日侧极光及电离层对流对行星际激波的响应研究

Interplanetary shock, as one of main solar wind energy carrier in space weather, plays a key role in solar wind-magnetosphere-ionosphere coupling system. Interplanetary shock interacts with the terrestrial space triggering strong geomagnetic perturbation, manifesting as geomagnetic field sudden commencement (SC) or sudden impulse (SI) measured by ground-based magnetometers. Sudden compression by interplanetary shock can lead to the enhancement of dayside auroral particle precipitation and the variation of associated high-latitude ionospheric plasma convection. On the basis of the advantage of our ground-based observational ability in Antarctic Zhongshan and Arctic Yellow River stations, this program will make use of high time and spatial optical auroral data and simultaneous Super Dual Auroral Radar Network (SuperDARN) ionospheric convection data to study dayside aurora and ionospheric convection in response to the shock prompt impingement. We attempt to get more information on the auroral movement, evolution of the auroral form and spectral features in detail after the SC/SI onset from multi-wavelength optical data, and to reveal the response of the dayside ionospheric convection in high-latitude region to the shock compression. The aim to be achieved is the reasonable expectance of giving the clear instant response signature of the polar space environment during extreme space weather condition.

行星际激波作为日地空间天气能量传输的主要载体之一，对太阳风-磁层-电离层耦合产生重要的影响。激波与磁层相互作用之后触发了地磁场强扰动，表现为地面磁力计观测的地磁急始或突然脉冲事件。激波的压缩效应直接映射到极区电离层，导致日侧极光粒子沉降与极区电离层对流发生变化。本项目将利用我国南极中山站、北极黄河站高时空分辨率的极光观测和SuperDARN雷达网提供的极区电离层对流观测，研究日侧不同形态的极光以及电离层对流对行星际激波的响应。试图从多波段的极光观测数据揭示地磁急始事件之后地面观测的极光的运动、形态演化以及极光光谱特征等的变化，利用SuperDARN雷达网的对流数据对电离层对流形态的变化进行研究。试图就极端空间天气条件下的极区空间环境给出清晰的描述。

太阳风-磁层-电离层耦合系受到行星际激波的重要影响。激波与磁层相互作用通常触发地磁脉冲。激波的压缩效应使得日侧极区电离层极光粒子沉降与电离层等离子体对流发生变化。本项目利用我国南极中山站、北极黄河站高时空分辨率的极光光学观测和SuperDARN雷达网提供的极区电离层对流观测，研究日侧不同形态的极光结构以及电离层对流对行星际激波的响应。.利用北极黄河站位于磁地方时正午（12MLT）观测到的一个典型激波极光以及电离层对流监测数据，我们发现位于高纬度的分立极光在地磁脉冲突始的两分钟后发光强度明显增强，其低纬边界向赤道向逐渐扩展、极向边界几乎没有变化；而低纬区域的弥散状极光对激波的响应异常迅速，几乎伴随地磁脉冲同时发生，即低纬区域首先出现形态单一的弥散极光，紧接着迅速向高纬膨胀，直至靠近分立极光。与此同时高频雷达观测到电离层回波显著增强，不规则体的地理分布几乎与分立极光一致，对流出现明显的正午向日流与大尺度四涡对流。该研究工作的重要意义在于用观测的事实揭示了弥散极光对行星际激波的压缩是即时响应的过程，即激波触发的波粒相互作用能够瞬间散射沉降电子。.利用我国南极中山站和北极黄河站连续多年积累的极光观测数据，分析了18个夜侧极光对行星际激波压缩的响应事例。光学观测结果表明激波与磁层相互作用可以在夜侧触发极光爆发和极光微弱增强或静态无变化事件。行星际和地磁指数的时序分析表明太阳风-磁层能量耦合的效率以及磁层空间的稳定性共同决定着行星际激波能否触发极光活动爆发。.基于黄河站连续四年的极光数据， 定量计算MLT-MLAT（磁地方时-磁纬度）坐标系下极光弧的走向和倾斜角。结果发现极光弧的方向角随着MLT的增大而增大，倾斜角随着MLT的增大而减小；倾斜角的反转点为~10.5 MLT，与电离层对流喉区的位置相关；午前低纬侧极光弧往昏侧倾斜，倾斜角的反转点往磁正午偏移，而午后正好相反；当IMF By为负（正）时，对流喉区发生偏移，倾斜角反转点偏向磁正午（早晨）。