高纬电离层等离子体对流对行星际扰动的响应研究

Ionospheric plasma convection in high-latitude is the result of solar wind-magnetosphere-ionosphere (SMI) coupling,the evolution of the convection during the effect of the interplanetary disturbances will help us understand the energy transfer and coupling process in the SMI system. Based on the Super Daul Auroral Radar Network(SuperDARN)observations and PPMLR-MHD global three-dimensional simulations, this proposal will investigate how the plasma convection in high-latitude ionosphere respond to different interplanetary disturbances. By using both case study and stastical analysis, we will examine the temporal and spatial evolution of the ionospheric convection during sudden solar wind dynamic pressure ehnhancement events, such as interplanetary shocks and tangential discontinuities.Next we will analyze the relationships between the response characteristics and solar wind changes.Further we will address the conjugate ionospheric response in the two hemisphere.

高纬电离层等离子体对流是太阳风-磁层-电离层耦合的重要表现形式之一，其在行星际扰动作用下的时空演化规律有助于我们深入理解太阳风-磁层-电离层耦合过程。本项目基于国际超级双极光雷达网（Super Dual Auroral Radar Network, SuperDARN）的观测数据和PPMLR-MHD全球三维数值模型，开展不同行星际扰动下的高纬电离层等离子体对流的动力学响应过程及变化规律的研究。研究在激波和切向间断等太阳风动压增强的行星际扰动作用下电离层对流的时空演化过程，明确电离层对流响应特性与间断面特性参数的关系，并研究南北半球电离层对流响应的不对称性。

电离层等离子体对流是太阳风-磁层-电离层耦合的重要表现形式之一，其在行星际扰动作用下的时空演化规律有助于我们深入理解太阳风-磁层-电离层耦合过程。本项目基于国际超级双极光雷达网（Super Dual Auroral Radar Network, SuperDARN）的观测数据和PPMLR-MHD全球三维数值模型，开展不同行星际扰动下的高纬电离层等离子体对流的动力学响应过程及变化规律的研究。通过设计数值模拟算例，研究了正斜激波作用下，电离层对流的演化过程。发现两类激波作用下，其异常对流涡出现的位置不同，而且异常电流涡的两个涡旋的大小在正激波作用下基本相同，在斜激波作用下涡旋大小也不一致。并利用SuperDARN数据，在观测中得到了证实。通过检查不同行星际条件下，SuperDARN雷达观测的电离层对流情况，我们发现2001年12月30日行星际条件北向时，太阳风动压脉冲过后夜侧电离层出现一个异常的电离层对流涡，我们利用PPMLR-MHD数值模拟研究发现该异常电流涡是太阳风扰动作用下场向电流的演化造成的。研究了2015年3月17日大磁暴期间我国两个500 kV变电站观测到的地磁感应电流情况。我们发现在此次磁暴期间，行星际引发的地磁感应电流强度要比磁暴主相时的还要强很多。我们利用全球MHD模型对该SSC事件中我国两个高压变电站中的地磁感应电流进行了模拟，结果表明模拟结果与观测结果非常吻合，说明MHD模型可以用来预测此类事件。另外，该研究还显示在SSC期间，东西向的感应电场在低纬度地区占主导地位；而且，电网的拓扑结构和电性参数会大大的影响地磁感应电流水平。我们还研究了极端行星际激波作用下地磁感应电流的情况并对风险水平进行了评估。