等离子体层Plume中EMIC波的特征及相应波粒相互作用的研究

本项目以等离子体层Plume区EMIC波的激发和传播特性及所导致的电离层不均匀体结构及动力学特征为主要研究内容。通过波动的复色散分析与 Cluster卫星观测Plume区的EMIC事件分析相结合，比较Cluster多颗卫星观测的EMIC波的频谱和极化特征，从而获得EMIC波在Plume激发源区的增长特性。同时得到在传播过程中通过特征频率对应的区域波模的转化特性，并与EMIC波的射线及全波解传播理论相比较，从而揭示出EMIC波在传播过程中波粒相互作用的物理机制。通过IMAGE卫星的FUV极光与GPS TEC、数字测高仪的电离层观测相结合，研究由等离子体层Plume区EMIC波所导致沉降的环电流高能离子对电离层电子密度改变的特征。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。

电磁离子回旋波（EMIC）在内磁层动力学及内磁层-电离层耦合中具有重要的作用。对其特性及相应的波粒相互作用的研究是当今空间物理的热点课题。本项目利用卫星与地面的联合观测，研究了等离子体层及其羽状结构（Plume）区电磁离子回旋（EMIC）波的特性及相应的波粒相互作用。主要的研究研究内容：在等离子体层顶及其Plume区电磁离子回旋波（EMIC）的空间分布特征、EMIC波与内磁层等离子体波粒相互作用、由波粒相互作用导致沉降的高能粒子的电离层效应。本研究项目取得了一系列突出的研究成果：获得了等离子体层Plume中EMIC波及ELF 嘶声的强度与等离子体密度的关系以及由此波粒相互作用导致的高能沉降粒子的空间分布特性，获得了等离子体层Plume中沉降环电流粒子的电离层效应以及对无线电波传播的影响；获得了等离子体层Plume中EMIC波散射辐射带高能电子的观测证据；获得等离子体层中EMIC波的空间分布及其散射辐射带电子对太阳活动的响应特征。获得了等离子体层Plume中EMIC波加热冷电子的观测证据及加热源区，揭示了产生亚极光区稳定的极光红弧的物理机制。首次在等离子体层顶外偏离磁赤道处发现了氧离子回旋谐波，获得了氧离子回旋谐波的波动特征。首次在等离子体层顶发现了热氦离子对平行传播的EMIC波的调制。揭示等离子体嘶声引起的高能电子沉降在电离层吸收探测仪观测印记。研究成果多次被国际权威杂志《JGR》遴选为最受欢迎的论文（Most Popular Article）。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意义。