中纬热层纬向风的经度变化及其产生机制

The project aims at disclosing physical mechanisms of longitudinal variation of thermospheric zonal wind at mid-latitudes. Satellite observations and ground based measurements in combination with model simulations are used for investigation. Details include: (1) study the longitudinal variation of zonal wind (∆U) for different seasons and under different solar and magnetic activity conditions; (2) disclose the geomagnetic dipole tilt effect on ∆U; (3) discuss the relative importance of effects on ∆U from solar radiation, ion drag, and high latitude activity (Joule heating and particle precipitation heating, Coriolis force); (4) analyze SAPS (Subauroral Polarization Streams) effects and tidal effect from troposphere on ∆U. The study is essential for better understand ion-neutral interactions and to improve space weather modeling and forecasting abilities.

该项目将综合利用电离层和热层卫星探测结合地面观测数据以及数值模拟技术，研究中纬热层纬向风的经度变化及其产生机制，具体包括：研究不同太阳活动水平、季节和地方时扇区热层纬向风的经度分布；揭示地磁偶极倾斜（dipole tilt）对纬向风经度分布的影响；讨论不同太阳和地磁活动水平情况下中纬过程（太阳辐射加热、离子拖曳）和高纬过程（焦耳和离子沉降加热、Coriolis力）对纬向风经度分布的相对影响；探讨亚极光区极化流（Subauroral Polarization Streams，SAPS）和对流层大气潮汐波对热层纬向风经度分布的影响。该研究对于深入理解电离层-热层耦合系统、提高空间天气建模和预测能力有重要意义。

热层风在电离层-热层耦合过程中扮演了重要角色，如沿磁力线输运等离子体，以及通过电离层风发电机效应产生电场。热层风亦可改变高纬电离层电场和电流结构，进而影响磁层对流和能量耗散。因此，开展热层风的相关研究对于深入理解中性和电离成分之间的相互作用过程、热层-电离层-磁层耦合系统以及提高空间天气建模和预测能力都具有重要意义。该课题主要利用电离层和热层卫星观测数据以及数值模拟技术，研究了中纬热层扰动风的经度差异产生物理机制，着重分析了太阳辐射加热、离子拖曳、科里奥利力、地球磁场构型对中纬热层风的经度差异的影响；研究了低层大气潮汐波对不同高度热层风的经度结构的影响；利用DMSP和CHAMP卫星联合观测数据，结合改进后的全球电离层-热层模型，研究了亚极光区电极化流对热层风的影响；分析了亚暴高纬能量输入（粒子沉降、焦耳加热等）对热层扰动风的影响，发现亚暴发生初始时间的不同会导致扰动风的强弱程度发生明显变化；分析了地磁场强度的变化将导致风场的经度结构发生改变，以及对电离层电子密度的分布产生重要影响；利用三维磁层-电离层-热层模型研究了磁暴期间太阳风-行星际磁场南向分量的周期震荡对热层风的重要影响；利用全球电离层-热层模型研究了热层风的经度变化对场向电流的空间分布的显著影响。