电场对日侧午后扇区的极光激发具有明显调制作用；发现极光弧宽度越靠近磁正午越小，认为该结果是由于越接近磁正午磁壳的厚度越小，极光弧对应的磁层源区也越小所致；统计研究了极向运动极光结构（PMAFs）在不同行星际磁场条件下的光谱、运动、粒子沉降、时空分布等特征，发现PMAFs的发生率对IMF By在午前-午后的不对称性在Bz正向时比负向时更为明显；发现PMAFs存在着一段较低极光强度的时段，在重联发生时先出现赤道向移动，再开始极向移动；发现南北半球日侧极光卵综观强度分布的不对称性，并指出该不对称性是由磁鞘粒子密度的晨-昏不对称以及局地电离层的晨-昏变化联合作用所致。.3、在伴随日侧冕状极光的电离层不均匀体和空间电流体系的变化特征研究方面取得了一些进展。结合地面极光与雷达等多手段观测，发现行星际激波导致的日侧极光极强度的午前、午后变化及电离层对流方向的改变符合SC模型预测；发现日侧弥散极光强度与太阳风动压具有很高的相关性，认为太阳风动压可通过影响日侧合声波的活动以及相关的散射过程来调制日侧弥散极光；发现直接驱动过程和装卸载过程在触发型亚暴和自发型亚暴事件中都同时存在,但是对于自发型亚暴事件，太阳风的直接驱动作用更强，而对于触发型亚暴事件，卸载过程的作用在膨胀相时更明显。..本项目原计划发表论文30篇(其中SCI论文20篇),实际发表67篇（其中SCI论文46篇）。