日侧重联极光的多尺度观测和加速机制研究

Based on the cross-scale auroral observation at Zhongshan station in Antarctic, this project will occupy the multiscale observation on the dayside reconnection aurora (DRA), and study the auroral characteristics (i.e., spatial structures, temporal evolvement, kinetic status, and intensity variety) in multiple scales and the relationship between the all kinds of typical DRA (including their small-scale structure) and space environment. Secondly, based on the auroral observation at the twin observatories (i.e., Yellow River station and Kjell Henriksen Observatory) and ionosphere observation from ESR in Svalbard, this project will analyze the tridimensional structure of small-scale auroras (i.e., ray, fold, curl, and filament) in DRA; Thirdly, combining with the particles detection from DMSP/REIMEI satellites, this project will study the media- and small-scales energetic-spectrum of precipitation particles of DRA; At last, the acceleration mechanism of DCR will be discussed through the comparing between the acceleration models and the cross-scale auroral observations, and the coupling process between dayside reconnection and particles acceleration will be also studied.

本项目利用南极中山站多尺度极光成像观测系统，开展与日侧重联过程有关的极光的多尺度观测，研究日侧重联极光在不同尺度上的空间结构、时间演化、运动状态、强度变化等特征，日侧重联极光各类型及其小尺度结构与空间环境之间的联系；利用北极黄河站-KHO台站的"双站极光观测系统"，结合ESR雷达探测，开展日侧重联极光中/小尺度结构（如射线、褶皱、扭曲、细丝等）的立体结构研究，及其与电离层背景参数之间的关系；结合DMSP/REIMEI卫星的粒子探测，分析日侧重联极光的中/小尺度沉降粒子能谱结构；结合已有的粒子加速机制理论模型，比对模型与小尺度观测结果，探讨日侧重联极光的加速机制，并对日侧重联过程与粒子加速过程的耦合关系进行探讨。

本项目利用南极中山站、南极极点站、北极黄河站的地基极光数据,结合卫星的光学、粒子探测数据，开展与日侧重联过程有关的极光物理研究。主要研究内容和重要结果包括：.1）利用南极极点站2003-2005年的多波段全天空极光成像仪的观测数据，首次获得南半球日侧极光的综观分布特征，并与北半球的日侧极光的综观分布特征进行了对比研究。研究显示，南北两个半球的日侧极光卵都存在一个双峰结构，即午前09:00 MLT和午后15:00 MLT 的极光强度峰。不过，南北半球的日侧极光卵的双峰结构是不对称的，北半球的午后极光强度要高于午前，而南半球正好相反。之前研究发现，南北半球极光强度的不对称主要与IMF By分量或南北半球电离层电导率的季节性差异有关，而我们发现的南北半球日侧极光卵结构的这种不对称性却不与以上因素有关。研究认为，这种不对称性与磁鞘密度的晨-昏不对称，以及局地电导率的午前-午后变化有关；.2）利用星-地联合的光学观测，发现紫外“极光亮斑”的地基观测形态为极光弧上的极光涡旋，并精确获得了其结构特征参数；对紫外“极光亮斑”的形成机制提出了一个新的观点，即加速区上的电流片不稳定性导致形成“极光亮斑”；.3）北向IMF下，太阳风动压的变化能显著调制日侧弥散极光的强度。太阳风动压的增强能有助于日侧合声波的产生，因而我们认为日侧合声波可能产生日侧弥散极光。此外，压缩Pc4-5脉动能调制哨声模的合声波的强度，因而太阳风动压可以通过影响日侧合声波的活动以及相关的散射过程来调制日侧弥散极光。.4）发现磁正午（10-13MLT）是以软电子沉降激发的630.0nm极光激发占主导，午前（09MLT）和午后（15MLT）出现557.7nm极光激发强度的峰值；建立了磁正午极光强度与沉降粒子能量关系的反演模型；.5）提出了新的星载紫外极光数据处理方法，并构建了极光边界模型；.6）发展了一种新的计算极光弧宽度的方法，发现在不同天顶角出现的极光弧的统计平均宽度都是18.5公里；.