电离层离子上行与大磁暴环电流O+离子来源途径

Hot topics like the ionospheric origin of storm-time ring current O+ ions and related transport path getting access to RC are still unclear after many years’ researches. In a view of global M-I-T coupling, the project will investigate the ionospheric sources of storm-time ring current O+ and its transport/acceleration process. It is expected to make clear the dominant region of storm time heavy ionospheric upflows and related behavior of E-M field/particles/wave actions there; investigate the contribution of lower (including aurora oval’s equatorward boundary and even lower) latitude ionospheric ions to storm-time ring current, as well as the transport and acceleration mechanisms; reveal the relationship of storm time global plasmasphere - ionosphere disturbances with the ring current establishment; search for the O+ sources existing already in the inner magnetosphere just before large storms; discriminating the E fields with different origins and variety of ULF wave actions in the inner magnetosphere to recognize their effects on the ionospheric ion acceleration /transport into RC. It is rather unique that the CT technique will be applied to retrieve the global 3-D distribution of RC ions from multi-satellite stereoscopic imaging of ENA. This project is of great significance in understanding the M-I coupling.

大磁暴期间电离层离子外流与磁层环电流O+离子的来源/进入途径，虽经多年研究尚未完全搞清楚，是国内外关注的焦点科学问题。本项目从磁层-电离层-热层耦合的视野，探索暴时环电流O+离子来源途径与传输/加速机制。搞清暴时电离层离子强上行源区的位置及场/粒子/波动特征；研究来自较低纬度电离层（包括极光椭圆赤道边界附近及更低纬度区）上行离子传输途径与加速机制；揭示暴时等离子层-电离层全球扰动与环电流建立过程的关系；寻找暴时环电流O+可能的磁层既在源；辨识内磁层中不同起源的电场与丰富的ULF波动对氧离子加速与传输进入环电流的作用。本项目将层析反演技术用于磁层高能中性原子多卫星立体成像数据以获取环电流离子能谱的三维空间分布及其演化，独具特色。该项目研究对于深入认识磁层-电离层耦合过程具有重要科学意义。

大磁暴期间磁层环电流O+离子的来源/进入途径，虽经多年研究尚未完全搞清楚，是国内外关注的焦点科学问题。本项目从磁层-电离层-热层耦合的视野，探索暴时环电流O+离子来源途径与传输/加速机制。实现了由卫星零级原始数据把ENA-H和ENA-O分离；在国内外首次将体像素CT技术应用于磁层能量粒子发射反演问题，提出并论证了磁层ENA发射CT的概念，基本原理与公式；发展了由多颗卫星ENA二维图像反演获取内磁层能量氧离子全球三维分布的方法与计算机实现，验证了方法的可信性与有效性；首次得到暴时内磁层能量氧离子的三维全球分布及其随磁暴相位的变化；协同分析辐射带卫星RBSP-A/B，Swarm星座，DMSP卫星系列的当地测量数据，发现了一些新现象，比如邻近大磁暴主相在午夜至黎明非常靠近地球的赤道区出现富氧离子内环（O+/H+通量比值达1.30），发现与富氧离子内环相联系的中纬O+沉降，以及沉降邻区亚极光电离层离子上行，观察到在L=2.5~5.0广大区域暖O+离子和RC低能段O+离子双向沿场强通量，并呈现周期性增强的空间色散能谱，以及相近周期的磁场和电场涨落，意味着暖O+离子由电离层向RC的直接输运，以及ULF波对环电流O+离子的共振加速。识别出ULF波对磁暴主相的迅速增长起重要作用，而电磁离子回旋EMIC波则主要影响大磁暴的衰减过程。探寻暴前环电流氧离子的磁层既在源和顶部电离层氧离子上行源区取得有意义的结果。达到了预期研究目标，初步解开大磁暴环电流O+离子来源途径之谜。